Einleitung

Schaumbildung ist ein wiederkehrendes Betriebsproblem in Abwasserbehandlungsanlagen und Schlammmanagementsystemen, in denen Proteine, Tenside und organische Stoffe beständige Schaumschichten erzeugen können. Solche Schaumbildungsereignisse beeinträchtigen den Sauerstoffübergang, verringern die hydraulische Kapazität, verursachen Überläufe und mindern die Leistung von Sensoren und Anlagen sowohl in biologischen als auch in physikalisch-chemischen Behandlungsstufen. Der wirksame Einsatz von Entschäumern ist daher entscheidend, um die Prozessstabilität und die betriebliche Effizienz über die gesamte Abwasserbehandlungslinie hinweg aufrechtzuerhalten.

Unter den industriellen Strategien zur Schaumkontrolle werden Formulierungen auf Basis von Kohlenwasserstoffträgern, Mineralölen oder Pflanzenölen aufgrund ihrer schnellen Wirkung, Stabilität und Verträglichkeit mit komplexen Abwassermatrizen häufig eingesetzt. Die intrinsischen Eigenschaften der Trägerflüssigkeit — etwa Polarität, Dispergiervermögen, Flüchtigkeit, biologische Abbaubarkeit und Beständigkeit gegen biologischen Abbau — spielen jedoch eine entscheidende Rolle für die Gesamtleistung eines Entschäumers.

Um diese Effekte besser zu verstehen, werden in dieser Studie drei Formulierungen verglichen, die denselben entschäumenden Wirkstoff enthalten, jedoch unterschiedliche Trägersysteme verwenden:

  1. EMULTROL® DFM OLM-14: lösemittelbasierte Formulierung aus Kohlenwasserstoffen und organischen Verbindungen, entwickelt für einen schnellen Schaumzusammenbruch und eine lang anhaltende Entschäumerwirkung bei der Behandlung von Abwasser und Schlamm.
  2. EMULTROL® DFM OLM-14 WO: Variante auf Basis von Weißmineralöl, entwickelt als sicherere und nachhaltigere Alternative zu herkömmlichen lösemittelbasierten Trägern, bei gleichzeitig ausgezeichnetem Dispergiervermögen und anhaltender Entschäumerwirkung
  3. EMULTROL® DFM OLV-14: ormulierung auf Pflanzenölbasis, speziell entwickelt, um dem Abbau unter biologischen Faulbedingungen zu widerstehen und dadurch über längere Betriebszeiten eine anhaltende Entschäumeraktivität zu gewährleisten.

Alle drei Produkte sind niedrigviskose Flüssigkeiten, die sich ohne vorherige Verdünnung leicht dosieren lassen und für einen typischen Anwendungsbereich von 2 bis 50 ppm ausgelegt sind. Ihre gemeinsamen technischen Ziele — schnelle Dispergierung, sofortige Schaumunterdrückung und lang anhaltende Entschäumerleistung — machen sie für eine Vielzahl von Anwendungen in der Abwasserbehandlung geeignet.

Unter Verwendung kontrollierter Labormedien, die reale Schaumbildungsbedingungen abbilden, darunter ein proteinreiches Medium auf Caseinbasis und ein tensidbasiertes seifenartiges Medium, bewertet und vergleicht diese Studie die Wirksamkeit des Schaumabbaus, die Beständigkeit der Entschäumerwirkung und die Medienverträglichkeit der drei Formulierungen. Indem der Einfluss der Trägerflüssigkeit isoliert und der entschäumende Wirkstoff konstant gehalten wird, vermittelt diese Untersuchung ein klares Verständnis davon, wie die Wahl des Trägers die Betriebsleistung beeinflusst, und ermöglicht die Bestimmung der optimalen Formulierung für unterschiedliche Szenarien der Abwasserbehandlung.

 

Methodik

Die Bewertung der drei Entschäumerformulierungen erfolgte anhand einer Reihe von Laborversuchen, mit denen drei zentrale funktionelle Aspekte untersucht wurden: die Wirksamkeit des Schaumabbaus, die Beständigkeit der Entschäumerwirkung und die Verträglichkeit mit repräsentativen Abwassermedien. Alle Versuche wurden unter kontrollierten Laborbedingungen bei 25 °C durchgeführt.

Zur Nachbildung der wichtigsten Schaumbildungsszenarien, die bei der Abwasserbehandlung üblicherweise auftreten, wurden zwei Modellmedien hergestellt. Das erste war ein proteinreiches Medium auf Basis von Natriumcaseinat (CSS), bestehend aus 2 % Natriumcaseinat, das durch mechanisches Rühren in Wasser dispergiert wurde. Das zweite Medium war eine tensidbasierte Lösung aus 0,05 % Natriumlaurylethersulfat (SLES) in Wasser.

