Wozu wird Aluminiumsulfat in der Wasseraufbereitung verwendet?

Wie Aluminiumsulfat als Koagulant in der Wasseraufbereitung wirkt

Grundlagen der Koagulation und die Rolle von Aluminiumsulfat bei der Destabilisierung suspendierter Partikel

Die Wasseraufbereitung beginnt mit der Koagulation, einem Prozess, bei dem winzige Verunreinigungen zusammengebracht werden, damit sie später entfernt werden können. Hierbei wirkt Alaun besonders effektiv, da beim Auflösen dreiwertige Aluminiumionen (Al³⁺) freigesetzt werden, die im Wesentlichen die negativen Ladungen von im Wasser schwebenden Partikeln – wie Tonpartikeln, organischen Bestandteilen und sogar einigen schädlichen Mikroben – neutralisieren. Wenn diese Ladungen ausgeglichen sind, hören die Partikel auf, sich gegenseitig abzustoßen, und beginnen während der schnellen Mischphase, die normalerweise etwa eine bis zwei Minuten dauert, zusammenzuklumpen. Die meisten Wasseraufbereitungsanlagen erzielen die besten Ergebnisse mit Alaun, wenn der pH-Wert des Wassers zwischen 5,5 und 7,5 liegt. Die benötigte Menge an Alaun variiert jedoch stark, typischerweise zwischen 50 und 300 Milligramm pro Liter, abhängig davon, wie trüb das Wasser ist und welche Art von Schadstoffen vorhanden sind.

Chemischer Mechanismus von Aluminiumsulfat bei der Bildung von Flocken und der Entfernung von Verunreinigungen

Nachdem die Ladungen ausgeglichen sind, beginnt der Aluminium durch Hydrolyse zu zerfallen, wodurch Aluminiumhydroxid (Al ((OH) 3) entsteht. Diese Substanz bildet sich zu einem gelähnlichen Feststoff, der sehr gut an Stoffen festhält, die wir aus dem Wasser entfernen wollen. Während sich diese kleinen, als Flocken bezeichneten Cluster entwickeln, können sie eine Größe von einem halben Millimeter bis zu drei Millimeter erreichen. Das lässt sie sich in den Behandlungstanks gut niederlassen. Wenn alles richtig läuft, beseitigt diese Methode etwa 85 bis fast alle Trübung in Wasserproben und kümmert sich auch um etwa zwei Drittel bis vier Fünftel dieser lästigen organischen Verbindungen. Studien zeigen, dass diese Hydroxidflocken an verschiedenen gelösten Schadstoffen wie Phosphat-Ionen und verschiedenen Arten von Schwermetallen festhalten, indem sie an ihrer Oberfläche Bindungen bilden. Diese Klebfunktion erhöht die Gesamtfunktion des gesamten Reinigungssystems.

Vergleich mit anderen Gerinnungsmitteln: Wirksamkeit, Kosten und praktische Erwägungen

Eisenchlorid kann fast den gesamten Phosphor aus Wasser entfernen, manchmal sogar 98%, was viel besser ist als Alum, das etwa 70 bis 85% verwaltet. Der Nachteil ist jedoch, dass Eisenchlorid Rohre und Geräte viel schneller zerfrisst, was bedeutet, dass die Gemeinden am Ende mehr für Reparaturen und Ersatzkosten ausgeben. Synthetische Polymere sind eine andere Option, die wirklich klares Wasser mit wenig Schlamm hinterlässt, aber diese Materialien haben einen Preis, der sie für die meisten Abwasseranlagen unpraktisch macht. Deshalb bleiben viele Städte trotz neuer Alternativen immer noch auf Aalmen. Alum gibt es seit Jahrzehnten, funktioniert zuverlässig ohne komplizierte Einrichtungsverfahren und übersteigt nicht das Budget wie einige der schickeren Optionen. Für lokale Regierungen mit Geldknappheit, die sich mit alternder Infrastruktur befassen, ist es sinnvoll, sich an das zu halten, was sie wissen, auch wenn es technisch gesehen nicht die beste Leistung ist.

Umweltprobleme: Aluminiumrückstände und langfristige Sicherheit im gereinigten Wasser

Die Weltgesundheitsorganisation hat für Aluminiumrückstände im Leitungswasser einen zulässigen Höchstgehalt von 0,2 Milligramm pro Liter festgelegt, weil man sich Sorgen macht, dass sie die Gehirnfunktion im Laufe der Zeit beeinträchtigen könnten. Wasserbehandlungsanlagen, die neuere Filtertechniken einsetzen, können diese Aluminiumspuren um etwa 70 bis vielleicht sogar 90 Prozent reduzieren, verglichen mit älteren Ansätzen. Die pH-Werte während des gesamten Prozesses zu überwachen und nach der Behandlung einen zusätzlichen Schritt mit speziellen Membranen zu tun, hilft, dass wir innerhalb der von den Gesundheitsbehörden festgelegten Grenzwerte bleiben. Dadurch bleiben die Menschen gesund, ohne den gesamten Reinigungsprozess weniger effektiv zu machen.

