Die Zuckerherstellung ist ein wasserintensiver Industriezweig, bei dem große Mengen Abwasser anfallen, die sowohl organische als auch anorganische Belastungen enthalten. Neben der Aufbereitung von Prozesswasser und der Behandlung von Brüdenkondensaten spielt die Abwasserreinigung eine entscheidende Rolle. Biogasanlagen, Stickstoff- und Phosphorelimination sowie spezifische Herausforderungen wie die Calciumproblematik werden in modernen Abwasserbehandlungsanlagen umfassend adressiert.
Inhaltsverzeichnis
Zusammensetzung des Abwassers in der Zuckerherstellung
Die Charakteristik des Abwassers aus der Zuckerherstellung hängt von den verschiedenen Prozessschritten ab, insbesondere von der Rübenwäsche, Saftgewinnung, Saftreinigung, Verdampfung und Zuckerkristallisation. Typische Bestandteile sind:
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Organische Belastungen:
- Zucker, Melasse, Stärke, Pektine und Zellulosefasern aus der Rübenverarbeitung.
- Hoher Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) und Biologischer Sauerstoffbedarf (BSB) aufgrund der leicht abbaubaren organischen Stoffe.
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Anorganische Stoffe:
- Calciumverbindungen (z. B. CaCO₃) aus der Kalkung und Enthärtung der Säfte.
- Stickstoffverbindungen (z. B. Ammonium, Nitrate) und Phosphate aus der Prozesschemie.
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Brüdenkondensate:
- Diese enthalten flüchtige organische Stoffe wie Methanol und Restzucker sowie anorganische Salze und müssen gesondert behandelt werden.
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Hohe Wasserhärte:
- Calcium und Magnesium aus Brunnenwasser führen zu Herausforderungen bei der Prozesswasseraufbereitung und erfordern spezifische Technologien wie Ionenaustausch oder Umkehrosmose.
Biogasanlagen zur Abwasserbehandlung
Biogasanlagen stellen eine zentrale Komponente in der Abwasserbehandlung der Zuckerindustrie dar. Diese Anlagen nutzen anaerobe Prozesse, um organische Stoffe abzubauen und Biogas zu erzeugen, das als Energiequelle genutzt werden kann.
Anaerobe Abwasserbehandlung
- Funktionsweise: Mikroorganismen bauen organische Stoffe wie Zucker, Stärke und Zellulose in einem sauerstofffreien Milieu ab. Dabei entstehen Methan (CH₄) und Kohlendioxid (CO₂).
- Reaktortypen:
- Hochlastreaktoren: Geeignet für Abwässer mit hohen CSB-Konzentrationen (bis zu 20.000 mg/L).
- UASB-Reaktoren (Upflow Anaerobic Sludge Blanket): Effektiv bei Abwässern mit hohem Feststoffgehalt.
- ALMA BHU GMR: Spezifische anaerobe Biogasanlagen von ALMAWATECH, die auf die Anforderungen der Zuckerindustrie ausgelegt sind.
Vorteile von Biogasanlagen:
- Energiegewinnung: Das erzeugte Biogas kann zur Dampferzeugung oder Stromproduktion genutzt werden, was die Betriebskosten senkt.
- CSB-Reduktion: Durch anaerobe Prozesse wird der CSB um bis zu 85 % gesenkt, was die nachgeschaltete Behandlung deutlich entlastet.
- Kompakte Schlammbildung: Im Vergleich zu aeroben Verfahren entsteht weniger Überschussschlamm.
Herausforderungen:
- Calciumproblematik: In der Zuckerherstellung entsteht Calcium aus Kalkungsprozessen. In Biogasanlagen kann es zu Ablagerungen (Scaling) führen, die die Effizienz und Lebensdauer der Anlagen beeinträchtigen.
Foto: Unsere Biogasanlage ALMA BHU GMR zur Gewinnung von Biogas aus Abwasser aus der Zuckerindustrie
Nachbehandlung: Stickstoff- und Phosphorelimination
Nach der anaeroben Behandlung enthalten die verbleibenden Abwässer häufig hohe Konzentrationen an Stickstoff und Phosphor, die entfernt werden müssen, um gesetzliche Vorgaben einzuhalten und eutrophierende Einträge in Gewässer zu verhindern.
