Projekt 18349/01

Zweiphasige Entwicklung und Erprobung des Kreislaufverfahrens Water and Energy Saving SYstem (WESSY) für Prozesswärme und Prozesswasser in Brauerei- und Getränkebetrieben

Projektdurchführung

Ingenieurbüro Joachim Ledwig
Arnold-Schönberg-Ring 34
78166 Donaueschingen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der Bereich der Flaschenreinigung verursacht die höchsten Betriebskosten innerhalb einer Flaschenab-füllanlage, da ein hoher Aufwand an Wasser und Energie nötig ist, um die zu reinigenden Flaschen auf ein lebensmittelkonformes Niveau zu bringen. Mit der Entwicklung eines Kreislaufsystems für Prozess-wärme und Prozesswasser zur Minimierung des Frischwasser- und Energieeinsatzes an Flaschenreini-gungsmaschinen in Brauerei- und Getränkebetrieben waren folgende Ziele verbunden:
Reduzierung von Frischwassereinsatz, Abwasseraufkommen und Energieeinsatz durch:
o Kreislaufführung und Aufbereitung (RO) von Prozesswasser
o Rückführung der Rückkühlwärme des Permeats in den Reinigungsprozess
o Reduzierung von Wärmeinput / -output
o Schließung von Wasser- und Energiekreisläufen
Reduzierung der Betriebskosten, Schaffung neuer, innovativer, umweltfreundlicher Lösungen für die Ausrüstungsindustrie


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1. Entwicklung der Basistechnologie
Durchführung von Vorversuchen im Labormaßstab zur Bestimmung einer geeigneten Vorreinigung (Analyse Partikelgrößen und -Verteilung). Erprobung von Membran-Standzeiten unter Einfluss verschiedener Laugenadditive im Batch-Verfahren mit Original-Spülwässern aus der Warmwasser-zone einer konventionellen Flaschenreinigungsmaschine. Planung und Bau einer Versuchsanlage zwecks Einsatzes in einem Brauereibetrieb unter Praxisbedingungen.

2. Durchführung von Feldversuchen
Integration der Versuchsanordnung unter Betriebsbedingungen an einer Flaschenreinigungsma-schine (FRM) in einem Brauereibetrieb. Inbetriebnahme der Versuchsanlage und Probebetrieb über einen Zeitraum von 6 Monaten unter realen Betriebsbedingungen bei kontinuierlicher analytischer Begleitung und Auswertung der relevanten Parameter.

3. Parallel zum Feldversuch erfolgte die Analytik der Versuchsanlage (Wasseraufbereitung). Dabei wurden die im Projektantrag (Punkt 6.1, Absatz 3) aufgeführten Proben und Analysen durchge-führt. Die Auswertung der Versuchergebnisse erfolgte begleitend zum Probebetrieb, um anhand der ermittelten Werte Optimierungen vorzunehmen. Der Feldversuch wurde im Dezember 2009 abgeschlossen, der Abschlussbericht mit Datum vom 29.01.2010 eingereicht.

4. Ziel war es, mit Abschluss des Probebetriebes bzw. Feldversuches reproduzierbare und repräsen-tative Ergebnisse zu erreichen, um eine belastbare Aussage hinsichtlich Umweltwirkung, Einspar-potenzialen. Wirtschaftlichkeit und mikrobiologischer Qualität und Sicherheit des Konzeptes treffen zu können. Auf dieser Basis ist dann eine Aussage hinsichtlich der Kosten und Einsatzmöglichkei-ten zur Nachrüstung bestehender Anlagen und Erstausrüstung neuer Anlagen zu machen.
Auf Grundlage der vorliegenden Ergebnisse soll eine Entscheidung über den Bau einer Pilotanlage im technischen Maßstab getroffen werden.


