Flockung und Koagulation – was sind diese Verfahren und wie funktionieren sie?

alicja_kapiszka
Autor
mgr inż. Alicja Kapiszka
22.02.2024
Flockung und Koagulation – was sind diese Verfahren und wie funktionieren sie?
Zusammenfassung
Inhaltsübersicht
  • Flockung und Koagulation sind Prozesse, die die Ausfällung von feinen, in einem Gemisch suspendierten Partikeln, wie z. B. Schmutzpartikeln, ermöglichen.
  • Diese Phänomene werden bei der Reinigung von Abwässern, Gemischen oder Wasser sowie bei Produktionsprozessen eingesetzt.
  • Als Koagulations- und Flockungsmittel werden sowohl anorganische als auch organische Verbindungen verwendet.
  • Bei den Prozessen der Koagulation und Flockung ist die Auswahl der geeigneten chemischen Substanz, die diese Phänomene begünstigt, sowie die Festlegung spezifischer Prozessbedingungen wichtig.

Flockung und Koagulation sind Phänomene, die unter anderem in der Wasseraufbereitung eingesetzt werden. Sie ermöglichen den Zusammenschluss von Schwebeteilchen im Wasser zu größeren Aggregaten, wodurch sie ausgefällt und herausgefiltert werden können. Erfahren Sie, wie diese Verfahren funktionieren, wie sie sich unterscheiden und welche chemischen Verbindungen als Koagulations- und Flockungsmittel verwendet werden.

Was sind Wasserkoagulation und Flockung?

Koagulations- und Flockungsprozesse werden in Suspensionen und Kolloiden angewandt, d. h. in Systemen, in denen ein Stoff in einem anderen dispergiert ist. Die Koagulation ermöglicht die Ausfällung einer dieser Verbindungen in Form von Aggregaten, die eine kontinuierliche Phase bilden. Dabei kann es sich um Sedimente, ein Gel oder eine Paste handeln. Bei der Flockung hingegen verbinden sich diese Aggregate, d. h. verklumpte Feststoffteilchen, zu noch größeren Strukturen, die leicht aus der Lösung entfernt werden können. Beide Verfahren werden in der Abwasserreinigung eingesetzt, wobei das Abwasser nach einer mechanischen Vorreinigung diesen Verfahren unterzogen wird. Die Koagulation und die anschließende Flockung sind chemische Methoden der Wasserreinigung, die es ermöglichen, größere Schmutzpartikel durch Filtration oder Sedimentation zu entfernen.

Was ist der Mechanismus der Koagulation und Flockung?

Das Phänomen der Koagulation kann durch die Zugabe bestimmter chemischer Verbindungen, wie Elektrolyte oder Füllstoffe, sowie durch die Temperatur und andere äußere Faktoren, z. B. den pH-Wert, ausgelöst werden, die die Bewegung der Partikel beschleunigen und ihre Kollision erleichtern. Daher wird der Koagulationsprozess durch Mischen, Schleudern und Beeinflussung des Gemischs mit Ultraschall unterstützt.

Bei der Koagulation kommt es zu einer Destabilisierung der Verschmutzungspartikel, die sich zu so genannten Mikroaggregaten zusammenschließen. Koagulanzien, Substanzen, die die Aggregation feiner Partikel stimulieren, zielen oft darauf ab, an deren Oberfläche zu adsorbieren und deren negative Oberflächenladung zu neutralisieren, was die Zusammenlagerung von Partikeln und die Bildung von Sedimenten behindert. Die dabei entstehenden Mikroaggregate sind mit bloßem Auge kaum sichtbar, und das gebildete Sediment wird dispergiert.

Um die Ausfällung und Sedimentation von Sedimenten oder die Bildung größerer Aggregate zu erleichtern, damit diese aufgefangen und wirksam gefiltert werden können, wird anschließend der Prozess der Flockung angewandt. Flockungsmittel, die dieses Phänomen erleichtern, unterstützen das Zusammenwachsen von Mikroaggregaten zu größeren Strukturen. Diese werden oft als Flocken“ bezeichnet, sind mit bloßem Auge sichtbar und fallen leichter als Sediment aus, so dass sie von Filtern aufgefangen werden können. Flockungsmittel sind häufig polymere Stoffe, die Koagulatpartikel adsorbieren, die Eigenschaften ihrer Oberfläche verändern, die Annäherung der Partikel fördern, die Lücken zwischen ihnen füllen und durch chemische Bindungen, in der Regel Wasserstoffbindungen, Makroaggregate bilden. Diese Strukturen sind in der Regel mit bloßem Auge sichtbar und locker gepackt und brechen unter dem Einfluss einer starken Durchmischung leicht auseinander. Ein Beispiel für die natürliche Ausflockung ist der Zusammenschluss von Schneeflocken zu größeren Formen.

Welche Verbindungen werden als Flockungs- und Koagulierungsmittel verwendet?

Die am häufigsten verwendeten anorganischen Koagulierungsmittel sind dreiwertige Kationen, wie Eisen- oder Aluminiumverbindungen. Sie stimulieren die Gerinnung viel wirksamer als zweiwertige Ionen. Bei ihrer Verwendung ist es wichtig, den richtigen pH-Wert der Lösung durch Zugabe von Säure oder Base sicherzustellen. Für Eisenionen liegt der optimale pH-Wert über 5, für Aluminiumionen zwischen 6 und 7,4. Manchmal werden auch organische Flockungsmittel verwendet – kationische Polyelektrolyte, deren Vorteil eine deutlich geringere Menge an entstehendem Sediment ist.