Verbesserung der Wasserklarheit und Entfernung von Trübung in kommunalen Wasseranlagen

Aluminiumsulfat bleibt eine gängige Wahl zur Wasseraufbereitung in Städten, da es die Trübung des Wassers um etwa 90 % reduzieren kann. Dabei neutralisiert es die elektrischen Ladungen feinster Partikel wie Tonbestandteile, feiner Schmutz und sogar kleine im Wasser schwebende Organismen. Diese Partikel verklumpen sich daraufhin zu größeren Flocken, die sich leichter absetzen lassen. Eine 2021 veröffentlichte Studie zeigte, dass bei sachgemäßer Anwendung der Trübungsgrad unter 0,3 NTU sinkt, was den Richtlinien der Weltgesundheitsorganisation für klares Trinkwasser entspricht. Die hohe Effizienz dieser Methode bedeutet weniger Belastung für nachgeschaltete Filter. Die Aufbereitungsanlagen arbeiten insgesamt effizienter und sparen Kosten, was besonders wichtig ist für große städtische Wasserversorgungssysteme, die täglich Millionen von Menschen versorgen.

Entfernung von organischer Substanz, Krankheitserregern und Schwermetallen durch Fällung

Die Art und Weise, wie Alaun bei der Fällung wirkt, bedeutet, dass es verschiedene Arten von Verunreinigungen gleichzeitig entfernen kann. Organische Stoffe, die im Wasser gelöst sind, lagern sich an die während der Behandlung entstehenden Aluminiumhydroxid-Flocken an. Und Bakterien wie E. coli sowie Parasiten wie Giardia werden dabei physikalisch mit erfasst. Wenn der pH-Wert zwischen 6,5 und 7,5 gehalten wird, zeigen Studien Entfernungsquoten von 85 % bis 92 % für Schwermetalle wie Blei, Arsen und Chrom. Was dieses Verfahren so wertvoll macht, ist, dass es mehrere Schadstoffe gleichzeitig behandelt und dadurch den Bedarf an zusätzlicher Desinfektion verringert. Dennoch ist die richtige Dosierung sehr wichtig, da ein zu hoher Restgehalt an Aluminium den sicheren Grenzwert von 0,2 mg pro Liter überschreiten könnte, was für niemanden gut wäre.

Verbesserung der Sedimentations- und Filtrationseffizienz nach der Alaunbehandlung

Bei Behandlung mit Alaun setzen sich Flocken in Sedimentationsbecken etwa 40 bis 60 Prozent schneller ab als unbehandelte Partikel, wodurch die Feststofftrennung deutlich verbessert wird. Die schnellere Absetzung führt dazu, dass Filter seltener verstopfen und somit länger betrieben werden können, bevor eine Reinigung erforderlich ist; dies reduziert das Rückspülen um etwa 30 %. Interessant ist, wie die klebrige Konsistenz der Aluminiumhydroxid-Flocken in Sandfiltern wie eine zusätzliche Filterschicht wirkt. Diese Flocken binden winzige Partikel, die kleiner als ein Mikrometer sind und während der ersten Koagulationsstufe entgangen sind. All diese Verbesserungen zusammen bedeuten, dass hochwertige Aufbereitungssysteme tatsächlich mehr als 99,9 % aller Partikel aus dem endgültigen Ablaufwasser entfernen können.

Effektive Phosphorentfernung in kommunalen und industriellen Abwässern

Aluminiumpolychlorid eignet sich ziemlich gut zur Entfernung von Phosphor dank jener Ligandenaustauschreaktionen, über die wir in der Wasseraufbereitung so oft sprechen. Im Wesentlichen verbinden sich Al³⁺-Ionen mit Orthophosphat-Ionen (PO₄³⁻) und bilden dabei Aluminiumphosphat (AlPO₄), das in Wasser unlöslich ist. Diese Verbindung sedimentiert anschließend und wird mechanisch herausgefiltert. Untersuchungen an 45 verschiedenen Abwasseranlagen in ganz Europa zeigten, dass durch den Einsatz von Aluminiumpolychlorid in etwa 88 Prozent der Anlagen die Gesamtphosphorkonzentration unter 0,5 mg/L gesenkt werden konnte. Dies entspricht den Anforderungen der EU-Wasserrahmenrichtlinie für sauberes Wasser. Besonders bewährt hat sich das Mittel bei der Behandlung von Abwässern aus der Lebensmittelverarbeitung und der Textilindustrie, da deren Abläufe oft extrem hohe Phosphorkonzentrationen aufweisen, die manchmal in Konzentrationsanalysen weit über 15 mg/L liegen.