Stickstoffelimination
- Biologische Nitrifikation und Denitrifikation:
- Nitrifikation: Ammonium (NH₄⁺) wird in Nitrit (NO₂⁻) und anschließend in Nitrat (NO₃⁻) umgewandelt. Dieser Prozess erfordert Sauerstoff und spezielle nitrifizierende Mikroorganismen.
- Denitrifikation: Nitrat wird unter anoxischen Bedingungen zu Stickstoffgas (N₂) reduziert, was eine Reduktion der Stickstoffbelastung bewirkt.
- Chemische Verfahren:
- Bei sehr hohen Stickstoffkonzentrationen kann eine chemische Entfernung durch Ammoniak-Stripping oder Fällung notwendig sein.
Phosphorelimination
- Chemische Fällung:
- Durch Zugabe von Fällmitteln wie Eisen(III)-chlorid oder Aluminiumsulfat werden Phosphate in unlösliche Verbindungen umgewandelt, die aus dem Abwasser entfernt werden können.
- Biologische Phosphatentfernung:
- Phosphorakkumulierende Organismen (PAOs) binden Phosphor in Form von Polyphosphaten. Diese Methode wird in biologischen Klärstufen eingesetzt.
Foto: Unsere biologische Behandlungsanlage ALMA BHU BIO zur Nachbehandlung von Abwässern aus Biogasanlagen
Prozesswasseraufbereitung
Die Prozesswasseraufbereitung in der Zuckerindustrie nutzt häufig Brunnenwasser, das wegen seiner hohen Härte und gelösten Salze speziell behandelt werden muss.
Technologien zur Prozesswasseraufbereitung
Ionenaustauscher:
- Funktionsweise: Härtebildner (Ca²⁺, Mg²⁺) werden gegen Natriumionen ausgetauscht, um die Wasserhärte zu reduzieren.
- Einsatz: Enthärtung des Rohwassers, um Scaling in Verdampfern und Kesseln zu vermeiden.
Foto: Unsere Mehrschichtfilter ALMA FIL mit nachgeschalteten Ionenaustauscher ALMA ION
Umkehrosmose (RO):
- Funktionsweise: Das Rohwasser wird unter Druck durch eine semipermeable Membran gepresst, die Salze, Härtebildner und organische Verunreinigungen zurückhält.
- Einsatz: Herstellung von hochreinem Wasser für die Dampfproduktion und die Verdünnung von Prozesschemikalien.
Herausforderungen:
- Scaling: Die hohe Calciumkonzentration im Brunnenwasser kann zu Ablagerungen auf Membranen und in Ionenaustauschharzen führen.
- Lösungsansätze: Einsatz von Anti-Scaling-Mitteln und regelmäßige Regeneration von Ionenaustauschern.
Foto: Unsere Umkehrosmoseanlage zur Herstellung von Prozesswasser
Referenzen und Produkte in der Zuckerindustrie
- Unsere Biogasanlage ALMA BHU GMR für die Zuckerindustrie: ALMA BHU GMR
- Zuckerfabrik in Deutschland, Biogasanlage, 220 m³/h: Zur Referenz
- Zuckerfabrik in Polen, Biogasanlage, 125 m³/h: Zur Referenz
- Zuckerfabrik in Deutschland, Südzucker, 45.000 kg CSB/d: Zur Referenz
- Flusswasseraufbereitung in Deutschland, Südzucker, 220 m³/h: Zur Referenz
- Flusswasseraufbereitung für die Zuckerindustrie, 2 x 275 m³/h: Zur Referenz
- Zuckerindustrie, Chile, aerobe Nachbehandlung, 120 m³/h: Zur Referenz
Fazit
Die Abwasserbehandlung in der Zuckerherstellung ist eine komplexe Aufgabe, die modernste Technologien erfordert. Biogasanlagen bieten eine effiziente Möglichkeit, organische Belastungen abzubauen und Energie zurückzugewinnen, während nachgeschaltete Verfahren wie die Stickstoff- und Phosphorelimination die Einhaltung gesetzlicher Vorgaben gewährleisten. Herausforderungen wie die Calciumproblematik und die Behandlung von Brüdenkondensaten erfordern spezifische Lösungen, die individuell an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Durch die Integration von Technologien wie Ionenaustausch und Umkehrosmose kann die Prozesswasseraufbereitung optimiert werden, um Ressourcenschonung und Kosteneffizienz zu gewährleisten.
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