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Verfahrenstechnik 6/2015

Verfahrenstechnik 6/2015

Hohe Packungsdichte

Hohe Packungsdichte Recycling von industriellem Abwasser aus der Lebensmittelindustrie Tom Sebastian Spielhoff, Carsten Bachert Die Ressource Wasser gewinnt zunehmend an Bedeutung. So zum Beispiel auch bei einem Saftproduzenten in den Vereinigten Arabischen Emiraten. Mit dem Ziel der prozesstechnischen Optimierung und zur Reduzierung der Kosten wollte das Unternehmen die durch die Produktion anfallenden Abwasserströme recyceln. Um die Abwasserströme der Saftproduktion effizient zu reinigen, musste ein Verfahren gefunden werden, mittels dessen zum einen die Inhaltsstoffe im Abwasser biologisch abgebaut und zum anderen auch die Feststoffe abgetrennt werden. Die Firma entschied sich für die Umsetzung unter Einsatz eines MBR-Verfahrens mit Bio-Cel-Modulen des Membran- und Modulherstellers Microdyn-Nadir aus Wiesbaden. Wichtige Parameter bei der Wahl des Verfahrens waren eine hohe Prozessstabilität und Verfügbarkeit, zuverlässiges „Abpuffern“ von Prozessschwankungen, eine hohe Ausbeute sowie eine exzellente Qualität des Ablaufes. Das MBR-Verfahren erfüllt diese drei Kriterien einwandfrei und zuverlässig. Zusätzlich legt der Kunde ein besonderes Augenmerk darauf, dass möglichst wenige Chemikalien für den Betrieb der Anlage eingesetzt werden müssen. Gute Ablaufwerte Autoren: Tom Sebastian Spielhoff, Application Engineer; Carsten Bachert, Sales Director Middle East North Africa; Microdyn-Nadir, Wiesbaden Das Bio-Cel-Modul stellt eine zuverlässige, physikalische Barriere zur Zurückhaltung von Feststoffen und Bakterien dar. Da es die Vorteile von Plattenrahmenmodulen und Hohlfasermodulen in sich vereint, ohne deren spezifische Nachteile aufzuweisen, ist das Modul sowohl rückspülbar, als auch unempfindlich in Bezug auf Verzopfung und Schlammablagerungen. Durch die besondere Konstruktionsweise dieses Membranlaminats wird zum einen eine hohe Packungsdichte im Modul erreicht und darüber hinaus das Membranlaminat mit einem Selbstheilungsmechanismus ausgestattet. Durch diesen Mechanismus werden selbst im Falle einer Beschädigung der Membransheets (z. B. durch in das Filtrationsbecken fallende Gegenstände) sehr gute Ablaufwerte erreicht. Zur Reduzierung des Chemikalienverbrauchs und des Energiebedarfs beim Betrieb von MBR-Anlagen ebenso wie zur Erhöhung der Prozessstabilität konnte Microdyn-Nadir dem Kunden seinen neuartigen mechanischen Reinigungsprozess MCP (Mechanical Cleaning Process) für das Bio-Cel-Modul anbieten. Durch die Zugabe von Granulat in den MBR-Tank wird durch das MCP-Verfahren die Deckschichtbildung an der Membran minimiert. Das MCP-Granulat wird durch die definierte Durchströmung mittels Crossflow-Belüftung entlang der Membranen geführt und trägt so zuverlässig die sich während dem Filtrationsprozess bildende Deckschicht ab. So ist seit April 2013 ein Bio-Cel-Modul mit 400 m² Membranfläche und MCP bei diesem Kunden erfolgreich im Einsatz. Seither werden täglich etwa 100 m³ Abwasser in einer modular aufgebauten Containeranlage behandelt. Insgesamt besteht die Abwasserbehandlungsanlage aus drei Komponenten: Das Abwasser wird zuerst durch eine Flotation, anschließend in ein Belebungsbecken und schlussendlich in einen MBR-Tank geleitet. In den folgenden Abschnitten wird auf die Abwasserzusammensetzung und die Leistungsparameter Flux (LMH), Transmembrandruck (TMP) und die Permeabilität eingegangen. CSB-Fracht effektiv reduzieren Die Abwasserströme kommen aus unterschiedlichen Produktionsbereichen und schwanken je nach Produktionsschwerpunkt. Das Abwasser hat eine maximale CSB-Konzentration von 7500 mg/l, eine minimale Stickstoffkonzentration und einen erhöhten Fettanteil. Zur Reduzierung des biologischen Beckenvolumens und zur Abscheidung des Fettanteils wurde als Vorbehandlung eine Flotation gebaut. Diese reduziert die CSB-Konzentration auf einen durchschnittlichen Wert von 1200 mg/l. Die CSB-Konzentration wird anschließend im Belebungsbecken und im MBR-Tank weiter abgebaut. Aus Mangel an Stickstoff und Phosphat werden Urea und Phosphorsäure in das Belebungsbecken hinzudosiert. Diese dienen als Nutrienten für die Biologie und gewährleisten ein optimales C:N:P-Verhältnis. Im MBR-Tank werden darüber hinaus durch die Ultrafiltrationsmembran Feststoffe zurückgehalten. Die Auslegung der Biologie und Membranfläche ist so konzipiert, dass die Permeatqualität dauerhaft unter 1 mg/l Feststoff (TSS), BSB < 3 mg/l und CSB < 30 mg/l erreichen muss. Das Permeat aus dem MBR-Modul wird als Brauchwasser wiederverwendet. Insgesamt können so aufgrund der hohen Ausbeute (> 97 %) täglich über 97 m³ Frischwasser pro Tag eingespart werden. Als Leistungsparameter für den Filtrationsprozess mit einer Ultrafiltrationsmembran werden der Flux (LMH), der Permeatfluss (m³/h), die Permeabilität und der Trans- 18 VERFAHRENSTECHNIK 6/2015