Bei den verwendeten Flockungsmitteln handelt es sich um polymere Verbindungen. Dabei kann es sich um organische Verbindungen (z. B. Gelatine oder Stärke), anorganische (z. B. aktiviertes Siliziumdioxid) oder auch synthetische wie Polyacrylamide, Polyethylenoxid oder Polyvinylalkohol handeln. Die Auswahl des geeigneten Flockungsmittels hängt von der gewünschten Wirkung ab. Anionische Flockungsmittel werden für Suspensionen mit alkalischer oder neutraler Reaktion verwendet, kationische für solche mit saurer Reaktion. Die Verwendung synthetischer Flockungsmittel ermöglicht eine Verringerung der Sedimentmenge und deren Verfestigung.

Was ist bei der Durchführung von Koagulation und Flockung zu beachten?

Beim Einsatz von Koagulation und Flockung in technologischen Prozessen ist es wichtig, nicht nur die geeignete chemische Verbindung für das Verfahren auszuwählen, sondern auch eine Reihe anderer wichtiger Faktoren zu berücksichtigen. Die Effizienz und Effektivität des Prozesses, die eine entsprechende Optimierung erfordern, sind entscheidend. Es muss nicht nur die richtige Art von Koagulations- oder Flockungsmitteln gewählt werden, sondern auch deren Konzentration. Es kommt darauf an, welche Art von Feststoffteilchen in der Lösung vorhanden ist, ihre Größe, Anzahl und Konzentration. Beim Prozess der Koagulation und Flockung sind auch die Geschwindigkeit der Dosierung von Koagulations- und Flockungsmitteln, die Temperatur und die Mischintensität wichtig. Langsames Mischen unterstützt diese Prozesse, während zu intensives Mischen zum Zerfall der durch die Flockung gebildeten Aggregate führen kann. Auch das Verfahren zur Entfernung des Koagulations- oder Flockungsmittels aus dem Endprodukt muss geplant werden. Im Foodcom-Shop finden Sie verschiedene Arten von Koagulations- und Flockungsmitteln sowie andere in technologischen Prozessen verwendete Zusatzstoffe. So können Sie die geeigneten Verbindungen für die von Ihnen gewünschte Anwendung auswählen.

Anwendungen von Flockungsmitteln und Koagulierungsmitteln

Koagulation und Flockung werden in vielen technologischen Prozessen eingesetzt, bei denen es notwendig ist, eine Lösung zu reinigen oder zu klären sowie eine bestimmte kolloidale Mischung zu erhalten. Die Hauptanwendung dieser Verfahren ist die Abwasserreinigung durch Ausfällung von Sedimenten.

Abwasserreinigung und Wasseraufbereitung

Bei der Abwasserreinigung spielen Koagulation und Flockung eine wichtige Rolle bei der Ausfällung und Ausfilterung von Schwebstoffen. Sie werden auch zur Reinigung von Schwimmbadwasser und zu dessen Klärung eingesetzt, häufig zusammen mit Natriumhypochlorit zur Wasserdesinfektion. Koagulations- und Flockungsmittel können auch zur Reinigung von Wasser von Farb- oder Lackresten eingesetzt werden, die sich auf der Wasseroberfläche absetzen und so leicht gefiltert werden können.

Biotechnologie und Pharmakologie

Koagulations- und Flockungsprozesse sind in biotechnologischen Prozessen, z. B. bei der Herstellung von Biopharmazeutika, weit verbreitet. Sie dienen u. a. dazu, die Zellmasse von wirkstoffproduzierenden Mikroorganismen von deren Stoffwechselprodukten und daraus resultierenden Verunreinigungen zu trennen. Bei vielen Produkten ermöglicht die Flockung auch die Abtrennung einzelner Verbindungen. Die Flockung wird auch in der Labordiagnostik eingesetzt, insbesondere bei Untersuchungen von Blutplasma.

Andere technologische Verfahren

Die Flockung findet breite Anwendung in der Biotechnologie, der Zellstoff- und Papierindustrie, der Lebensmittelindustrie sowie im Bergbau, in der Metallurgie und in der Erdölindustrie. Dieses Verfahren wird auch in anderen technologischen Prozessen eingesetzt, bei denen es notwendig ist, Partikel in kolloidaler Form zu isolieren, z. B. bei der Entfernung von Emulsionen, Suspensionen oder Metallen. In der Metallurgie ermöglichen Koagulations- und Flockungsprozesse die selektive Ausfällung einzelner Metalle, wodurch deren Rückgewinnung erleichtert wird. Das Phänomen der Koagulation wird auch bei der Herstellung von Polymeren, Kunststoffen oder Farben eingesetzt. Die Koagulation kann auch zur Bildung verschiedener Pasten und Gele sowie fester Stoffe führen, die z. B. im Bauwesen (Herstellung von Beton oder Zement) und bei der Herstellung von Keramiken verwendet werden. Die Koagulation von Proteinen hingegen wird in der Milchindustrie zur Herstellung von Joghurt, bei der Herstellung von Käse oder im Brauereiwesen eingesetzt. In der Papierherstellung ermöglicht die Flockung die Entwässerung des Produkts und die Verbindung von Zellulosefasern mit Zusatzstoffen, was zur Herstellung von Papier führt.

Wie wir sehen, werden Koagulations- und Flockungsprozesse in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt – sowohl bei der Reinigung von Gemischen, Produkten, Abwässern und Wasser als auch bei der Produktion in der Lebensmittelindustrie, Biotechnologie, Metallurgie, Papierherstellung und Medizin. In jedem Fall ist es wichtig, das Gemisch, das dem Koagulations- oder Flockungsprozess unterzogen werden soll, gut zu verstehen und das verwendete Mittel sowie die Prozessbedingungen richtig auszuwählen.

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