Flockungsfiltration zur Phosphorelimination
Fällmittelwahl, β-Faktor, Dosierstelle und Filtergeschwindigkeit — die Auslegungsgrößen, die entscheiden, ob eine Polstoff-Filterstufe niedrige Phosphorwerte erreicht.
Das Prinzip: gelösten Phosphor partikulär machen
Nach der biologischen Stufe liegt der verbleibende Phosphor zu einem erheblichen Teil gelöst als Orthophosphat vor. Ein Filter kann diesen Anteil nicht abtrennen. Die Flockungsfiltration löst das Problem in zwei Schritten: Ein Fällmittel bindet das Orthophosphat zu unlöslichen Verbindungen, die zu Flocken agglomerieren — und die Polstoff-Filterstufe hält diese Flocken zurück.
Der entscheidende Punkt: Der erreichbare Ablaufwert hängt am Ende nicht an der Chemie allein, sondern an der Qualität der Feststoffabtrennung. Jede Flocke, die den Filter passiert, trägt ihren Phosphor mit. Deshalb korreliert der Pges-Ablaufwert in der Praxis eng mit dem AFS-Ablaufwert der Filterstufe — und deshalb ist die Wahl des Filtermediums Teil der Phosphorstrategie, nicht nur Zubehör.
Auslegungsgrößen aus einer Pilotierung
Auf einer kommunalen Kläranlage wurde eine Flockungsfiltration mit feinem R+F Polstoff über mehrere Monate im Dauerbetrieb pilotiert. Die folgenden Versuchsbedingungen sind eine belastbare Orientierung für die Auslegung vergleichbarer Anlagen:
| Einbindung | Klassische Flockungsfiltration im Ablauf des Nachklärbeckens |
| Betriebsweise | Dauerbetrieb über rund drei Monate, ohne Betriebsunterbrechung |
| Zielgröße | Pges < 0,2 mg/l |
| Getestete Fällmittel | Eisen(III)-chlorid (FeCl₃, 40 %) und Polyaluminiumchlorid (PAC) |
| β-Faktoren | 3 — 4 — 5,5 (systematisch gesteigert) |
| Stoßfaktor | 1 |
| Durchsatz | 24 m³/h |
| Filtergeschwindigkeit | 5,0 m/h |
| Dosierstelle | Direkt in die Zulaufleitung kurz vor dem Filter, mit hoher Turbulenz über statischen Mischer |
| Filtermedium | Feiner R+F Polstoff |
| Erfasste Parameter | Pges, PO₄-P, Trübung |
Wir veröffentlichen hier bewusst nur die Versuchsbedingungen und keine Ablaufkonzentrationen. Die Messreihen der Pilotierung liegen uns nur in grafischer Form vor; belastbare Zahlenwerte für Pges im Ablauf würden wir nur nennen, wenn wir sie eindeutig belegen können. Angaben zu erreichbaren Ablaufwerten machen wir stattdessen anhand eigener AFS-Messdaten.
Fällmittelwahl: Eisen oder Aluminium
Eisen(III)-chlorid ist das Arbeitspferd der Phosphorfällung: günstig, gut verfügbar und robust über einen weiten pH-Bereich. Es erzeugt kompakte, gut filtrierbare Flocken, erhöht aber den Eisengehalt im Ablauf — relevant, wenn zusätzlich ein Eisengrenzwert einzuhalten ist. Polyaluminiumchlorid liefert häufig eine schnellere Flockenbildung bei geringerem Schlammanfall, ist aber teurer und empfindlicher gegenüber niedrigen Temperaturen und pH-Schwankungen.
Für die Filterstufe ist die Flockenstruktur wichtiger als das Metall selbst. Zu kleine, scherempfindliche Flocken passieren jedes Medium; zu große, wasserreiche Flocken verkürzen die Zykluslänge und treiben die Spülwassermenge nach oben. Dosiermenge, Mischenergie und Filtermedium müssen daher zusammen betrachtet werden.
Der β-Faktor — und warum man ihn nicht beliebig erhöht
Der β-Faktor beschreibt das molare Verhältnis von zudosiertem Fällmetall zu dem Phosphor, der gefällt werden soll. Bei β = 1 würde stöchiometrisch genau ein Metallion je Phosphoratom dosiert — in der Praxis reicht das nie, weil Nebenreaktionen einen Teil des Metalls binden. Praxiswerte liegen daher deutlich höher; in der beschriebenen Pilotierung wurde systematisch von β = 3 auf 4 und weiter auf 5,5 erhöht.
Je höher der β-Faktor, desto niedriger der erreichbare Phosphorwert — aber auch desto höher die Chemikalienkosten, der Schlammanfall und die Feststofffracht auf die Filterstufe. Eine Überdosierung verschiebt das Problem lediglich: Der Filter muss dann mehr Flockenmasse abtrennen, saugt häufiger ab und erzeugt mehr Spülwasser. Ein gut gewähltes Filtermedium erlaubt deshalb häufig, den β-Faktor zu senken statt zu erhöhen.
Betriebsüberwachung: Trübung als Frühindikator
Pges und PO₄-P werden im Labor bestimmt — mit entsprechender Verzögerung. Die Trübung dagegen lässt sich kontinuierlich online messen und reagiert unmittelbar auf einen Flockenschlupf. In der Pilotierung wurde die Trübung deshalb parallel zu Pges und PO₄-P erfasst. Für den Regelbetrieb empfehlen wir dieselbe Kombination: Labormesswerte für den Nachweis der Grenzwerteinhaltung, Online-Trübung für die tägliche Prozessführung und zur Kontrolle der Dosierung.
Phosphorstufe planen oder optimieren
Ob Neubau, Nachrüstung oder Optimierung einer bestehenden Flockungsfiltration — wir bringen Medienauswahl, Lastfallrechnung und gemessene Filtrationsdaten in die Auslegung ein.