Projekt 08292/01

Entwicklung eines Verfahrens zur Verminderung des Frischwasserbedarfs durch Einsatz von Membranbelebungsanlagen in der Lebensmittelindustrie am Beispiel der Salat- und Gemüseverarbeitung

Projektdurchführung

BERGHOFFiltrations- und Anlagentechnik GmbH & Co. KG
Harretstr. 1
72800 Eningen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bei der Herstellung von Salat- und Gemüseprodukten wird für Waschprozesse sehr viel Trinkwasser eingesetzt. Aufgrund der hohen Qualitätsanforderungen ist eine Kreislaufführung von Waschwasser zur Verminderung des Frischwasserverbrauchs bisher noch nicht realisiert worden, da mit konventionellen Reinigungsverfahren die Anforderungen nicht eingehalten bzw. sicher garantiert werden können. Zielsetzung des Projektes war es, die anfallenden Waschwässer unter Berücksichtigung der hohen Qualitätsziele zu reinigen und der Wiederverwendung zuzuführen. Dieses Ziel sollte durch Einsatz der Membrantechnik in Kombination mit der biologischen Reinigung erzielt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Überprüfung der Waschwasserreinigung wurde eine Pilotanlage in einem Salat und Gemüse verarbeitenden Betrieb aufgebaut und über einen Zeitraum von ca. 12 Monaten vor Ort betrieben. Die Beschickung der Pilotanlage erfolgte direkt mit dem Waschwasser aus dem Produktionsprozess. In einer ersten Einarbeitungsphase wurde die Pilotanlage noch ohne Kreislaufführung des gereinigten Waschwasser betrieben. Parallel wurde ein Sicherheitssystem zur Überprüfung der hohen Qualitätsanforderungen an das gereinigte Waschwasser entwickelt und in seiner Funktion in Kombination mit der Membrantechnik analysiert.
In einer zweiten Versuchsphase wurde die Pilotanlage mit Waschwasserrückführung und permanenter Qualitätsüberwachung des gereinigten Waschwassers betrieben. Neben der Leistungsfähigkeit der Pilotanlage, der Qualität des gereinigten Waschwasser wurden auch die Auswirkungen auf die Produktqualität überwacht.