Reduzierung der Trübung und von Schadstoffen in stark belasteten Abwasserströmen

Die duale Fällungs-Flockungswirkung von Alaun macht es zur Behandlung komplexer, stark belasteter Abwässer geeignet:

• Kolloidale Suspensionen : Neutralisiert negativ geladene Partikel in Wasser mit einer Trübung über 1.000 NTU
• Schwermetalle : Schwermetalle: Fällt Pb²⁺ und Cr³⁺ gemeinsam durch Hydroxidbildung bei pH 9 - 9,5 aus
• Organische Belastungen : Reduziert den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) um 65–80 % in Papierfabrikabwässern durch Bindung an Lignin und Proteine

Felddaten aus sieben chinesischen Industrieparks zeigen, dass Alaun bei einem anfänglichen Feststoffgehalt von über 5.000 mg/L eine Entfernung von 98 % der gesamten suspendierten Stoffe (TSS) erreicht und somit unter anspruchsvollen Bedingungen eine robuste Leistung zeigt.

Fallstudie: Erfolgreiche Implementierung in städtischen Kläranlagen

Eine europäische kommunale Kläranlage, die 1,2 Millionen Einwohner versorgt, erzielte deutliche Verbesserungen, nachdem sie auf die Fällung mit Aluminiumsulfat umgestellt hatte. Bei einer Tageskapazität von 300.000 m³/Tag berichtete die Anlage:

Während eines 18-monatigen Versuchs hielten die Anlage Restaluminiumwerte unter 0,2 mg/L aufrecht, erreichten gleichzeitig eine Phosphoreliminierung von 94 % und eine COD-Reduktion von 82 % und bestätigten damit die Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit von Alaun im großtechnischen Abwassermanagement.

Optimierung der Leistung von Aluminiumsulfat: Dosierung, pH-Wert und Wasserbedingungen

Idealer pH-Bereich und Dosierungsstrategien für maximale Koagulationseffizienz

Die besten Ergebnisse bei der Koagulation erzielt man, wenn der pH-Wert zwischen etwa 5,5 und 7,5 bleibt. Innerhalb dieses Bereichs wird der Prozess deutlich effizienter und kann sich im Vergleich zu Werten außerhalb dieses Bereichs um bis zu 40 bis 60 Prozent verbessern. Was die Menge an Aluminiumsulfat betrifft, so liegt der Bedarf bei den meisten Behandlungen zwischen 5 und 200 Milligramm pro Liter. Wenn das Wasser jedoch sehr trüb ist oder viele Verunreinigungen enthält, können in einigen Fällen Mengen von bis zu 500 mg/L erforderlich sein. Um genau herauszufinden, was an einem bestimmten Ort am besten funktioniert, bleibt das Jar-Test-Verfahren eine der zuverlässigsten verfügbaren Methoden. Dies hilft dabei, eine Überdosierung von Aluminiumsulfat zu vermeiden, die sonst überschüssiges Aluminium im Wasser hinterlassen könnte, über dem von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) festgelegten Sicherheitswert von 0,2 mg/L. Sobald der pH-Wert jedoch über 7,5 steigt, treten Probleme auf, da Aluminiumhydroxid weniger löslich wird. Dadurch gestaltet sich die Bildung geeigneter Flocken schwieriger und letztendlich sinkt die Gesamtleistungsfähigkeit der gesamten Wasseraufbereitung.

Einfluss von Wassertemperatur, Alkalinität und ionischer Zusammensetzung

Wasser, das unter 10 Grad Celsius bleibt, verlangsamt die Reaktionsgeschwindigkeit während der Behandlungsprozesse erheblich. Das bedeutet, dass Flocken viel langsamer gebildet werden, manchmal bis zu 30 bis 50 Prozent länger als normal, und die Bediener müssen die Mischzeiten entsprechend verlängern. Bei den Alkalinitätswerten spielen diese eine große Rolle dabei, zu verhindern, dass das System nach Zugabe von Alaun zu sauer wird. Wenn die Alkalinität unter 50 Milligramm pro Liter als Calciumcarbonat fällt, müssen die meisten Aufbereitungsanlagen zusätzlich Kalk oder Soda zufügen, um den pH-Wert stabil genug für einen ordnungsgemäßen Betrieb zu halten. Eine weitere Herausforderung tritt auf, wenn die ionische Stärke des Wassers hoch ist, über 1000 Mikrosiemens pro Zentimeter. Diese Bedingung komprimiert tatsächlich die winzigen elektrischen Schichten um die Partikel herum, wodurch sie sich weniger effektiv zusammenlagern. Die Folge? Die Fällung funktioniert unter diesen Bedingungen etwa 40 Prozent schlechter. All diese Variablen verdeutlichen, warum leistungsfähige Echtzeit-Überwachungssysteme einen großen Unterschied machen, insbesondere für Anlagen, die mit wechselnden Wasserqualitäten in verschiedenen Jahreszeiten konfrontiert sind.

