Datum:

Brauereiabwasser als Energiespender

Dass Bier ein gehaltvoller Energielieferant ist, haben bereits braukundige Mönche im Mittelalter erkannt. Dass Brauereiabwasser als Energiespender genutzt werden kann, ist bis heute weniger bekannt.

von Alimenta Import

Die Getränkebranche muss grosse Überschuss-Schlammmengen aus der Abwasserbehandlung bei ständig steigenden Kosten entsorgen. Hinzu kommen immer strengere Anforderun­gen an die Abwasser-Einleitparameter. Eine Situation, die bei vielen Brauereien nicht unbedingt Anlass zu Freude gibt.
Auf der Suche nach einem modernen und wirtschaftlichen Abwassermanagement haben bereits einige Brauereien betriebseigene biologische Abwasservorbehandlungsstufen installiert. Eine langfristig lukrative Lösung, denn zum einen entsteht bei der anaeroben, d.h. unter Ausschluss von Sauerstoff ablaufenden Abwasservorbehandlung wesentlich weniger Überschussschlamm, zum anderen ist die weitgehende Unabhängigkeit von der künf­tigen Entwicklung der Abwassergebühren heute ein entscheidendes Kriterium. Der überzeugende ökologische Aspekt: Biogas als «kostenloses Nebenprodukt» der Abwasser­behandlung kann wieder in den Energiekreislauf der Brauerei eingespeist werden.

Zusammensetzung und Abwasserqualität
Während des Herstellungsprozesses fallen aus den verschiedenen Teilströmen (Würzeherstellung, Vergärung, Lagerung, Filtration, Abfüllung) Abwässer an. Im gemischten Abwasser liegen die CSB-Konzentrationen zwischen 1400?–?6000 mg/l (CSB ist die Kenngrösse für die Abwasserbelastung und bezeichnet den chemischen Sauerstoffbedarf). Der Stickstoffgehalt (N) von 50 bis 100 mg/l resultiert gröss­tenteils aus organischem Stickstoff (Eiweiss, Hefe) und nur zum Teil aus Ammonium und Nitrat. Für eine biologische Abwasserreinigung reichen die Stickstoff- und Phosphorkon­zentrationen ohne zusätzliche Chemika­lien­dosierung aus. Bei der Effizienzbestimmung einer biologischen Anlage muss bedacht werden, dass im Brauereibetrieb nicht kontinuierlich Abwasser anfällt: Es treten erhebliche Mengen- und Konzentrationsschwankungen auf. Der pH-Wert variiert ebenfalls sehr stark, wobei er meist im alkalischen Bereich liegt. Es kann zu Spitzenbelastungen kommen, z.B. bei der Verwendung von Reinigungs- und Desinfektionsmitteln (Natronlauge), die Abwässer mit pH-Werten von über 11 verursachen.

Die Wahl des Verfahrens
Welches Verfahren gewählt wird, hängt im Wesentlichen davon ab, ob direkt in einen Vorfluter oder indirekt in eine öffentliche Kläranlage eingeleitet werden soll. Folgende Methoden stehen zur Verfügung: die mechanische (Vor-)Behandlung mit Grobstoffentfernung durch Rechen, Siebung, Sandfang und Vorklärung; die chemisch-physikalische (Vor-)Behandlung mit Neutralisation und Chemikaliendosierung; die biologische Abwasserbehandlung mit anaerober Vorbehandlung; die anaerob-aerobe Behandlung oder aerobe Behandlung.
Insbesondere für Indirekteinleiter bringt die anaerobe Abwasservorbehandlung bedeutende Vorteile: Biogasgewinn, wenig Überschussschlamm, Verbesserung des CO2-Footprints durch Biogasnutzung. Direkteinleiter dagegen profitieren von der Kombination aus anaerober Vorbehandlung und nachgeschalteter aeroben Endreinigung. Dadurch wer­-
den gegenüber einer ausschliesslich aeroben Rei­nigung die Überschuss-Schlammmengen
und Betriebskosten erheblich reduziert (siehe Tabelle)

Beispiel an russischer Brauerei
Ein Verfahrensvergleich in einer Brauerei von 2 Mio. Hektoliter Bier sieht die Abwasserbe­las­tung bei einer angenommenen Abwassermenge von 2000 m³/d bis 2500 m³/d wie folgt aus: CSB-Fracht: 6000 kg O2/d; BSB5-Fracht: 3000 kg O2/d (BSB5: biologischer Sauerstoffbedarf in 5 Tagen).
Bei der Aerobtechnik wird das System Abwasser/Mikroorganismen mit Sauerstoff versorgt, um den Abbau der Abwasserinhaltsstoffe zu unterstützen. Hier wird die CSB-Fracht zwar um ca. 99,5% abgebaut, es fällt ­jedoch eine Überschuss-Schlammmenge von 120 m³/d (2 % TS) an, wofür Entsorgungskos­ten entstehen. Anaerobe Prozesse benötigen keine Sauerstoffbelüftung und leben genau dann, wenn kein Sauerstoff vorhanden ist.
Die Besonderheit der Anaerobtechnik liegt in der Versäuerung und Vergärung ungewollter oder störender organischer Kohlenstoffverbindungen (Abwasserverschmutzung, aus­gedrückt als CSB) durch mikrobiologische Abbauprozesse.
Beim durchgeführten Verfahrensvergleich wird die CSB-Fracht mit der anaerob-aeroben Behandlung der Abwässer ebenfalls um 99,5% abgebaut. Im Vergleich zum aeroben Verfahren springen jedoch zwei Unterschiede ins Auge: Erstens fällt nur eine Überschuss-Schlammmenge von 30 m³/d (2%  TS) an,
was die Entsorgungskosten gegenüber der rein ­aeroben Behandlung deutlich senkt. Zweitens entsteht Biogas.
     
Alles andere als heisse Luft
Im Schnitt weist das Biogas einen Brennwert von 6,7 kWh/m³ auf. Biogas, das bei der Behandlung von Brauereiabwässern entsteht, ent­hält Schwefelwasserstoff. Nach seiner Ent­schwe­felung und Entfeuchtung eignet es sich zur Verwertung im Dampfkessel, wo es zur Herstellung von Prozesswärme verbrannt wird (Dampf). Bei einem durchschnittlichen Braue­reiabwasser mit 3500 mg CSB/l kann ­somit bis zu 1,6 m³ Biogas/m³ Abwasser erzeugt werden. Pro Kubikmeter Abwasser
kann Biogas einen Energieinhalt von mehr als 10 kWh erzielen.
Zum anderen kann Biogas in einem betriebseigenen Blockheizkraftwerk zur Stromerzeugung verbrannt werden. Auch die Wärme aus dem ablaufenden Abwasser wird über einen Gegenstromwärmetauscher zurückgeführt, um so wieder die Temperatur im Misch- und Ausgleichstank für den anaeroben Abbau vorzubereiten.
Abwasserreinigungs-Technologien, die auf anaeroben Prozessen basieren, leisten einen Beitrag zur CO2-Reduzierung. Die Überschussschlamm-Menge wird um 75% gegenüber der rein aeroben Behandlung reduziert. Zudem entsteht energetisch verwertbares Biogas, das wieder in den Energiekreislauf der Brauereien eingeschleust wird. Dies hätten sich die Braumönche des Mittelalters nicht träumen lassen, dass der Gerstensaft Jahrhunderte später nicht nur als «flüssiges Brot», sondern auch  als Energiespender eingesetzt wird. Angela Beers, Enviro Chemie