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Industrieabwasser vermeiden, überwachen und behandeln

Bild 1. Der glasfreie und CIP-/SIP-fähige Trübungssensor OUSAF11 mit Memograph CVM40: optische Detektion von Phasenwechsel beim Produktausschieben

Bild 2. Abwassermengen-erfassung mit dem Promag 50P

Bild 3. Messstation CE4: Probenahme, Registrierung und Messung der wichtigsten Parameter, wie pH, Temperatur, Leitfähigkeit, gelöster Sauerstoff und Trübung, vor Ort

Zur Behandlung von industriellen Abwässern existieren in Deutschland circa 3 000 Klär- und Aufbereitungsanlagen. Mit einem Anteil von 22 % finden sich die meisten davon in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Dabei stellen nicht nur die Abwassergebühren, sondern auch die Unterhaltung dieser Anlagen einen wichtigen Kostenblock dar. Neben der Abwasservermeidung und -überwachung ist eine dem Bedarf entsprechend ausgelegte und gewartete Anlage der Schlüssel zur Erschließung von Einsparpotenzialen.

Von circa 675 Anlagen bereiten rund 70 % das Abwasser für die indirekte Einleitung auf. Die restlichen 30 % klären es so gut, dass es direkt in einen Fluss, Bach oder See als Vorfluter eingeleitet werden kann. Was für eine Anlage betrieben wird, hängt neben der Betriebsgröße von der Zusammensetzung des Abwassers und dem Betriebsstandort ab.
Werden die Abwassergebühren pauschal nur über den Frischwasserverbrauch ermittelt, zeigt die Erfahrung, dass die tatsächlich anfallende Abwassermenge niedriger ist. Viele thermische Prozessschritte reduzieren durch Verdampfen oder Verdunstung die eingesetzte Frischwassermenge. Zudem können mechanische Wasseruhren Messungenauigkeiten von bis zu ±8 % aufweisen.

Lösungen zur Reduzierung des Abwasseraufkommens
Bereits im Prozess lässt sich mithilfe von Messtechnik beim Ausschieben von Produkt mit Wasser durch eine exakte Feststellung des Phasenübergangs das Abwasseraufkommen reduzieren. Manchmal wird dieser vom Anlagenbediener an einem Schauglas in der Rohrleitung oder durch eine fest vorgegebene Zeitkonstante in der Steuerung ermittelt. Mit einer Leitfähigkeitsmessung, zum Beispiel mit dem Smartec S von Endress+Hauser, lässt sich in vielen Anwendungen dieser Schritt automatisieren. Ist eine Phasentrennung aufgrund zu ähnlicher Leitfähigkeitswerte schlecht möglich, bieten die Messsysteme Liquiphant M Dichte mit dem Dichterechner FML621 oder der glasfreie und CIP-/SIP-fähige Trübungssensor OUSAF11 mit dem Memograph CVM40 weitere Möglichkeiten (Bild 1). Das letztgenannte Trübungsmesssystem zeigt auch Milchproduktverluste im Abwasserzulauf an, wie sie durch zu früh begonnene Reinigungsschritte am Tankwagen in der Milchannahme oder an anderen Produktionsbehältern auftreten können.

Lösungen zur Überwachung des Abwassers
An erster Stelle steht die genaue Mengenerfassung des anfallenden Abwassers. Das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät Promag P eignet sich sowohl zur Erfassung der verbrauchten Frischwassermenge als auch des Abwassers (Bild 2). Soll das Abwasser im Labor untersucht werden, übernehmen Probenehmer die automatische Sammlung der Abwasserproben. Dieses kann zeit- oder ereignisgesteuert geschehen. Wichtig ist die gekühlte Aufbewahrung bis zur Untersuchung. Vom portablen Gerät Liquiport 2010 über stationäre Lösungen, wie die Liquistation CSF48, bis hin zur Messstation CE4 (Bild 3), die zusätzlich zur Probenahme vor Ort auch gleich misst, können alle Anforderungen der Überwachung entsprechend abgedeckt werden. Die Vor-Ort-Messung durch eine Messstation oder Einzelmessstelle kann die Parameter pH, Temperatur, Leitfähigkeit, gelöster Sauerstoff, Trübung, Nitrat, SAK (spektraler Absorptionskoeffizient) und Chlorid erfassen. Zur Überwachung der Nährstoffe Ammonium sowie Phosphat haben sich die Analysatoren Stamolys CA71 bewährt, die einer automatisch entnommenen und aufbereiteten Probe durch Reagenzienzugabe den betreffenden Nährstoffgehalt nach Farbreaktion photometrisch auswerten. Die Summenparameter CSB (chemischer Sauerstoffbedarf), BSB (biologischer Sauerstoffbedarf) und TOC (Total Organic Carbon) hingegen können reagenzienfrei durch die UV/VIS-Spektrometer-Systeme Stip-Scan erfasst werden. Somit kann eine Frachtermittlung lückenlos online erfolgen; bezahlt werden muss nur die wirklich eingeleitete Fracht.

