gesponsertPumpen- und Dosierlösungen fürs Total-Water-Management Erfolgsfaktor Wasser-Wiederverwendung

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Grundfos GmbH

Für die Total-Water-Management-Anlage der Brauerei Carlsberg im Werk Fredericia konzipierte Grundfos in enger Teamabstimmung mit weiteren Experten die optimalen Pumpen- und Dosierlösungen. Ein Muster-Projekt für die Wiederverwendung von Prozesswasser: 90 Prozent des Wassers für Nebenprozesse werden zurückgewonnen.

Die Vereinten Nationen schätzen, dass der weltweite Wasserverbrauch aufgrund des Bevölkerungswachstums und des zunehmenden Wohlstands bis 2030 um 30 Prozent steigen wird. Das macht klar: Wir brauchen einen anderen Mindset in Sachen Wasser, insbesondere hinsichtlich dessen finanziellen Werts. Die Politik muss die notwendigen Gesetze erlassen – etwa die Festlegung von Grenzwerten für Leckagen. Die Kommunen müssen verfügbare wasser- und energieeffiziente Lösungen umsetzen, um Wasserverluste zu minimieren und um eine gesicherte Wasserqualität zu gewährleisten. Unternehmen müssen der verantwortungsvollen Wassernutzung, -wiederverwendung und -aufbereitung sowie energieeffizienten Lösungen Vorrang einräumen.

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Die Wiederverwendung von Wasser – beispielsweise zur Kesselspeisung, als Kühlturm-Nachspeisewasser, generell zur Reinigung und als Spülwasser – ist ein viel diskutierter Trend in der gesamten Industrie. Das ist nicht nur ein Thema der „grünen Agenda“, sondern hat auch interessante wirtschaftliche Aspekte: Wasserwiederverwendung reduziert unter anderem den Heiz- und Kühlbedarf (durch nutzbare Temperaturunterschiede), infolge dessen reduzieren sich die erforderlichen Kessel- und Kältekapazitäten und Pumpenleistungen. Und wird Wasser wiederverwendet, sinken entsprechend die Abwassermengen und damit die Entsorgungskosten.

Brauereien: Wasser sparen und Energiekosten reduzieren

Wasser ist ein wesentlicher Bestandteil beim Bierbrauen. Ohne Wasser auch kein Bier. Das meiste dabei verbrauchte Wasser landet jedoch gar nicht im Bier. Ein Großteil des gesamten Wasserverbrauchs entfällt hauptsächlich auf die Reinigung: von Geräten, Böden und Oberflächen über Rohre und Becken bis hin zu Flaschen- und Dosenspülanlagen und weiteren Bereichen, einschließlich der Kühltürme und Kesselanlagen. Das dabei verbrauchte Wasser wird als „Wasser für Nebenprozesse“, kurz „Prozesswasser“ bezeichnet. Weil ein hoher Wassereinsatz immer auch die Energiekosten nach oben treibt, sind ressourcenschonende Lösungen gefragt. Dazu entwickelt Grundfos Konzepte, um Verteilungsnetze zu optimieren, eine hohe Energieeffizienz seiner Pumpen zu erreichen, Wasserverluste zu minimieren und die Wiederverwendung von Wasser zu ermöglichen.

Charakteristische Kennzahlen zeigen die Bedeutung von Pumpen und die Relevanz energieeffizienter Prozesse: Um einen Liter Bier zu produzieren, setzen Brauereien zwischen drei und vier Liter Wasser ein und müssen zwischen zwei und drei Liter Abwasser entsorgen. Je Hektoliter (100 Liter) Bier sind rund 30 kWh Energie einzusetzen – 46 Prozent davon entfallen auf Pumpen, Kompressoren und andere Antriebe, 32 Prozent auf die Kälteerzeugung.

Grundfos hat zwar keine reinen Brauwasser-Pumpen im Programm, ist dem Brauer aber dennoch sehr nah: mit einer Vielzahl von relevanten Pumpen in allen Neben-, Versorgungs- und Entsorgungsprozessen einer Brauerei.

Praxis-Beispiel: Carlsberg Danmark

Die Carlsberg Group will ihren Wasserverbrauch bis 2030 um 50 Prozent senken – das bedeutet: Während die Brauerei im Jahr 2015 über alle Standorte hinweg 3,4 Liter Wasser je Liter gebrautem Bier verbrauchte, ist es das Ziel, den Wert auf unter 1,7 Liter zu senken. Dazu hat die Brauerei in ihrem Werk im dänischen Fredericia mit Beratern, Universitäten und Technologieanbietern eine Total-Water-Management-Anlage entwickelt. In der Anlage wird Wasser, das hauptsächlich zu Reinigungszwecken genutzt wurde, auf Trinkwasserqualität gereinigt und zur Wiederverwendung als Wasser für Nebenprozesse genutzt – immerhin werden 90 Prozent des Wassers zurückgewonnen und wiederverwendet.

Die Ausgangssituation

Die Grundidee des Projekts besteht darin, das gesamte Prozesswasser zu einer Aufbereitungsanlage zu leiten und dann in einer Trinkwasseranwendung zu reinigen. „Das wiederverwendete Wasser wird allerdings nicht zum Brauen genutzt. Es kommt also nicht mit dem Erzeugnis in Kontakt, sondern dient ausschließlich Reinigungszwecken“, erläutert Anders Kokholm, Braumeister von Carlsberg Danmark.

