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Verloren gegangene Milchschnitten

Frachtbestimmung in Molkereiabwässern
Verloren gegangene Milchschnitten

Milch verarbeitende Betriebe suchen seit langem nach einer geeigneten Lösung, die tatsächliche Fracht in ihren Abwässern zu bestimmen. Gewünscht wird ein möglichst einfaches, zuverlässiges und wartungsarmes System. Diese Forderungen erfüllt das Kurzzeit-BSB-Messgerät Biox-1010. Das kontinuierlich arbeitende System ermittelt den BSB innerhalb von drei Minuten. Sein Messbereich reicht von 2 bis 10 000 mg BSB/l.

Dr. Gerhard Nowack

Produktionsverluste in der Milch verarbeitenden Industrie sollten nicht zu Engpässen bei der Versorgung der Kunden mit Hauptumsatzträgern führen. Dieses etwas provokante Bild ist nicht real, aber in Molkereien, Käsereien und ähnlichen Betrieben sind Produktionsverluste beispielsweise aufgrund von Reinigungsschritten unvermeidlich. Dabei werden die verloren gegangenen Wertstoffe häufig erst in der angeschlossenen Kläranlage entdeckt.
Das Betriebspersonal derartiger Kläranlagen wird alarmiert, wenn eine Mischung aus toxischem Stoß (Reinigungsmittel) und Produkt die Anlage erreicht. Um in Molkerei- und Käsereiabwässern derartige Stöße und die damit verbundene tatsächliche Belastung festzustellen, suchen die Milch verarbeitenden Produktionsbetriebe seit langem nach einer geeigneten Lösung, einem möglichst einfachen, zuverlässigen und wartungsarmen System. Mit Hilfe einer kontinuierlich arbeitenden Online-BSB-Messung kann eine derartige Überwachung lückenlos erfolgen. Da in der Regel ein Abwassersammelschacht aus den verschiedenen Produktionsabteilungen vorhanden ist, können mit gleichzeitiger Aufzeichnung der Pumpenlaufzeiten die Frachten, die Belastungsquellen und -ursachen zurückverfolgt werden.
Ermittlung der Fracht
Zur Bestimmung der Fracht stehen prinzipiell mehrere Fracht- oder Summenparameter zur Verfügung. Als bekannteste Größe ist der CSB zu nennen. Hier gilt es zu beachten, dass der CSB einige Stoffklassen nicht erfasst. So sind primäre, sekundäre und tertiäre Amine schwer aufzuschließen und tragen gemäß CSB nicht zur Fracht bei, obwohl sie tatsächlich vorhanden sind. Der TOC bildet den gesamten organischen Kohlenstoff ab. Aufgrund der stark schwankenden, zum Teil großen Fettgehalte haben kontinuierlich arbeitende Online-Analysatoren für den CSB und TOC auf Dauer Schwierigkeiten, die realen Belastungen zu messen, da eine hohe Fracht Reinigungszyklen in kurzen Abständen nötig macht. Der optische Summenparameter SAK (Spektraler Absorptionskoeffizient gemäß DIN 38404) misst keine kurzkettigen Kohlenwasserstoffe. So werden beispielsweise einfache Alkohole nicht registriert. Der im Labor bestimmte BSB ist für eine effektive Überwachung zeitlich zu aufwändig. Der kontinuierlich arbeitende Kurzzeit-BSB hat den Vorteil, dass er die Belastung abbildet, die auch die Kläranlage abbauen kann. Dies ist der entscheidende Vorzug des BSB-Analysators Biox-1010 von Stip Isco. Im Falle der Milchverarbeitung hat es sich gezeigt, dass alle wichtigen Stoffgruppen aus der Produktion wie Molke, Rahm, Molkepaste und Milchzucker über den Biox-1010 erfasst werden.
Neben den Überlegungen, welcher Summenparameter die vorhandene Fracht optimal abbildet, sollten auch physikalische Randbedingungen Beachtung finden. Dazu gehören beispielsweise:
  • Ort und Geschwindigkeit der Frachtmessung
  • Probennahme und Probenaufbereitung
  • Auftreten von Querempfindlichkeiten oder Memoryeffekten
  • Zeit, in der der Sensor von einem Maximalwert zurück auf Null geht
  • Präzision der ausgegebenen Analysenwerte
Die Frage nach der Reaktionszeit ist für die Milchindustrie von großer Bedeutung: Wie schnell spricht ein Sensor an? Wie bildet der Sensor eine Belastungsspitze ab oder schwingt er über, d. h. gibt es Memoryeffekte? Für Produktionsstätten wie Molkereien sollte der Sensor die reale Belastung möglichst in Echtzeit abbilden, da sonst wertvolles Produkt verloren geht. Diese Forderung erfüllt der Biox-1010.
Optimaler Kompromiss
