Wertstoff Prozesswasser

Dr. J. Lipnizki, Dr. S. Casani, Dr. U. Meyer-Blumenroth

Einer der interessantesten Märkte im Bereich des Wasser- und Abwassermarktes ist die Lebensmittelindustrie. Lag der Umsatz im Jahr 2001 noch bei 340 Mio. Euro europaweit, wird der Markt, Prognosen zufolge, im Jahr 2007 bei 420 Mio. Euro liegen und damit relativ zum europäischen Gesamtmarkt für Wasser- und Abwasseranlagen im zweistelligen Prozentbereich. Beispiele, wo Wasser eingesetzt werden kann und welche Strategien zur Reduzierung verwendet werden, zeigt Bild 1. Prozesswässer, die in der Lebensmittelindustrie anfallen, beinhalten in der Regel keine toxischen Substanzen, können jedoch durch den Kontakt mit dem Lebensmittel, der Anlage und der Umgebung mikrobiologisch kontaminiert sein. Zusätzlich können diese Prozessströme durch die verschiedenen Produktionsschritte komplexe Mischungen von organischer und anorganischer Materie enthalten. Um eine Kontamination sensibler Produktionsschritte zu verhindern, wird das Wasser häufig nur für Bereiche benutzt, wo kein direkter Kontakt mit dem Lebensmittel entsteht, wie z. B. bei der Kühlung oder Gebäudereinigung. Jedoch ist es manchmal sinnvoller, durch die anfallenden Mengen, das Wasser direkt wieder zu verwenden. Dies wird z. B. häufig bei der Reinigung von Obst und Gemüse gemacht.

An Reinigungssysteme für Prozesswässer werden daher besondere Anforderungen gestellt. So sollte das System unerwünschte Schwebestoffe, Chemikalien und mikrobiologische Komponenten entfernen und, falls erforderlich, auch das Wachstum von pathogenetischen und fäulnisfördernden Organismen verhindern. Zusätzlich darf sich die Qualität des Lebensmittels nicht verschlechtern.

Zur Dekontamination gibt es chemische oder physikalische Methoden. Während die chemische Methode in der Regel aus aggressiven Oxidationsmitteln wie Chlor, Ozon oder Peressigsäure besteht, sind gängige Methoden bei der physikalischen Behandlung das Aufheizen, die Bestrahlung mit UV-Licht und die Membranfiltration. In Tabelle 1 sind die verschiedenen Methoden gegenübergestellt.

Während physikalische Methoden hohe Investitionskosten haben, können durch die chemische Behandlung eines Prozessstromes giftige Nebenprodukte entstehen, was die Wiederverwertbarkeit des Wassers deutlich einschränken kann. Auch werden durch die chemische Behandlung keine Partikel aus dem Wasser entfernt. Dies ist auch ein wesentlicher Nachteil der UV-Bestrahlung und der Aufheizmethode. Die Membranfiltration hingegen kann, je nach Prozess, sowohl Partikel als auch Mikroorganismen entfernen. So kann das behandelte Wasser nicht nur zum Waschen der Rohware oder zum Kühlen verwendet werden, sondern auch für den direkten Kontakt mit dem Lebensmittel, wenn eine ausreichende Kontrolle der Wasserqualität implementiert ist. Je nach Trennungsvermögen werden Membranen in vier verschiedene Kategorien eingeteilt (Tabelle 2).

Ähnlich den Wärmetauschern kann sich jedoch auf der Membran Fouling bilden. Eine Vorbehandlung und eine regelmäßige Reinigung sind daher in der Regel erforderlich, auch um Biowachstum zu verhindern.

Ein typisches Anwendungsbeispiel für die Membranfiltration ist die Konzentration von Flüssigei. Hierbei wird die Ultrafiltration eingesetzt, um wertvolle Eikomponenten aus dem reinigungsmittelfreien Spülwasser zurückzugewinnen und das Spülwasser wieder einzusetzen. Zum Einsatz kommt ein Spiracel-Modul mit einer molekularen Trenngrenze von 20 kDa. Das Spülwasser stammt in diesem Prozess aus der Spülung der Eiverarbeitungsmaschine, in der die Schalen und Hagelschnüre entfernt werden. Das Permeat nach der Ultrafiltration kann direkt in einigen Prozessschritten wie der Eierbrechmaschine eingesetzt werden. Bei Bedarf wird es zusätzlich noch mit einer Umkehrosmose behandelt, um es wieder sensibleren Prozessschritten zuzuführen. Durch diese Prozessführung wird eine Wasserersparnis von ca. 80 % erreicht.

Ein Beispiel, in welchem sich Membranfiltration mit Ultrafiltration gegenüber der UV-Behandlung als vorteilhaft erwiesen hat, ist der Blanchierprozess bei der Vorbehandlung von Tiefkühlgemüse. Es zeigte sich nicht nur, dass die Ultrafiltration die Mikroben besser reduzieren konnte, sondern auch, im Gegensatz zur reinen UV-Behandlung, die Trübung des Wassers deutlich reduziert wurde.

Bei Versuchen, in der das Wasser einer Krabbenschälmaschine wiederverwendet wurde, zeigte sich sogar, dass das mit einer Umkehrosmose aufgearbeitete Wasser eine bessere Qualität hatte, als das zuvor benutze Leitungswasser und damit die Bestimmungen für die Wiederverwertung erfüllt.

Insgesamt haben sich Membranprozesse zur Reinigung sensibler Prozess- und Wasserströme etabliert. So lassen sich heute durch reduzierte Investitionskosten, u. a. durch fallende Membran- und Modulkosten, solche Systeme auch dort installieren, wo vor wenigen Jahren die Wirtschaftlichkeit noch nicht gegeben war.

Microdyn-Nadir liefert ein breites Spektrum an Membranfiltrationsmodulen für diverse Anwendungen in der Lebensmittelindustrie wie z. B. Spiracel-Wickelmodule, Microdyn-Kapillarmodule, Ultradyn- und Seprodyn-Rohrmodule.

Die Wickelmodule zeichnen sich durch ein besonders günstiges Flächen-Volumenverhältnis aus. Das Design bewirkt eine Verbesserung der Hydrodynamik bei gleichzeitig minimiertem Energieeintrag. Typische Einsatzgebiete sind der Bereich Milch/Molke, Gelatine oder Flüssigei. Die Kapillarmodule für die Filtration von Wein, Saft, Essig und Käsereisalzlake zeichnen sich vor allem durch ihre robuste Bauart aus. Die Rohrmodule weisen hervorragende chemische Beständigkeiten aus und werden bei der Filtration mit hohen Trübgehalten genutzt (Bier- und Saftfiltration). Das Unternehmen liefert diese Modulgeometrien mit einer Vielzahl an unterschiedlichen Membrantypen. Auf diese Art können auch spezielle Anwenderwünsche erfüllt werden.

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Studie: Wasser- und Abwasser-Management

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