Die Schaumerzeugung erfolgte in einem zweistufigen Verfahren, um eine gleichmäßige und reproduzierbare Schaumschicht zu gewährleisten. Zunächst wurde jedes Medium mit einem Magnetrührer vorgerührt, um eine angemessene Verteilung der Bestandteile zu fördern. Anschließend wurde über einen Gasdiffusor Stickstoff mit einem Volumenstrom von 10 L/min in das System eingeleitet. Alle Versuche wurden in einem 1.000-mL-Becherglas mit 200 mL Prüfmedium durchgeführt. Die Schaumerzeugung wurde fortgesetzt, bis das Schaumvolumen etwa 800 mL und damit die maximale Höhe des Gefäßes erreicht hatte.

Nach Erreichen der angestrebten Schaumhöhe wurde der Entschäumer zum Anfangszeitpunkt (t = 0) direkt auf die Schaumoberfläche gegeben. Während der ersten 30 Sekunden wurde das Schaumvolumen alle 5 Sekunden erfasst, um die Dynamik des schnellen Schaumzusammenbruchs abzubilden. Ab 30 Sekunden bis zum Ende der zehnminütigen Versuchsdauer erfolgten die Messungen alle 30 Sekunden. Dieses Verfahren lieferte gleichzeitig Informationen über die anfängliche Schaumabbaueffizienz (Knockdown Efficiency), definiert als unmittelbare Verringerung des vorgebildeten Schaums, sowie über die Beständigkeit der Entschäumerwirkung, definiert als zeitliche Entwicklung des Schaumvolumens nach Zugabe des Entschäumers. Die gemessenen Schaumhöhen wurden in Schaumvolumen umgerechnet, sodass das Schaumvolumen für jede Versuchswiederholung direkt als Funktion der Zeit dargestellt werden konnte.

Alle Versuche wurden dreifach durchgeführt. Die Ergebnisse werden für jede Formulierung und jedes Prüfmedium als zeitliche Entwicklung des mittleren Schaumvolumens dargestellt. Dieser Ansatz gewährleistete die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse und ermöglichte einen klaren visuellen Vergleich des dynamischen Verhaltens der drei Trägersysteme sowohl unter proteinbedingten als auch unter tensidbedingten Schaumbildungsbedingungen.

Ergebnisse

Die Wirksamkeit der drei Entschäumerformulierungen wurde sowohl im CSS- als auch im SLES-Medium anhand der zeitlichen Entwicklung des Schaumvolumens bewertet. Die beiden Kurven des Schaumvolumens als Funktion der Zeit zeigen die Geschwindigkeit des Schaumabbaus (Knockdown) und die langfristige Entschäumerleistung jedes Produkts im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle.

CSS MEDIUM

 

Im CSS-Medium bewirkten alle drei Formulierungen unmittelbar nach ihrer Zugabe einen schnellen Zusammenbruch der anfänglichen Schaumschicht von 800 mL. OLM 14 zeigte die höchste Schaumabbaugeschwindigkeit und erreichte bereits in den ersten Sekunden nahezu null. OLM 14 WO wies ein ähnliches Reduktionsprofil mit einer geringfügig niedrigeren Geschwindigkeit, jedoch einer sehr stabilen Unterdrückung auf. OLV 14 zeigte ebenfalls eine vergleichbare anfängliche Verringerung, hielt die niedrigsten Schaumwerte jedoch über den längsten Zeitraum aufrecht. Nach dem anfänglichen Zusammenbruch hielten alle drei Formulierungen das Schaumvolumen bis in die Endphase des Versuchs nahezu bei null; erst dann setzte eine allmähliche erneute Schaumbildung ein. Dabei zeigte OLV 14 einen kontrollierteren Rückpralleffekt.

SLES MEDIUM

 

Im SLES-Medium traten die Unterschiede zwischen den drei Formulierungen deutlicher hervor. OLM 14 zeigte erneut die höchste Schaumabbaugeschwindigkeit, während OLM 14 WO während des gesamten Versuchs die stabilste und beständigste Unterdrückung lieferte und das Schaumvolumen nahezu bei null hielt, ohne dass es zu einer nennenswerten erneuten Schaumbildung kam. OLV 14 zeigte dagegen im tensidhaltigen Medium eine geringere Wirksamkeit, einen langsameren Schaumzusammenbruch und eine frühere sowie ausgeprägtere Wiederaufschäumphase. Dieses Verhalten steht im Einklang mit der höheren Verträglichkeit und dem stärkeren Dispergiervermögen pflanzenölbasierter Systeme in tensidreichen Umgebungen.

In beiden Prüfmedien blieb die anfängliche Schaumhöhe bei der unbehandelten Kontrolle während des gesamten Versuchs nahezu konstant. Dies bestätigt die Notwendigkeit und Wirksamkeit der Entschäumerzugabe. Alle Ergebnisse entsprechen dem Mittelwert aus drei Versuchswiederholungen und zeigen konsistente Trends bei geringer Variabilität.

