Projekt 13053/25

Förderschwerpunkt Biotechnologie: Verbund Biotechnologie in der Lebensmittelwirtschaft – Innovative Problemlösungen in Kooperation zwischen Hochschulen und mittelständischen Industrieunternehmen: Entwicklung eines innovativen biotechnologischen Verfahren

Projektträger

A.S.T.-Bremen GmbHAbwassersysteme/Systemtechnologie
Am Fallturm 7
28359 Bremen
Telefon: 0421/2023161

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Als Gesamtziel wird in diesem Vorhaben eine rationelle und nachhaltige Bewirtschaftung von Wasserres-sourcen in der Lebensmittelherstellung (Fertiggerichte) verfolgt. Dies führt zu einem stetig zunehmenden Bedarf an Systemtechnologien zur Wassereinsparung, was insbesondere für Bearbeitungsprozesse mit hohem Ressourcenbedarf, z. B. in der Nahrungsmittelindustrie, von zentraler Bedeutung ist.
Das wichtigste Ziel einer hierauf ausgerichteten Verfahrensentwicklung ist die sichere Gewährleistung ei-ner konstanten Wasserqualität nach der seit dem 01.01.2003 geltenden Trinkwasserverordnung (TrinkwV). Dies erfolgt am Beispiel des bei der Hülsenfrüchteverarbeitung zur Fertiggerichtherstellung anfallenden, besonders problematischen Blancheurabwassers. Hierzu im Vergleich kommt auch die Verdampfertechnik zur Anwendung.
Für den Anwendungsfall soll ein Sicherheitsstandard definiert werden, welcher zur Überwachung der Trinkwasserqualität des Recyclingwassers aus Sicht der Anwender in der Lebensmittelindustrie und der zuständigen Überwachungsbehörden erforderlich ist. Hierfür wird ein Ansatz erarbeitet, inwieweit zusätzlich zu den in der TVO konkret genannten Hygieneparametern weitere Parameter spezifiziert werden müssen und mit welchen Analysenmethoden diese erfasst werden können.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Ergebnisse des Projekts können in folgende vier Arbeitsschritte untergliedert werden:
Arbeitspaket 1: Voruntersuchungen zur Festlegung von Kenndaten, Konzeption der Pilotanlage
Arbeitspaket 2: Anlagenplanung, Aufbau und Inbetriebnahme
Arbeitspaket 3: Pilotversuche und weiterführende Technikums-/Pilotversuche
Arbeitspaket 4: Ökologisch/ökonomische Bewertung der beiden Verfahren


Ergebnisse und Diskussion

Der CSB-Wert im Permeat entsprach mit 43,9 mg/L einem CSB-Rückhalt der Gesamtanlage von 99,3 %. Die sehr geringen Abweichungen des Rückhalts mit Werten zwischen 96,4 % und 99,97 % wurden selbst bei hohen Schwankungen der CSB-Konzentrationen im Rohwasser und im Ultrafiltrat erzielt. Die dazugehörige mittlere CSB-Konzentration lag bei 32,6 mg/L, wobei die meisten Werte kleiner als 10 mg/L waren.
Die DOC-Werte des Permeats lagen im Mittel bei 13,0 mg/L und entsprachen einem Rückhalt gegenüber dem Rohwasser von 99,0 %. Das CSB:DOC-Verhältnis lag mit 6,4:1 erwartungsgemäß höher als im Rohwasser. Bei den Nährstoffen Phosphor und Stickstoff lagen die Permeat-Konzentrationen bei 10,3 mg/L und 18,4 mg/L, entsprechend Rückhalten gegenüber dem Rohwasser von 95,7 % respektive 92,0 %.
Die chemischen Parameter im Rohwasser ergaben lediglich einzelne, geringe Überschreitungen von Schwermetallen (Blei, Nickel, Quecksilber). Bei den Indikatorparametern waren erwartungsgemäß die organisch bedingten Konzentrationen (Oxidierbarkeit, TOC) überschritten.
Im Permeat hingegen wurden die chemischen Parameter ausnahmslos in allen Proben eingehalten. Dies gilt trotz der hohen Rohwasserkonzentrationen auch für die organisch bedingten Indikatorparameter. Die Leitfähigkeit im Permeat war im Mittel mit 440 µS/cm deutlich unter dem in der Trinkwasser-Verordnung angegebenen Grenzwert von 2.000 µS/cm. Das Permeat war geruchs- und geschmacksfrei.
Mikrobiologisch ergab sich folgendes Bild: Mit der vierten Woche steigen die Gesamtkeimzahlen an und überschreiten den Grenzwert von 100 KBE/mL. Die Werte stabilisieren sich dann bei einem Niveau von etwa 1000 KBE/mL.
Parallel dazu ist auch ein Ansteigen der Pseudomonas aeruginosa im UO-Permeat festzustellen.
Die anfangs gefundenen Keimzahlen für Fäkalindikatoren (Enterokokken, E: coli und coliforme Bakterien) im Filtrat der Ultrafiltration, vor der Umkehrosmose-Stufe, gingen im weiteren Verlauf deutlich zurück, um in der 9. Woche noch einmal anzusteigen (Abb. 19). Die vermutlich mit dem Inkulat in den Bioreaktor eingetragenen Keime können sich im Milieu des Bioreaktors nicht durchsetzen und werden von anderen Organismen verdrängt. Im UO-Permeat werden diese Keime bis zur 11. Woche nicht nachgewiesen.
Grundsätzlich lässt sich feststellen, dass immer von der Ausbildung eines Biofilmes auf den inneren Oberflächen einer Anlage zur Wasseraufbereitung auszugehen ist.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

· Wesentliche Vorträge: DGMT-Tagung 2002, Dialog-Forum 2002, DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2003, ACHEMA 2003, GDL-Tagung 2003, GVC-Kongress 2003
· Wesentliche Veröffentlichungen: WWT Heft 57 (6) 2003, Poster, Hand-outs


Fazit

Nach erfolgter Inbetriebnahme der Anlage nach dem aus Praxiserfahrungen gewonnenen Umbau ermöglichte die Pilotanlage einen kontinuierlichen Betrieb und lieferte die für eine großtechnische Auslegung erforderlichen Kenndaten. Diese versetzen das Institut für Umweltverfahrenstechnik nunmehr in die Lage, derartige Anlagen zu konzeptionieren und detailliert auszulegen. Nächster Schritt wäre der Bau und die Betreibung einer optimierten Anlage im ähnlichen Maßstab für eine ähnliche Applikation. Anschließend wäre eine großtechnische Umsetzung der nächste, konsequente Schritt, an dem das Institut mittlerweile mit Hochdruck arbeitet.
Die Analysemethoden der TC Paderborn sind so weit entwickelt, dass anhand dieser Proben eine sichere und schnelle Beurteilung der Trinkwasserqualität des behandelten Blancheurabwassers möglich ist.
Das Kompetenznetzwerk zwischen Industriebetrieben, Forschungsinstituten und Behörden wurde aufgebaut, so dass in enger Kooperation Empfehlungen, Richtlinien und Vorschriften für Analysen und Verwer-tungsarten des Brauchwassers mit Trinkwasserqualität erarbeitet werden können.