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Wasser/Abwasser-Behandlung Alles andere wird Käse: Molke, Spülwasser und Keime als Abwasser-Challenge

| Redakteur: Dominik Stephan

Nicht alle Milch wird Käse: Ob in der Molkerei, beim Parts-Washing oder im Krankenhaus, die Herausforderungen für die Abwasser-Behandlung sind immens. Umso wichtiger, dass der Anlagenbaukasten mit den passenden Verfahren und Technologien bestückt ist.

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Den Dreh raus: Dank der rotierenden Membranen werden Verunreiningungen zuverlässig abgetrennt.
Den Dreh raus: Dank der rotierenden Membranen werden Verunreiningungen zuverlässig abgetrennt.
(Bild: PROCESS)

Wer an Mozzarella denkt, sieht vielleicht vor seinem geistigen Auge die sanften Hügel der Toskana oder der Emilia. Sonnenbeschienene Dörfer, pittoreske Pappeln und friedlich grasende Büffel. Ob auf der Pizza, zu Nudelgerichten oder „einfach so“ – der weiche Käse hat überall auf der Welt Fans. Mozzarella ist ein italienischer Exportschlager– dabei kommt schon längst nicht mehr aller Käse aus Bella Italia. Auch im dänischen Jütland, wo man eher Esrom, Havarti oder dänischen Blauschimmel erwartet, hat der halbfeste Weiße mit dem milden Aroma seine Fans. So unterhält die dänisch-schwedische Molkereigenossenschaft Arla in Rødkærsbro, etwa 30 Kilometer nordwestlich von Arhus, eine der größten Mozzarella-Käsereien Europas.

In Rødkærsbro dreht sich alles um den weißen Käse: Jeder Liter Milch, der auf dem Gelände ankommt, wird zur Mozzarella-Herstellung verwendet. Doch nicht alles, was Milch ist, wird auch Käse. Was nach der Gerinnung des als „Bruch“ bezeichneten Rohkäses übrig bleibt, ist die sogenannte Molke. Eine wässrige, gelbliche Flüssigkeit, die zum größten Teil aus Wasser besteht, aber auch Milchzucker, Vitamine, Milchsäure und Eiweiße enthält. Zwar ist die Molke kein Abfall, sondern kann für die Herstellung von Tierfutter, Getränken oder als Proteinquelle etwa in der Sportlernahrung verwendet. Was übrig bleibt – und dass ist bei einer industriellen Käserei wie der in Rødkærsbro jede Menge – kommt in den Abfluss. Über eine Millionen Liter– und das jeden Tag.

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Molke wird zur Abwasser-Herausforderung

Das heißt natürlich nicht, dass die überschüssige Molke einfach in den Vorfluter gekippt werden kann. Sie muss aufbereitet werden, um nicht Bäche, Flüsse und Gewässern zu eutrophieren. Und dazu muss man gar nicht weit schauen: In Sichtweite der Käseherstellung liegt eine kleine Kläranlage, in der Tag für Tag etwa 1.000 m3 Abwasser aufbereitet werden, bis sie den strengen Regeln für Trinkwasser entsprechen. Dabei geht es nicht nur um die verhältnismäßig einfach zu klärenden wässrigen Bestandteile, sondern auch um Harnstoff, der für typische Klärverfahren schnell zur Herausforderung wird.

Gut, dass ganz in der Nähe eine Firma zuhause ist, die sich mit Wasser auskennt: Die Pumpenspezialisten von Grundfos haben sich seit ihrem Start mit einfachen Wasserpumpen in der Nachkriegszeit zu einem der führenden Anbieter für Fluidiklösungen entwickelt. Dabei macht der Weltmarktführer keineswegs bei der Pumpe halt: Wasser ist nicht nur Grundfos-CEO Mads Nipper eine Herzensangelegenheit. Der ehemalige Lego-Manager hat im Jahr 2020 das Nachhaltigkeitsziel SDG6 der Vereinten Nationen, Sauberes Wasser und sanitäre Einrichtungen für alle Menschen erreichbar zu machen, auf die Agenda gesetzt. Entsprechend gehören auch Technologien zur biologischen oder physikalisch-chemischen Aufreinigung zum Grundfos-Portfolio. Und die kommen schon mal ganz dänisch im Baustein-Design daher.

