Die Getränkeherstellung umfasst eine Vielzahl an Prozessen wie Mischen, Abfüllen, Reinigen und Kühlen, die allesamt Wasser in unterschiedlichen Qualitäten und Mengen nutzen. Als Folge entstehen industrielle Abwässer, die in Menge und Zusammensetzung stark variieren können. Die Behandlung dieser Abwässer ist essenziell, um gesetzliche Vorgaben einzuhalten, Betriebskosten zu optimieren und Umweltbelastungen zu minimieren. In diesem Beitrag werden die spezifischen Eigenschaften des Abwassers in der Getränkeindustrie, die technologischen Herausforderungen und die praxistauglichen Verfahren zur Behandlung detailliert beschrieben.
Inhaltsverzeichnis
Zusammensetzung des Abwassers in der Getränkeherstellung
Abwasser aus der Getränkeherstellung enthält in der Regel eine komplexe Mischung aus organischen und anorganischen Stoffen. Typische Inhaltsstoffe sind:
Organische Belastungen:
- Zucker, Stärke und andere Kohlenhydrate aus der Produktion von Softdrinks, Säften und alkoholischen Getränken.
- Reststoffe aus der Fermentation, insbesondere bei Bier- und Weinherstellung, wie Ethanol, Methanol und Hefezellen.
- Fette, Öle und Proteine aus der Verarbeitung von Milchprodukten in Molkereien, die Getränke wie Shakes oder Lassis herstellen.
Anorganische Verunreinigungen:
- Rückstände von Reinigungsmitteln wie Laugen und Säuren, die bei der CIP-Reinigung (Cleaning-In-Place) von Leitungen, Tanks und Abfüllanlagen verwendet werden.
- Salze und Mineralien aus enthärtetem oder konditioniertem Prozesswasser.
Feststoffe:
- Sedimente aus der Filtration oder Pressrückstände bei Fruchtsäften.
- Schwebstoffe und organische Feststoffe aus Rückständen in Rohstoffen.
Spezifische Belastungen:
- Hohe pH-Wert-Schwankungen durch den Wechsel zwischen alkalischen und sauren Reinigungsmitteln.
- Biologisch schwer abbaubare Stoffe, wie bestimmte Konservierungsmittel oder Additive.
Technische Herausforderungen
Die Behandlung von Abwasser aus der Getränkeherstellung erfordert eine angepasste Strategie, da die Belastungen stark von der Produktpalette, der Produktionstechnik und den eingesetzten Reinigungsprozessen abhängen. Typische Herausforderungen sind:
Hoher CSB-Wert (Chemischer Sauerstoffbedarf):
- Organische Stoffe führen zu einem hohen CSB, was eine biologische oder chemische Behandlung notwendig macht.
Schwankende Abwassermengen:
- Saisonale Produktion oder unterschiedliche Chargengrößen können zu stark variierenden Abwasservolumina führen, was flexible Behandlungskapazitäten erfordert.
Schaumbildung:
- Durch Zucker und Tenside können Schaumbildung und Störungen in biologischen Klärprozessen auftreten.
Korrosions- und Fouling-Risiken:
- Reinigungsmittelrückstände können Anlagenmaterialien angreifen und Membrananlagen belasten.
Behandlungsverfahren
Die Wahl des Behandlungsverfahrens richtet sich nach der Abwasserzusammensetzung und den gesetzlich vorgeschriebenen Einleitparametern. Eine Kombination aus mechanischen, chemisch-physikalischen und biologischen Prozessen hat sich als praxistauglich erwiesen.
1. Mechanische Vorbehandlung
- Rechen und Siebe: Entfernung von Feststoffen wie Fruchtstücken oder Etikettenresten.
- Filtrationsanlagen: Abscheidung schwerer Partikel, z. B. Glaspartikel oder Sedimente.
- Sedimentation: Vorabscheidung von Schwebstoffen zur Entlastung nachgeschalteter Prozesse.
Foto: Unsere Mehrschichtfilter ALMA FIL mit nachgeschalteten Ionenaustauscher ALMA ION
2. Chemisch-physikalische Behandlung
Die chemisch-physikalische Behandlung von Abwasser kombiniert chemische Reaktionen und physikalische Trennverfahren, um gelöste, kolloidale und fein suspendierte Stoffe effektiv zu entfernen. Sie bildet häufig einen zentralen Bestandteil der Vor- oder Zwischenbehandlung von Abwasser und bereitet das Wasser optimal auf nachfolgende biologische oder mechanische Verfahren vor. Hier sind die Hauptmethoden im Detail:
Fällung und Flockung
Fällung und Flockung sind bewährte Verfahren zur Entfernung von kolloidalen und fein verteilten Stoffen, die in einer rein mechanischen Behandlung nicht abgeschieden werden können.