Ergebnisse und Diskussion

Das anfallende Waschwasser konnte mit der eingesetzten Pilotanlage sehr gut gereinigt werden. Es wurde eine Kohlenstoffelimination von 97,1% und eine Stickstoffelimination von 94,6% erreicht. Durch die eingesetzte Membran wurden die partikulären Substanzen vollständig zurückgehalten. Um eine hygienische Beurteilung des gereinigten Waschwasser zu erhalten wurde das Permeat auch noch mikrobiologisch analysiert. Neben den biologischen Parametern der Trinkwasserverordnung wurde noch auf vier weitere Bakterienarten (Salmonellen, Pseudomonaden, Clostridien, Listerien) untersucht.
Der Ablauf der Pilotanlage enthielt so gut wie keine der untersuchten Keime - mit Ausnahme der Pseudomonaden, die sich in den meisten Keimproben wiederfanden. Dies konnte darauf zurückgeführt werden, dass sich diese Bakterienart besonders schnell an die Membranoberfläche anlagert, und die Membran mit der Zeit durchdrungen hat (Flemming, 1995). Fäkalstreptokokken wurden von neun Proben zweimal (maximal 5,5 KBE/100ml), die anderen untersuchten Bakterienarten je einmal (Clostridien 2,3 MPN/100ml, Gesamt- und Fäkalcoliforme je 0,15 MPN/100ml) nachgewiesen. Allerdings konnten diese Befunde jeweils auf eine Verkeimung der Permeatleitungen oder des Permeatspeichers zurückgeführt werden.
Zeitweilig wurde die Wiederverwendung des gereinigten Abwassers im Betrieb durch den Einsatz als Reinigungswasser untersucht. Die Ergebnisse der Keimanalysen nach dem Wiedereinsatz zeigten keine offensichtlichen Unterschiede zu den Keimanalysen nach Reinigung mit Trinkwasser. Die Ergebnisse aus dem Wiedereinsatzversuch haben deutlich gemacht, dass sich das recycelte Abwasser als Brauchwasser für die Grobreinigung durchaus eignet. Die Tatsache, dass nach der Grobreinigung die Arbeitsflächen etc. mit Desinfektionsmitteln entkeimt und anschließend mit Trinkwasser nochmals abgespült werden, hat zur Folge, dass auch die Keime abgetötet werden, die möglicherweise im gereinigten Abwasser enthalten sind. Daher wird für dieses Einsatzgebiet eine Trinkwasserqualität für nicht erforderlich erachtet. Aus Vorversuchen wurde auch die Keimbelastung des Wassers aus der Salatwaschanlage untersucht und festgestellt, dass das Permeat der Pilotanlage eine sehr viel bessere Qualität aufweist als das Waschwasser in den ersten Kammern der Salatwaschanlage. Anhand von diesen Ergebnissen lässt sich sagen, dass das Permeat eine Qualität aufweist, die einen Einsatz als Waschwasser in den ersten Kammern der Salatwaschanlage erlaubt. Daraus wird geschlossen, dass die Desinfektion durch Membranbelebungsanlagen ausreichend ist, um das gereinigte Abwasser als Brauchwasser wiedereinzusetzen. Neben den qualitativen gelten auch gesetzliche Anforderungen, die Wasser, welches in Lebensmittelbetrieben eingesetzt wird, einzuhalten hat. Nach §7, Abschnitt 3, der Trinkwasserverordnung (2001) kann die zuständige Behörde für bestimmte Lebensmittelbetriebe zulassen, dass auch Wasser verwendet wird, welches nicht die Beschaffenheit von Trinkwasser aufweist, solange sichergestellt ist, dass durch diese Verwendung die hergestellten Lebensmittel und somit die Gesundheit der Verbraucher nicht beeinträchtigt wird.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Trübungsmessung untersucht, die online durchgeführt werden kann. Dabei konnte festgestellt werden, dass die Trübung des Permeats unabhängig vom Feststoffgehalt im Membranreaktor gesehen werden kann. Die Trübung des Permeats blieb mit einigen Ausnahmen im Mittel unter 25 mFNU. Es traten zwar Zeiträume mit erhöhter Trübung auf, jedoch konnten diese nicht mit direkten Membrandefekten oder einer Verschlechterung des Ablaufs in Verbindung gebracht werden. Nach Literaturauswertungen wird daher eine Partikelzählung empfohlen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Veröffentlichung der Ergebnisse erfolgte im Rahmen einer Diplomarbeit am Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft der Universität Stuttgart. Durch noch folgende Vorträge werden die Ergebnisse weiter verbreitet.


Fazit

Das Membranbelebungsverfahren stellt ein Verfahren dar, welches dazu geeignet ist, Abwässer aus der salatverarbeitenden Industrie so weitgehend zu reinigen, dass die erforderliche Qualität zum Wiederein-satz gegeben ist. Zudem wird gerade der stark belastete Abwasserteilstrom gereinigt, so dass für die Vita Betriebs GmbH im Falle der technischen Umsetzung des Verfahrens der Starkverschmutzerzuschlag zukünftig wegfällt. Die spezifischen Kosten von ca. 2,50 €/m³ fallen für eine Membranbelebungsanlage zudem günstig aus. Da Mängel in der hygienischen Qualität des gereinigten Abwassers immer auf eine Verkeimung der Leitungen oder des Speicherbehälters zurückzuführen sind, und um das Wiederverkeimungspotential des gereinigten Abwassers zu minimieren, ist eine zweite Behandlungsstufe hinter der Membran zu empfehlen. Dafür kommt z. B. eine Nanofiltration, UV-Bestrahlung, Chlorung, Peressigsäure- oder Wasserstoffperoxidanwendung in Frage.