Das Kurzzeit-BSB-Messgerät Biox-1010 ermittelt den BSB kontinuierlich und innerhalb von drei Minuten. In Bezug auf die oben genannten Fragestellungen stellt es somit einen optimalen Kompromiss dar. Zur genauen Lokalisierung und Ursachenunterscheidung kann das BSB-Messgerät zusätzlich mit einer pH- und einer Leitfähigkeitsmessung ergänzt werden. Der Messbereich des Gerätes liegt zwischen 2 bis 10 000 mg BSB/l.
Im Bioreaktor des Biox-1010 befindet sich eine Vielzahl kleiner Kunststoffringe (Bild 1). Sie dienen als Oberfläche zum Aufwuchs bestimmter Mikroorganismen und werden durch eine Umwälzung in turbulenter Bewegung gehalten. Die Menge der zum Reaktor zugeleiteten Fracht entspricht der Nährstoffkonzentration für die Mikroorganismen. Diese Nährstoffkonzentration im Bioreaktor wird durch die Abwasserpumpe und die Verdünnungspumpe für Verdünnungswasser so geregelt, dass der Sauerstoffverbrauch der abbauenden Mikroorganismen im Bioreaktor konstant 3 mg/l beträgt. Dieser Vorgang wird über den Sauerstoffverbrauch der Biologie zwischen Zulauf des Bioreaktors und Ablauf des Bioreaktors mit Hilfe von Sauerstoffsonden überwacht. Aus dem Verhältnis zwischen Abwasser und Verdünnungswasser bzw. dem resultierenden Umdrehungsverhältnis zwischen den beiden Pumpen wird der BSB-Wert ermittelt. Letzterer wird auf den BSB-5 gemäß DIN-Methode kalibriert.
Die in den Abbildungen 2 und 3 dargestellten Beispiele zeigen die Adaption der Mikroorganismen auf eine gegebene Fracht. Durch das Verdünnungsprinzip ist die gewählte Messmethode sehr unempfindlich gegenüber toxischen Abwasserinhaltsstoffen; dies ist gerade für Molkereien aufgrund der Verwendung von NaOH und Detergentien als Reinigungsmittel sehr wichtig. Im Falle einer süddeutschen Molkerei hat sich gezeigt, dass mit einer vorgeschalteten Zweiseitenneutralisation die für die BSB-Analyse notwendigen Bakterien durch einen konstanten, neutralen pH-Wert besser aktiv gehalten werden können. Bei unzureichender Neutralisation wurden die Mikroorganismen im BSB-Messgerät geschädigt. Sie erholten sich erst nach ein bis zwei Tagen. Deshalb wurden die Säure- und Laugenkonzentrationen für die Neutralisation erhöht, um auch die stark alkalische NaOH-Belastungsstöße der CIP-Anlagen auszugleichen.
Die Versuche, das Messgerät ohne Anwendung einer pH-Neutralisation der Abwasserprobe zu betreiben, sind gescheitert. Der Vorteil der verwendeten Mikroorganismen ist ihre Adaption auf den zu untersuchenden Prozess. Da die Mikroorganismen praktisch identisch mit denen in der Kläranlage sind, bildet der gemessene BSB genau die Größe ab, die die Kläranlage am Werksablauf auch abbauen kann.
Praktische Umsetzung
Das Messgerät wurde am Werksauflauf zur Auslaufkontrolle installiert. Die Daten können direkt auf die Leitwarte gegeben werden oder vor Ort beispielsweise durch einen Drucker dokumentiert werden. Eine Alarmmeldung wird an drei verschiedenen Stellen in der Produktion an sogenannten Quittierkästen angezeigt. Tritt eine erhöhte Frachtkonzentration auf, löst das BSB-Messgerät einen Alarm aus. Durch Sichtkontrolle an den verschiedenen Rohrleitungen und durch die hinzugezogenen Aufzeichnungen der Pumpenlaufzeiten lässt sich die Ursache eines Frachtstoßes zurückverfolgen. Besonders vorteilhaft ist diese Vorgehensweise bei der Umstellung auf neue Produkte, da von vornherein Belastungsspitzen dokumentiert und abgestellt werden können.
Die erkannten Frachtspitzen können zum Schutz der Kläranlage in besondere Becken umgeleitet werden. Das gilt auch für toxische Stöße. Das Ergebnis ist eine deutliche Reduzierung der Stromkosten. Entscheidend für diesen Effekt ist die Vermeidung von extremen Belastungs- und damit verbundener kurzzeitiger Stromspitzen.
Positive Effekte
Die positiven Effekte, die der Einsatz des kontinuierlich arbeitenden Kurzzeit-BSB-Messgerätes Biox-1010 auf die Produktion hat, zeigen die folgenden Punkte: Auch bei kritischen Betriebszuständen in der Molkerei ist ein sicherer Betrieb der Kläranlage gewährleistet. Eine Koordinierung der BSB-Belastung der Kläranlage ist gegeben. Neben einer deutlichen Verringerung der Stromkosten profitiert der Anwender von sinkenden Produktionsverlusten.
dei 446
www.stip.de

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