Vorteile und Herausforderungen der Verwendung von Aluminiumsulfat in der Wasseraufbereitung

Wesentliche Vorteile: Kosteneffizienz, Zuverlässigkeit und Vielseitigkeit in verschiedenen Aufbereitungssystemen

Alaun oder Aluminiumsulfat zeichnet sich als kostengünstiger und zuverlässiger Flockungshilfsmittel aus, das in zahlreichen Wasserbehandlungsanlagen – sowohl kommunalen als auch industriellen – eingesetzt wird. Im Vergleich zu Alternativen wie Eisenchlorid senkt es die Betriebskosten um etwa 30 bis 50 Prozent, während gleichzeitig Entfernungsquoten von über 95 % für Trübstoffe und schädliche Krankheitserreger erhalten bleiben. Die Vielseitigkeit dieses Stoffs ergibt sich aus seiner Effektivität, unabhängig davon, ob es sich um kleine ländliche Wassersysteme oder große städtische Aufbereitungsanlagen handelt. Betreiber können die Dosierung je nach täglicher Wasserqualität anpassen. Bei pH-Werten im optimalen Bereich von etwa 5,5 bis 7,5 entfernt Alaun rund 70 bis 90 % der störenden organischen Verunreinigungen. Und ganz ehrlich: Wenn es vor allem auf Kosten ankommt, übertrifft Alaun PAC-Lösungen bei weitem, insbesondere für Einrichtungen mit engen Budgetvorgaben.

Häufige Einschränkungen: Schlammproduktion, Notwendigkeit der pH-Anpassung und ökologische Aspekte

Alaun hat jedoch einige Nachteile. Im Vergleich zu synthetischen Polymeren entsteht dabei etwa 15 bis 30 Prozent mehr Schlamm, was höhere Entsorgungskosten und kompliziertere Logistik bei der Abfallentsorgung bedeutet. Wenn Alaun sich in Wasserbehandlungsprozessen zersetzt, senkt dies tatsächlich den pH-Wert. Um diesen Effekt auszugleichen, müssen Wasseraufbereitungsanlagen Geld für alkalische Stoffe wie Kalk ausgeben. Diese chemischen Anschaffungen können fast 20 % ihres gesamten Betriebsbudgets beanspruchen, allein um den Wasserbestand auf dem richtigen Säuregehalt zu halten. Die Umweltbehörden überwachen genau, wie viel Aluminium nach der Aufbereitung im behandelten Wasser verbleibt. Daher ist es unerlässlich, die Empfehlung der Weltgesundheitsorganisation (WHO) einzuhalten, wonach nicht mehr als 0,2 mg pro Liter zulässig sind. Die gute Nachricht ist, dass aktuelle Untersuchungen zeigen, dass Betreiber durch eine präzise Dosierung und Kombination mit moderneren Filtersystemen die Schlammproduktion um etwa 40 % reduzieren können. Mit diesem Ansatz lassen sich außerdem die wichtigen EPA- und AWWA-Normen für sicheres Trinkwasser erfüllen, ohne die Qualität zu beeinträchtigen.

Häufig gestellte Fragen

Welche Rolle spielt Aluminiumsulfat hauptsächlich bei der Wasserbehandlung?

Aluminiumsulfat wirkt als Gerinnungsmittel bei der Wasserbehandlung und hilft, Suspensionspartikel zu destabilisieren, damit sie durch weitere Behandlungsprozesse effektiv entfernt werden können.

Wie wirkt sich Aluminiumsulfat auf den pH-Wert des behandelten Wassers aus?

Aluminiumsulfat neigt dazu, den pH-Wert des behandelten Wassers zu senken, weshalb die Einrichtungen oft alkalische Substanzen wie Kalk hinzufügen müssen, um den optimalen pH-Bereich für eine wirksame Behandlung zu erhalten.

Gibt es Umweltprobleme bei der Verwendung von Aluminiumsulfat?

Ja, Rückstände von Aluminium im gereinigten Wasser sind besorgniserregend, da sie mögliche gesundheitliche Auswirkungen haben können. Daher zielt die Behandlung auf eine Rückstandshöhe von unter 0,2 mg/l ab, wie von der Weltgesundheitsorganisation empfohlen.

Warum wird Aluminiumsulfat trotz seiner Grenzen anderen Gerinnungsmitteln vorgezogen?

Aluminiumsulfat ist kostengünstig, zuverlässig und vielseitig, was es für viele Gemeinden, insbesondere für Gemeinden mit begrenztem Budget und bestehender Infrastruktur, zu einer bevorzugten Wahl macht.