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Das Klärwerk aus dem Anlagen-Baukasten

Biobooster nennt Grundfos seine biologische Abwasserreinigung, die statt riesiger Absetzbecken auf röhrenförmige Membraneinheiten setzt. Nach der biologischen Behandlung in den großen, gut belüfteten Tanks einer Belebtstufe wird das Abwasser durch die mit rotierenden Membranen gefüllte Röhren gedrückt. Das geklärte Wasser strömt in einen zentralen Ablauf, während auch kleinste Feststoffe auf der Membranoberfläche zurückbleiben und durch die Drehbewegung laufend abgeschert werden. So bleibt die Reinigungsleistung erhalten, während der zurückbleibende feste Schlamm in die Belebung zurückgeführt werden kann. Auch Bakterien bleiben in den Ultrafiltrationsmembranen hängen und gelangen nicht in den Vorfluter, erklären die Wasserspezialisten. So weit, so einfach.

Der besondere Clou des Verfahrens ist die Konstruktion der rotierenden Membranen in ihren Röhren. Dieses Setup ermöglicht eine kompakte und effiziente Anordnung in einem gemeinsamen Rahmenmodul. Auf der Größe zweier Standardcontainer lässt sich so beinahe eine komplette Wasseraufbereitung realisieren, auch wenn natürlich offene Belebungsbecken auf dem Freigelände der Wasseraufbereitung nicht fehlen können. Dezentralisiert, einfach und selbstständig soll eine Abwasserbehandlung aus dem Baukasten ermöglichen, erklären Firmensprecher. Beim Hersteller im Werk gefertigt und vormontiert geliefert, kann die Anlage innerhalb weniger Tage errichtet und in Betrieb genommen werden. Werden zusätzliche Kapazitäten benötigt, können weitere Röhren oder Module hinzugefügt werden.

Wasseraufbereitung 4.0 dank digitalem Durchblick

Auf diese Weise können zwischen 100 und 3000 Kubikmeter pro Tag geklärt werden – einfach automatisiert und beinahe ohne menschlichen Eingriff. Sollten die Membranen im Laufe des Betriebes doch einmal verstopfen, stellt die Steuerungssoftware der Pumpen einen Druckanstieg fest. Durch die Redundanz der Module können einzelne Röhren gewartet werden, ohne die Reinigungsleistung des Gesamtsystems zu beeinträchtigen. Das ist aber nur eine der Funktionen der Prozessleit- und –Überwachungssysteme: Auch eine 24/7-Unterstützung durch intelligente Auswertung von Betriebsdaten, die Online-Visulisierung oder ein Vor-Ort-Support per Datenbrille für Techniker in der Anlage gehören zum Lieferumfang.

Schon jetzt reinigt Arla auf diese Weise 450 m3 Wasser in Trinkwasserqualität oder besser auf – konkret: Mit einem Stickstoffgehalt von 1,5 mg/l, und 0,12 mg Phosphor pro Liter bleibt das kühle Nass deutlich unter den strengen Grenzwerten von 8 mg bzw. 0,3 mg pro Liter. Dazu kommen weitere 300 m3, die als Brauchwasser in Prozessen genutzt werden können, die nicht dieselbe Reinheit erfordern. Über 700.000 Liter werden so gespart und belasten nicht die lokalen Abwassersysteme.

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Heavy Metal im Abwasser

Smart, modular und dezentral kommt Biobooster schon heute nicht nur in der Lebensmittelindustrie zum Einsatz. Auch bei kleineren kommunalen Anlagen, im Biogas-Bereich oder in sonstigen Industrien konnte das Konzept überzeugen. Zwischen 2918 und 2019 lieferte Grundfos 13 Biobooster-Einheiten an verschiedenste Kunden, darunter zwei an Arla – tatsächlich nutzen der Molkerei-Riese Biobooster auch an einem Standort in Südschweden.

Trotzdem ist die kompakte Wasseraufbereitung kein Alleskönner: Wie der Name vermuten lässt, funktioniert Biobooster nur mit einer vorgeschalten Belebtstufe. Was aber, wenn es darum geht Spülwasser, aus der industriellen Fertigung zu reinigen? Dabei geht es natürlich nicht um die Werkskantinen, sondern um die Fertigung von Blechen und Maschinenteilen, etwa bei der Automobilindustrie. Die Dimension dieses Problems wird klar, wenn man sich vor Augen führt, dass für das sogenannte „Parts Washing“ alleine in Europa über 600 Millionen Euro (etwa für Maschinen, Filter und Chemikalien) ausgegeben, ein Viertel davon in Deutschland mit seiner starken Maschinenbau- und Automobilindustrie.

Doch saubere Teile geben schmutziges Wasser: Ob Metallspäne, Schleifpaste oder aggressive Reinigungschemikalien, die Rückstände dieser Waschprozesse möchte selbstverständlich niemand in seinem Waschbecken finden. Einfach in den Biobooster kippen wird jedoch nicht funktionieren.

