Eine Bestandesaufnahme der Stoffströme legt die Basis, wenn der Wasser- und Energieeinsatz in der Produktion verbessert werden soll. Ökologische Aspekte lassen sich mit ökonomischen verbinden.
Im Hinblick auf notwendige Verbesserungen der Wirtschaftlichkeit industrieller Verarbeitungs- und Herstellungsprozesse gewinnen die Themen Energie und Wasser zunehmend an Relevanz. Zusätzlich zu diesen wirtschaftlichen Gesichtspunkten werden die Schonung von Ressourcen und
die CO2-Bilanz in Zukunft entscheidende Bedeutung für industrielle Prozesse erlangen. Ein integriertes Energie- und Stoffstrommanagement in der industriellen Wasserwirtschaft ist deshalb entscheidend. Durch die Kopplung der Stoffströme im industriellen Verarbeitungsprozess mit der Zielsetzung weitgehender Nutzung enthaltener Energie und Reduzierung des Wassereinsatzes lassen sich ökologische Aspekte mit wirtschaftlichen Verbesserungen verbinden. Hinzuweisen ist in diesem Zusammenhang auf stetig steigende Energiepreise sowie auf den Nebeneffekt der Verbesserung des Images und der Werbewirksamkeit bei geringem CO2-Footprint.
Energieintensive Teilprozesse ermitteln
Basis einer Ausarbeitung von Konzepten zur Reduzierung des Wassereinsatzes und des Energiebedarfes in der Produktion und bei der Abwasserbehandlung ist eine Bestandsaufnahme der Stoffströme. Zusätzlich zum Stoffstrom Wasser/Abwasser muss dabei der Energieeinsatz in der Produktion und der Entsorgung und Verwertung von Abwasser und Reststoffen erfasst werden. Die Pfade des Energietransports (Wärme und Kälte) müssen den Prozessen zugeordnet werden. Über die Ermittlung spezifischer Kennzahlen lassen sich daraus die energieintensiven Teilprozesse identifizieren und ggf. Verbesserungspotenziale ermitteln. Zusätzlich zur Untersuchung der Teilprozesse ist die Effizienz der Wärme- und Kälteerzeugung aus den genutzten Energieträgern (z. B. Strom, Erdgas, Biogas, Öl, Biomasse) zu prüfen und zu optimieren.
Oftmals lässt sich auch die Abwasserbehandlung als End-of-pipe-Technologie über Rückführung von Brauchwasser oder Nutzung der Energiegehalte der Abwasserinhaltsstoffe in den Produktionsprozess mittel- oder unmittelbar einbinden. Abwässer der Gemüse- und Obst verarbeitenden Industrie sind biologisch gut abbaubar, sodass in der Regel
nach einer Absiebung von Feststoffen – prinzipiell alle Verfahren der biologischen Abwasserbehandlung einsetzbar sind. Aufgrund der relativ hohen organischen Belastung und der sich gegenüber einer ausschliesslich aeroben Reinigung ergebenden Betriebskostenvorteile wurden in jüngster Zeit einigen Aerobanlagen anaerobe Vorbehandlungsanlagen vorgeschaltet.
Belastung ist entscheidend
Anaerobe Systeme mit einer höheren Belastung, die mit einem kleinen Reaktorvolumen und einer kurzen Aufenthaltszeit einhergeht, machen eine Abtrennung unerwünschter Stoffe (absetzbare Stoffe, Fett) sowie eine pH-Wert-Regulierung erforderlich. Im Falle einer geringeren Belastung und grossen Reaktorvolumina, ist auch die anaerobe Stabilisierung des aeroben Überschussschlammes möglich, wodurch sich der gesamte Schlammanfall verringert. Für die Versorgung einer gezielten Denitrifikationsstufe mit Kohlenstoff ist die Einrichtung einer Bypassleitung oder der Einsatz der direkten biologischen Stickstoffumwandlung mit dem Verfahren der Deammonifikation zu empfehlen. Der Energiegewinn aus anaerobem Abbau von 1 t/CSB/d (?20–50 m³ konzentriertes Abwasser mit 20–50 g/l CSB) ergibt einen Energiegehalt von. ca. 3000–3500 kWh/d thermische Energie oder bei Verstromung 1000–1200 kWh/d zuzüglich 2000–2300 kWh/d Abwärme.
Bilanzmodell erstellen
Die integrale Betrachtung der verschiedenen Stoffströme (Wasser, Wärme, Kälte) inklusive einer energetischen Verwertung von Reststoffen aus der Produktion gewinnt zunehmend an Bedeutung. Auf Basis der Bestandsaufnahme kann ein Bilanzmodell erstellt werden, das über die Kopplung mit den spezifischen Kennzahlen eine Prognose-Modellierung in Abhängigkeit von den Herstellungs- und Verarbeitungsprozessen erlaubt.
Die Autoren arbeiten am Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Universität Hannover (D).
Literatur:
BAT (2005) Integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung, Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken in der Nahrungsmittel-, Getränke- und Milchindustrie, Dezember 2005, Umweltbundesamt National Focal Point – IPPC, Dessau.
Bischofsberger, W. et. al., «Anaerobtechnik», 2. Auflage, Springer-Verlag, 2005.
Rosenwinkel, K.-H. (Hrsg.) Rüffer, H., Taschenbuch der Industrieabwasserreinigung (1991), Oldenbourg Verlag, München.
Rosenwinkel, K.-H.: (1984) Beitrag zur Frage der wirtschaftlichen Reduzierung von Abwassermengen und Schmutzfrachten aus Brauereien und Fruchtsaftfabriken, Veröffentlichungen des Instituts für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Universität Hannover, H. 56.