Fällung: Bei der Fällung werden chemische Fällmittel wie Aluminiumsulfat, Eisen(III)-chlorid oder Polyaluminiumchlorid dem Abwasser zugesetzt. Diese bewirken eine chemische Umwandlung der im Wasser gelösten Stoffe, sodass unlösliche Verbindungen entstehen. Diese neu gebildeten Partikel sind oft mikroskopisch klein und können ohne zusätzliche Maßnahmen nicht abgetrennt werden.
Flockung: Um die in der Fällung gebildeten Partikel zu größeren, leichter abtrennbaren Agglomeraten zu verbinden, werden Flockungsmittel (z. B. Polymere) eingesetzt. Diese fördern die Bildung größerer Flocken, die durch physikalische Prozesse wie Sedimentation oder Flotation effizient abgeschieden werden können.
Dieses Verfahren ist besonders wichtig bei der Behandlung von Abwässern, die hohe Konzentrationen an organischen oder anorganischen kolloidalen Stoffen enthalten, wie sie in der Getränkeherstellung häufig vorkommen. Die präzise Dosierung und Auswahl der Chemikalien ist entscheidend, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
Neutralisation
Die Neutralisation dient dem Ausgleich von pH-Schwankungen, die durch Produktionsprozesse oder den Einsatz von Reinigungschemikalien verursacht werden können. Dabei werden Säuren oder Laugen dosiert, um den pH-Wert des Abwassers in den neutralen Bereich (pH 6,5–8,5) zu bringen, was für nachfolgende Behandlungsverfahren entscheidend ist.
- Praktische Durchführung: Bei stark alkalischem Abwasser (pH > 9) wird beispielsweise Schwefelsäure oder Kohlendioxid (CO₂) eingesetzt, während bei stark saurem Abwasser (pH < 6) häufig Natronlauge oder Kalkmilch zur Neutralisation verwendet werden. Moderne Anlagen verfügen über pH-Regelkreise, die die Chemikalienzufuhr automatisieren und präzise an den aktuellen Bedarf anpassen.
Eine korrekte Neutralisation schützt nachgeschaltete Anlagen vor Korrosion oder Funktionsstörungen und gewährleistet die Einhaltung gesetzlicher Einleitgrenzwerte.
Dissolved Air Flotation (DAF)
Die DAF, oder Druckentspannungsflotation, ist ein physikalisches Verfahren, das speziell zur Abscheidung von Fetten, Ölen und Proteinen entwickelt wurde. Diese Stoffe stellen eine besondere Herausforderung dar, da sie häufig an der Wasseroberfläche oder als schwer separierbare Emulsionen vorliegen.
Funktionsweise: Bei der DAF wird dem Abwasser unter Druck stehendes, mit Luft gesättigtes Wasser zugeführt. Durch Entspannung des Drucks bilden sich mikroskopisch kleine Luftblasen, die sich an Partikel oder Flocken anlagern und diese zur Wasseroberfläche transportieren. Die abgeschiedenen Stoffe können dann als Schaum abgeschöpft werden.
Praxisanwendung: Systeme wie ALMA NeoDAF von ALMAWATECH kombinieren modernste Flotationstechnologie mit präziser Steuerung, um hohe Abscheidegrade und minimalen Chemikalieneinsatz zu gewährleisten.
Foto: Unsere CP-Anlage mit Neutralisation und Aktivkohlefiltration zur Vorbehandlung von schwermetallhaltigen Abwässern vor einer Umkehrosmose
3. Biologische Behandlung
Die biologische Behandlung nutzt Mikroorganismen, um organische Verunreinigungen im Abwasser abzubauen. Sie ist ein essenzieller Bestandteil der Abwasserreinigung, insbesondere bei Abwässern mit hohem chemischen und biologischen Sauerstoffbedarf (CSB und BSB). Abhängig von der Art der Abwässer und der Zielsetzung kommen aerobe und anaerobe Verfahren sowie hybride Ansätze wie die Biofiltration zum Einsatz.
Aerobe Verfahren
Aerobe Verfahren basieren auf dem mikrobiellen Abbau organischer Stoffe in Gegenwart von Sauerstoff. Mikroorganismen, wie Bakterien und Pilze, oxidieren organische Verbindungen zu Kohlendioxid (CO₂) und Wasser.