Diskussion

Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die Wahl der Trägerflüssigkeit sowohl die unmittelbare als auch die langfristige Leistung der drei Entschäumerformulierungen maßgeblich beeinflusst. Obwohl alle Produkte denselben entschäumenden Wirkstoff enthalten, führen Unterschiede in der Beschaffenheit des Trägers, seinem Dispergiervermögen und seiner Wechselwirkung mit dem schäumenden Medium zu unterschiedlichen Verhaltensweisen in den beiden Prüfmedien.

Im Natriumcaseinat-Medium (CSS) lieferte OLM 14 eine höhere Schaumabbaugeschwindigkeit, entsprechend dem für lösemittelbasierte Träger charakteristischen schnellen Ausbreitungsvermögen. OLM 14 WO war in der Anfangsphase zwar etwas langsamer, hielt die Schaumunterdrückung jedoch über die Zeit sehr stabil und zeigte damit ein ausgewogeneres Verträglichkeitsprofil. OLV 14 erreichte eine vergleichbare anfängliche Abbaueffizienz, hielt jedoch die niedrigsten Schaumwerte am längsten aufrecht. Die moderate erneute Schaumbildung in der Endphase des Versuchs war bei OLV 14 geringer, was auf eine tiefere, wenn auch langsamere Wechselwirkung mit dem proteinreichen System hindeutet.

Im SLES-Medium wurde das unterschiedliche Verhalten der Formulierungen noch deutlicher. Durch Tenside stabilisierte Schäume sind schwieriger zu beseitigen, und erneut zeigte OLM 14 die höhere Wirksamkeit beim anfänglichen Schaumabbau. OLM 14 WO sorgte während des gesamten Versuchs für die stabilste Unterdrückung, hielt die Schaumwerte sehr niedrig und verhinderte eine nennenswerte erneute Schaumbildung. OLV 14 dispergierte dagegen tiefer in der tensidreichen Matrix, was zu einem langsameren Schaumabbau und einer ausgeprägteren erneuten Schaumbildung führte. Dieses Verhalten steht im Einklang mit der höheren Verträglichkeit pflanzenölbasierter Träger in Umgebungen mit hoher Reinigungsmittelkonzentration.

Zusammenfassend bestätigt die Studie, dass alle drei Formulierungen zwar wirksame Entschäumer ergeben, ihre Leistungsprofile jedoch je nach Zusammensetzung des Mediums deutlich voneinander abweichen. Die Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig es ist, das am besten geeignete Trägersystem entsprechend den spezifischen Schaumbildungsproblemen in Abwasserbehandlungsprozessen auszuwählen.

Schlussfolgerungen

Diese Studie zeigt, dass das Trägersystem eine entscheidende Rolle für die Leistung von Entschäumerformulierungen spielt, selbst wenn der Wirkstoff unverändert bleibt. In beiden Prüfmedien erzielte das lösemittelbasierte OLM 14 die höchste Schaumabbaugeschwindigkeit und bestätigte damit seine Eignung für Anwendungen, die eine sofortige Schaumunterdrückung erfordern. OLM 14 WO zeigte in beiden Medien das stabilste und beständigste Verhalten und ist damit eine ausgezeichnete Wahl, wenn eine lang anhaltende Schaumkontrolle zusammen mit einem sichereren, weniger flüchtigen Träger gefordert ist. OLV 14 wiederum bot im proteinreichen Medium die beständigste Entschäumerwirkung, war im tensidhaltigen Medium jedoch weniger wirksam; dieses Verhalten entspricht der höheren Verträglichkeit pflanzenölbasierter Träger bei hohen Reinigungsmittelkonzentrationen.

Auf Grundlage der erzielten Ergebnisse ist OLM 14 die am besten geeignete Formulierung für Anwendungen, die einen schnellen Schaumabbau erfordern. OLM 14 WO ist die beste Wahl für Anwendungen, bei denen eine stabile und lang anhaltende Kontrolle erforderlich ist. OLV 14 ist hingegen die bevorzugte Alternative für biologisch aktive Systeme, in denen der Erhalt der Enzymaktivität und die Beständigkeit gegen biologischen Abbau entscheidende Faktoren sind.

Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass es keine universell optimale Formulierung gibt; jedes Produkt bietet je nach Schaumbildungsumgebung und betrieblichen Prozessanforderungen spezifische Vorteile. Um den für eine industrielle Anwendung am besten geeigneten Entschäumer zu bestimmen, sollten die im Labor erzielten Ergebnisse durch Versuche unter realen Betriebsbedingungen ergänzt werden, da die endgültige Leistung auch von Faktoren wie Dosierstrategie, Injektionsstelle, Mischbedingungen und den spezifischen Eigenschaften des Abwasserstroms abhängt.

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