Ergebnisse und Diskussion

Die wesentlichen Ergebnisse der 1. Projektphase (1. Zwischenbericht) waren, dass die zu Beginn einge-setzte Vorfiltrationstechnik unzureichend war und die im Warmwasser II enthaltenen Restmengen an Entschäumern, welche der Waschlauge zudosiert werden, zur irreversiblen Verblockung der Membranen führten.
Diese Problemstellungen konnten in der 2. Projektphase durch Optimierung der Vorfiltration (Kombina-tion aus Spaltfilter [50 µm] und Tiefenfilter [1 µm] beseitigt werden, so dass keine Reduzierung der Durchsatzleistung auftrat. Reproduzierbare Fluxraten wurden erzielt, die Polymermembran konnte reversibel abgereinigt werden und es wurden einwandfreie Permeatqualitäten (mikrobiologisch und chemisch) erreicht. Eine intensive Vorfiltration des Kreislaufwassers ist unabdingbare Voraussetzung für die Funktion und Standzeit der Membranfiltration. Die pH-Stabilisierung als Schutz für die Membran wurde im Versuch mit schwacher Säure (Zitronensäure) vorgenommen. Bei einer Anlage im Maßstab 1:1 müsste eine starke Säure, z. B. H2SO4, zum Einsatz kommen (Effizienz und Kosten).
Die Ergebnisse des Feldversuches sind für den Bau einer Pilotanlage von wesentlicher Bedeutung. Es wurden wichtige Erkenntnisse gewonnen, die für einen kontinuierlichen Betrieb unter realen Prozessbe-dingungen zu beachten wären (idealer Weise Mehrschichtbetrieb). Dieses sind: Absenkung der Lauge-badtemperatur (somit auch Absenkung der Temperatur des aufzubereitenden Kreislaufwassers aus Warmwasser-Zone II), Ausschleusung der Partikelgrößen << 50 µm durch einen abreinigbaren Spaltfilter, Inline-Regulierung des pH-Wertes, Herabsetzung der Konzentration im Arbeitstank; redundante Ausfüh-rung wesentlicher Anlagenkomponenten, z. B. Tiefenfilter, Pumpen, Arbeitstank (z. B. 2-Kammer-Arbeitstank). Die Standzeit der Polymermembrane des Feldversuches kann nur annähernd auf die Standzeit einer 1:1-Anlage übertragen werden. Dieses wäre durch den Bau einer Pilotanlage zu erhärten.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

1. Es ist beabsichtigt, das Konzept durch Publikationen in Fachzeitschriften, Präsentationen und Vorträge (Messe und Tagungen) Betreibern von Flaschenreinigungsmaschinen und Anlagenbauern bekannt zu machen.

2. Darüber hinaus ist der Bau einer Pilotanlage als dauerhafter Bestandteil einer Flaschenreinigungsmaschine im regulären Betrieb geplant. Kontakte mit Brauereibetrieben wurden in dieser Hinsicht bereits geknüpft.


Fazit

Das Ziel der Entwicklung eines Kreislaufsystems für Prozesswärme und Prozesswasser für Flaschenrei-nigungsmaschinen in der Getränkeindustrie wurde erreicht. Damit sind die technischen Voraussetzungen für den Bau einer Pilotanlage als dauerhafter Bestandteil einer Flaschenreinigungsmaschine im regulären Betrieb gegeben.
Die Entwicklung der Preise für Primärenergie und Wasser-/Abwasser spricht für den Einsatz des Kreis-laufsystems. Da in diesen Bereichen keine Kostenreduzierung zu erwarten ist, wird sich die Wirtschaft-lichkeit dieses Systems in Zukunft noch günstiger darstellen. Neben der Wirtschaftlichkeit zugunsten der Kreislaufführung von Prozesswärme und Prozesswasser ist jedoch die nachhaltige Ressourcenschonung von wesentlicher Bedeutung, da der Einsatz der Rohstoffe Wasser und Primärenergie auf Dauer nen-nenswert reduziert wird.