Dieses Problem haben nicht nur die Autobauer: Auch bei Grundfos selbst werden jeden Tag Tausende von Bauteilen, Gehäusen und Rohlingen gefertigt. Das beim Waschen dieser Teile entstehende Abwasser verursachte jedoch hohe Kosten, große Aufwände und nicht zuletzt im Laufe der Zeit Ausschuss bei den Waschteilen. Die Lösung: Dynafilter. Diese Filrationsmodule nutzen ebenfalls rotierende Scheiben, in diesem Fall aus Siliciumcarbid, um Rückstände aus dem Abwasser sicher und sparsam zu entfernen. Das extrem harte Material ist gegen hohe Temperaturen ebenso wie harte Chemikalien beständig. Der Filter selbst kann auf lediglich 1,6 Quadratmetern neben einer Reinigungsanlage platziert und im automatischen Betrieb mit Rückspülmodus betrieben werden.

Schleifpaste und Medikamentenrückstände im Abwasser? Geht gar nicht!

Auf diese Weise können typischerweise 95 % des Wassers gereinigt und zurückgewonnen werden. Und das rechnet sich: Für seine eigenen Anlagen gibt der dänische Pumpenbauer eine Wasserersparnis von 36 % bei einem um 45 % geringeren Chemikalieneinsatz an. Auch der Energiebedarf konnte um 1680 kWh gesenkt werden. Zudem konnte die Sauberkeit der gefertigten Teile deutlich bessert und die Waschqualität gesteigert werden, hieß es aus Bjerringbro.

Doch ist „Heavy Metal“ im Abwasser schon schwierig–es geht noch schwieriger. Während Medikamentenrückstände in der Kanalisation ins öffentliche Problembewusstsein rücken und Plakat-Kampagnen auf die umweltgerechnete Entsorgung von Pillen, Tinkturen und Präparaten aufmerksam machen, sorgen Pharmazeutika auch anderorts für Kummer.

Krankenhausabwässer haben alle Probleme „normaler“ kommunaler Abwässer, gekoppelt mit Medikamentenrückständen, Krankheitserregern und antibiotikaresistenten Bakterien. Ein gefährlicher Cocktail, dem mit herkömmlichen Klärverfahren kaum beizukommen ist. Entsprechend streng ist die Gesetzgebung: So werden in Dänemark Krankenhäuser ab einer gewissen Größe als Punktquellen definiert, die ihre Abwässer vorbehandeln müssen, bevor sie in die kommunalen Abwassersysteme dürfen – und das ist gar nicht so einfach.

Mit Biobooster und Ozonierung gegen Keime und Wirkstoffe

Am Herlev Hospital in Kopenhagen geht Grundfos neue Wege: Die Wasserspezialisten haben an dem 1600-Betten-Krankenhaus eine mehrstufige Abwasserbehandlung über mehrere Jahre entwickelt, geplant und getestet. Das Resultat: Eine der modernsten Abwasserbehandlungen des Landes, basierend auf dem erprobten Biobooster-Membran-Bioreaktor, der alle Bakterien zuverlässig zurückhält. Da aber im Gegensatz zur Mozzarella-Herstellung auf der jütischen Halbinsel auch Krankheitserreger und Medikamentenrückstände aus dem Abwasser abgetrennt werden müssen, erfolgt zusätzlich eine Ozonierung und eine Reinigung mit Aktivkohle, bevor – zur Sicherheit – Wasser und Abluft noch einmal mit UV-Licht behandelt werden. Im Falle der Abluft werden zusätzlich eine Photoionisation sowie eine katalytische Behandlung vorgenommen, so dass Pathogene, aber auch unangenehme Gerüche nicht nach außen dringen. Das ist nicht unwichtig, liegt doch das Krankenhaus sowie die Abwasserbehandlung in unmittelbarer Nachbarschaft zu Wohngebieten am Stadtrand der dänischen Hauptstadt. Auf diese Weise können heute 99,9 % der Pharmazeutika und 99 % der Röntgenkontrastmittel, aber auch Bakterien, Viren oder Hormone sicher zurückgehalten werden, erklärt Grundfos.

Dreimal Wasser – dreimal andere Herausforderungen. Egal ob es darum geht, Molkereste aufzureinigen, industrielles Waschwasser wieder zu verwenden oder hochbelastete Krankenhausabwässer zu klären: Es gibt für jedes Wasser den passenden Baustein im gut sortierten Anlagenbaukasten. Gut, wenn man dabei auf Partner zählen kann, denen Wasser am Herzen liegt.

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