Ein Projekt in einem derartigen Umfang war in der dänischen Lebensmittel- und Getränkeindustrie das erste seiner Art. Daher bestand eine wesentliche Herausforderung in der Überzeugungsarbeit: Sowohl intern bei Carlsberg als auch seitens der dänischen Behörden war eine Qualitäts- und Risikobewertung erforderlich.

Nachdem alle Parteien zustimmten, wurde Pantarein Water – ein Anbieter von schlüsselfertigen Wasseraufbereitungsanlagen mit Sitz in Belgien – mit der Bereitstellung des Gesamtsystems beauftragt. Grundfos sollte dann die Pumpen und Systeme zum Fördern des Wassers liefern und ein präzises Dosier-Regime in der Anlage gewährleisten.

Die Komponenten der TWM-Anlage

Dank anaerober und aerober biologischer Behandlungsverfahren in Kombination mit einer MBR-Membranfiltration werden die meisten Schadstoffe und Feststoffe im Abwasser entfernt. Das aufbereitete Wasser wird dann in einer Umkehrosmose-Anlage mit geschlossenem Kreislauf (Closed-Circuit Reverse Osmosis, CCRO) weiter gefiltert, um gelöste Salze im Wasser zu entfernen. Anschließend wird das Umkehrosmose-Permeatwasser remineralisiert: Calciumcarbonat soll die Aggressivität verringern und sicherstellen, dass das Wasser Trinkwasserqualität aufweist. Das auf diese Weise stabilisierte Wasser wird darüber hinaus einer UV-Behandlung unterzogen. Im letzten Schritt wird Chlordioxid zugeführt – das beseitigt das Bakterienrisiko und verhindert, dass sich in der Verteilungsleitung Biofilme bilden.

Grundfos offeriert dazu Membrandosierpumpen des Typs „Digital Dosing“ und des Typs „Smart Digital“ mit einem besonderen Antriebskonzept, der Schrittmotor-Technologie. Ein wichtiger Vorteil ist der extrem breite Einstellbereich bis 1:3.000. Somit deckt eine einzige Pumpen-Type einen enorm hohen Leistungsbereich ab (z. B. 7,5 bis 0,0025 ml/h) und reduziert so die Produkt- und Ersatzteilvielfalt. Ein weiterer Vorteil ist das pulsationsarme und gleichmäßige Dosieren. So wird eine wesentlich höhere Prozessqualität erreicht, und auf nachgeschaltete Mischstrecken kann verzichtet werden.

Die integrierte FlowControl-Dosierüberwachung lässt exakte Diagnosen der häufigsten Ursachen von Dosierfehlern zu (defekte Ventile, Luftblasen, Kavitation, Überdruck). Darüber hinaus sorgt die AutoFlowAdapt-Funktion dafür, dass der Dosierprozess bei festgelegtem Soll-Volumenstrom weiterläuft, auch wenn externe Einflüsse (Luftblasen, Kavitation, schwankende Gegendrücke) diesen beeinträchtigen sollten. Weicht der Ist- vom Soll-Wert ab, regelt die Steuerung die Drehzahl des Antriebs.

Pumpen- und Systemtechnik von Grundfos

Für die Total-Water-Management-Anlage von Carlsberg Danmark in Fredericia lieferte Grundfos diese Pumpen und Systeme:

• SL-Tauchmotor-Abwasserpumpen und -Rührwerke

• NB-Blockpumpen für die Zirkulation zwischen den biologischen Becken und der Biogas-Spülanlage

• komplette Dosierschränke mit digitalen Dosierpumpen, Rohrleitungen und Zubehör für alle Behandlungsschritte

• CIP-Technik für die Ultrafiltrations-Umkehrosmose-Membran

• leistungsstarke vertikale mehrstufige CR-Kreiselpumpen für die Umkehrosmose-Anlage

• Komplettsysteme wie Oxiperm Pro zur Desinfektion und Polydos für die Polymerherstellung

• DID zum Überwachen und Regeln der Wasserdesinfektion

Die realisierte TWM-Anlage

Die Anlage kann pro Tag 2.000 m³ Wasser aufbereiten. Davon werden 1.800 m³ zurückgewonnen – das entspricht 90 Prozent. Die restlichen zehn Prozent sind überschüssiges Schlamm- und Abwasserkonzentrat, das in die kommunale Kläranlage eingeleitet wird. Jährlich summiert sich die durch die TWM eingesparte Wassermenge auf 560 Millionen Liter. Die Anlage produziert auch Biogas, das zur Wärmeerzeugung für das Brauen genutzt wird. Zudem ist die Warmwasserumwälzung reduziert – beides zusammen verringert den Energieaufwand um 9,6 Prozent.

Anfang 2021 wurde die Anlage hochgefahren; wichtig war es zunächst, die Bakterien in der Aufbereitungsanlage an das individuelle Abwasser zu gewöhnen. Es dauert einige Zeit, bis sich genügend Schlamm für die Abwasseraufbereitung aufgebaut hat. Es gibt nunmehr bereits Verbesserungen beim Verhältnis Gesamtwasser zu gebrautem Bier – noch nicht ganz auf dem angestrebten Niveau, aber alle Beteiligten sind zuversichtlich, dies rechtzeitig zu schaffen.

Zukünftig soll das Verfahren auch in Regionen eingesetzt werden, in denen – wie in Indien, China und anderswo – Wasserknappheit besteht (insgesamt an 17 Standorten).

Fazit: Grundfos trug mit integrierten Lösungen – insbesondere Membrantechnologien in Verbindung mit effizienten Hochdruck- und präzisen Dosierpumpen – wesentlich zum technologischen und wirtschaftlichen Erfolg des Projekts bei.

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