Belebtschlammverfahren: Dieses Verfahren wird in Anlagen wie der ALMA BHU Bio eingesetzt. Das Abwasser wird in einen belüfteten Reaktor geleitet, in dem Mikroorganismen als Belebtschlamm in Schwebe gehalten werden. Durch kontinuierliche Sauerstoffzufuhr und Mischung wird eine effiziente biologische Aktivität sichergestellt.
Vorteile: Aerobe Verfahren sind besonders geeignet für die Behandlung leicht abbaubarer organischer Stoffe, wie Zucker oder Stärke. Sie sind in der Lage, eine hohe CSB-Reduktion zu erreichen und erzeugen dabei einen stabilen Überschussschlamm.
Anaerobe Verfahren
Anaerobe Verfahren erfolgen ohne Sauerstoff und eignen sich hervorragend für Abwässer mit hoher organischer Belastung. Sie nutzen spezielle Mikroorganismen, die organische Stoffe in Biogas (Methan und Kohlendioxid) umwandeln.
Biogasreaktoren: Anlagen wie die ALMA BHU GMR setzen diesen Prozess ein, um organische Stoffe zu Methan umzuwandeln. Das entstehende Biogas kann energetisch genutzt werden, z. B. zur Dampferzeugung oder Stromproduktion.
Vorteile: Anaerobe Verfahren bieten nicht nur eine effiziente Abwasserbehandlung, sondern tragen durch die Energiegewinnung auch zur Betriebskostensenkung bei. Außerdem entsteht weniger Schlamm als bei aeroben Verfahren.
Biofiltration
Die Biofiltration kombiniert biologische und mechanische Prozesse, um Restbelastungen an organischen Stoffen zu entfernen.
- Funktionsweise: In bioaktiven Filtern wie ALMA BHU BioFil haften Mikroorganismen auf einem Trägermaterial. Das Abwasser durchströmt den Filter, wobei die Mikroorganismen organische Reststoffe abbauen.
- Vorteile: Diese Technologie ist ideal für die Nachbehandlung von Abwasser und die Vorbereitung auf nachgeschaltete Membranprozesse. Sie reduziert Biofouling und ermöglicht so den wirtschaftlichen Betrieb von Umkehrosmoseanlagen.
Foto: Unsere Biofiltration zur Vorbehandlung von organisch belasteten Abwässern vor einer Umkehrosmoseanlage
4. Nachbehandlung und Wasserrecycling
Die Nachbehandlung dient der Entfernung verbleibender Spurenstoffe und der Aufbereitung von Abwasser für eine mögliche Wiederverwendung als Prozesswasser.
Umkehrosmose (RO)
Die Umkehrosmose ist ein membranbasiertes Trennverfahren, das unter hohem Druck arbeitet. Es entfernt gelöste Salze, organische Moleküle und andere Verunreinigungen.
- Anwendung: Das gereinigte Wasser kann als Prozesswasser oder zur Kesselspeisung wiederverwendet werden. RO-Systeme stellen sicher, dass auch strengste Wasserqualitätsanforderungen erfüllt werden.
Aktivkohlefiltration
Die Aktivkohlefiltration wird verwendet, um organische Spurenstoffe, Gerüche und Geschmacksstoffe zu entfernen. Sie dient auch der Reduktion von Chlor, das Membranen und Mikroorganismen schädigen kann.
Desinfektion
Abschließend wird das Wasser desinfiziert, um mikrobiologische Belastungen zu minimieren. Systeme wie ALMA OXI UV nutzen UV-Licht oder Ozon, um Bakterien, Viren und andere Mikroorganismen effizient abzutöten. Dies garantiert eine hygienische Wasserqualität und verhindert die Rückverkeimung im Kreislauf.
Foto: Unsere Umkehrosmoseanlage für das betriebsinterne Wasserrecycling
Fazit
Die Abwasserbehandlung in der Getränkeherstellung erfordert maßgeschneiderte Lösungen, die flexibel auf die spezifischen Belastungen und Anforderungen der Produktion abgestimmt sind. Durch den Einsatz moderner Technologien wie der Biofiltration, Membranverfahren und Biogasanlagen können ökologische und ökonomische Ziele gleichermaßen erreicht werden.
Für weiter Informationen zu unseren Produkten können Sie uns gerne jederzeit kontaktieren!