ACHEMA I VERFAHREN UND ANLAGEN 01 Durch die Zugabe von Granulat in den MBR-Tank wird durch das MCP-Verfahren die Deckschichtbildung an der Membran minimiert Ihr Partner bei wirtschaftlichem Mischen... Mit uns gelangen Sie zur besten Lösung für Ihren Prozess und erhalten dadurch einen wichtigen Wettbewerbsvorteil. membrandruck erläutert. Der Permeatfluss und der Flux sind seit Inbetriebnahme in einem konstanten Bereich. Die Anlage wird bei 13 LMH kontinuierlich stabil betrieben, sodass pro Stunde etwas über 5 m³ Permeat erzeugt werden. Geringer Einsatz von Chemie Durch die Betriebsweise mit konstantem Flux und konstanter Temperatur wird die Proportionalität zum Transmembrandruck besonders deutlich. Die Permeabilität fällt seit der Inbetriebnahme zwar stetig, was darauf zurückzuführen ist, dass sich trotz MCP eine gewisse Deckschicht aufbaut. Diese ist aber so gering, dass bislang noch keine chemische Reinigung durchgeführt wurde. Mit der gleichen Erklärung lässt sich 02 Das Membranmodul ist auf einen gleichmäßigen Permeatdurchfluss und eine hoch effektive Rückspülung über die gesamte Membranfläche ausgelegt auch der eindeutige, aber absolut sehr geringe Anstieg des Transmembrandruckes erklären. Die Werte (Transmembrandruck und Permeabilität) in dieser Anlage liegen in einem sehr guten Bereich, weshalb unter der Prämisse, dass so wenige Chemikalien wie möglich im Prozess eingesetzt werden sollen, bis heute keine chemische Reinigung durchgeführt wurde. Microdyn-Nadir empfiehlt normalerweise eine chemische Reinigung ab einem Transmembrandruck von 200–300 mbar. Die hohe Permeabilität und der geringe Transmembrandruck unterstreichen die Tatsache, dass durch das MCP-Granulat eine Deckschichtbildung (Fouling) über einen langen Betriebszeitraum in einem sehr moderaten Bereich gehalten werden kann. Dies führt zu sehr geringen Betriebskosten und einer deutlich verbesserten Anlagenverfügbarkeit. Anhand des angeführten Projekts wird deutlich, dass das MBR-Verfahren unter Einsatz der Bio-Cel-Module und dem prozessintegrierten, patentierten MCP-Verfahren eine effiziente und optimal geeignete Verfahrenslösung auch für die Lebensmittelindustrie ist. Durch die nicht notwendigen Reinigungen kann eine hohe Prozessstabilität und Verfügbarkeit der Anlage gewährleistet werden. Des Weiteren kann im Vergleich zum herkömmlichen MBR-Verfahren beim Einsatz von MCP bei gleicher Membranfläche mit höheren Fluxen operiert werden. Halle 5.0, Stand E95 Fotos: Fotolia, Microdyn-Nadir www.microdyn-nadir.com Achema 15. - 19. Juni 2015 Frankfurt (Deutschland) Halle 5.0, Stand C94 Propak Asia 17. - 20. Juni 2015 BITEC, Bangkok (Thailand) Stand 4V31 Fispal Tecnologia 23. - 26. Juni 2015 São Paulo (Brasilien) Anhembi Pavillon Gang C, Stand 067C Gericke GmbH Max-Eyth-Straße 1 DE-78239 Rielasingen T +49 77 31 929 0 F +49 77 31 929 312 gericke.de@gericke.net www.gericke.net VERFAHRENSTECHNIK 6/2015 19 Gericke.indd 1 08.05.2015 14:46:18

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