Lösungen zur Abwasserbehandung
Da in fast allen Bereichen der Lebensmittel- und Getränkeindustrie die Reinigung durch einen CIP-Prozess geschieht, fallen entsprechend saure oder alkalische Abwässer an, die vor der Einleitung neutralisiert werden müssen.
Endress+Hauser bietet hierzu Lösungen an, die das Engineering (Pflichtenheft, Verfahren, Hard-/Software), den Anlagenbau (Behälter, Pumpen, Ventile), die Messtechnik sowie den Schaltschrankbau mit Steuerung, Visualisierung und Registrierung beinhalten. Abgerundet werden diese Pakete durch Dienstleistungsangebote für Inbetriebnahme und Schulung des Bedienpersonals. Solche Abwasserneutralisationsanlagen untergliedern sich typischerweise in drei Bereiche: Stapeltank, Neutralisationstank, Vorratstanks mit Säure und Lauge. Anfallende Abwässer werden in einem Stapelbehälter, der mit einem Rührwerk, einer Füllstands- und pH-Messeinrichtung ausgestattet ist, gesammelt. Die Zuführung zum Neutralisationstank reguliert eine frequenzgesteuerte Pumpe, die Förderleistung wird durch den Höhenstand und pH-Wert im Stapeltank bestimmt. Auch der Neutralisationstank ist mit einem Rührwerk, Füll-, Grenzstand- und pH-Messung ausgestattet. Die zur Neutralisierung entsprechend ermittelten Mengen an Säure oder Lauge werden über Dosierpumpen zugeführt. Die Steuerung berücksichtigt entsprechende Anlagenzustände, wie Produktionsstillstand, Urlaubs- oder Wochenendzeiten.
Sollen die Abwasserkosten durch Fällung oder Reduzierung von Schadstoffen weiter gesenkt werden, sind diese Anlagen entsprechend erweiterungsfähig.

Bestehende Anlagen richtig gewartet
Hat man mit einem durchdachten Konzept zur Transparenz der Abwassermengen und -zusammensetzung die Kosten im Griff, empfiehlt es sich, regelmäßige Wartungen aller Messstellen durchzuführen. Endress+Hauser bietet hierzu verschiedene Service-Dienstleistungen an. Von der pH-Messung über die Durchflussmessstelle bis hin zum Analysator, mit regelmäßigem Ersatz der Verbrauchsmaterialien, kann ein entsprechender Wartungsvertrag abgeschlossen werden. Somit sind auch die Instandhaltungskosten transparent und einfach budgetierbar zu gestalten.

Fazit
Abwasserkosten als fixen Kostenblock zu betrachten, heißt den Blick für Einsparpotenziale zu verschließen. Schon eine einfache Lösung zur Erfassung der anfallenden Abwassermenge mittels Durchflussmessung, die mit Registrierung und Inbetriebnahme Investitionskosten von circa 6 000,- € verursacht, amortisiert sich in vielen Fällen bereits nach einem Jahr. Für weitere Lösungen lässt sich diese Zeit relativ einfach berechnen.

Automatisierungsschema der Neutralisationsanlage bei Vivil

Abwasserneutralisation bei Vivil
Der Bonbonhersteller Vivil, der besonders für seine Pfefferminzbonbons bekannt ist, betraute Endress+Hauser im Zuge einer Modernisierungsmaßnahme mit der Automatisierung seiner Durchlaufneutralisationsanlage. Als Indirekteinleiter muss das Unternehmen den pH-Wert des mit durchschnittlich 20 m 3/h anfallenden Abwassers von den ph-Werten 2,8 bis 8 auf 6,5 bis 10 anheben. Die Anlage besteht aus folgenden Komponenten:
• Neutralisationsbecken mit Rührwerk,
• pH- und Füllstandsmessung,
• Dosierpumpe mit zwei Lauge-Vorratsbehältern,
• Schaltschrank mit SPS und Bedienpanel,
• Bildschirmschreiber sowie
• Durchflussmessung im Auslauf.
Das saure Abwasser aus der Produktion wird in das Neutralisationsbecken geleitet. Gleichzeitig fließt bereits neutralisiertes Wasser über einen Überlauf aus dem Tank zum öffentlichen Kanalnetz. Die SPS durch eine pH-Messung die Dosierung der zur Neutralisation erforderlichen Laugemenge. Das Rührwerk sorgt für die Durchmischung des zulaufenden Abwassers. Im Ablauf wird die Menge, Temperatur und der pH-Wert des eingeleiteten Abwassers über den Bildschirmschreiber Memograph M rückverfolgbar dokumentiert. Damit ist Vivil auf der sicheren Seite, dass das Abwasser jederzeit den gesetzlichen Anforderungen entspricht.

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Autor: Tim Schrodt ist Branchenmanager Lebensmittel bei der Endress+Hauser Messtechnik GmbH + Co. KG in Weil.