Um die in einer Molkerei bei der Produktion von Käse, Quark und Joghurt anfallenden Abwässer zu reinigen, entwickelt das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie im Projekt REWAGEN eine neue elektrochemische Behandlungsmethode. Ziel ist es, ein kostengünstiges Verfahren auch kleinen und mittelgroßen Molkereien zur Verfügung zu stellen. Der als Nebenprodukt der Reinigung anfallende Wasserstoff kann zudem über eine Brennstoffzelle zur Stromversorgung des Reinigungssystems eingesetzt werden.
Wasserstoff soll zur Stromversorgung des Abwassersystems dienen
Die bei der Herstellung von Milchprodukten wie Käse, Quark und Joghurt anfallenden Abwässer enthalten in der Regel organische Verunreinigungen wie Milchzucker, Proteine, Milchfette, aber auch Tenside und Desinfektionsmittel aus der Reinigung der Produktionsanlagen. Aufgrund des hohen chemischen und biologischen Sauerstoffbedarfs bereiten große Molkereibetriebe ihr Abwasser mit biologischen Klärstufen auf. Vor allem kleine und mittelständische Betriebe können die Investitionen in derartige großtechnische Lösungen jedoch nicht leisten. Im Forschungsprojekt REWAGEN soll nun ein mehrstufiges Verfahren zur effizienten elektrochemischen Behandlung von Molkereiabwasser und Molke entwickelt werden, das durch eine modulare Bauweise auch auf die Abwassermengen kleinerer Molkereien angepasst werden kann. Positiver Nebeneffekt: Der bei der elektrochemischen Behandlung des Wassers als Nebenprodukt entstehende Wasserstoff soll mittels einer Brennstoffzelle zur Stromversorgung des Systems genutzt werden können.
Elektrokoaleszenz, Elektroflockung, Elektrooxidation und Deionisation
Die elektrochemische Reinigung des Abwassers macht zudem die Zudosierung von Chemikalien und die damit verbundene Aufsalzung des Wassers überflüssig. Hierzu wollen die Forscher in einem ersten Schritt Öle und Fette mit dem Verfahren der gepulsten Elektrokoaleszenz abgetrennt werden. Dabei bewegen sich fein dispergierte Öltröpfchen im elektrischen Wechselfeld aufgrund ihrer Oberflächenladung und fließen zu größeren Öltropfen zusammen, die mechanisch abgetrennt werden können. Partikuläre Verunreinigungen werden in einem nachfolgenden Schritt mittels Elektroflockung abgetrennt. Bei der Elektroflockung werden Eisenelektroden eingesetzt, die Eisenionen ins Wasser abgeben, die zu Eisenhydroxidflocken reagieren. Mit diesen Flocken werden dann organische Feststoffe adsorbiert und ausgefällt. In einer dritten elektrochemischen Zelle werden mittels elektrooxidativer Prozesse, beispielsweise über eine Diamantelektrode, gelöste organische Bestandteile abgebaut. Schließlich werden in einer vierten Stufe mit kapazitiver Deionisation auch gelöste Salze entfernt, indem sie an einer entsprechend geladenen Elektrode aufkonzentriert und abgeschieden werden.
Aktuelles Abwasseraufkommen liegt bei 1,3 Liter pro Kilogramm Milch
Bei der Milchverarbeitung und der Herstellung von Milchprodukten steht Hygiene an erster Stelle. Daraus folgt zwangsläufig ein hoher Einsatz von Wasser zu Reinigungszwecken, sodass das durchschnittliche Abwasseraufkommen in Molkereien derzeit bei etwa 1,3 l/kg Milch liegt. Das Abwasser in einer Molkerei entsteht dabei vor allem bei der Reinigung der Prozesslinien zur Milchverarbeitung und unterscheidet sich von häuslichem Abwasser im Wesentlichen durch höhere Kohlenstoffkonzentrationen und je nach verwendetem Reinigungsmittel auch durch höhere Phosphorfrachten. Während in großen Molkereibetrieben das Abwasser aufbereitet werden muss, um eine Überlastung der kommunalen Kläranlagen zu vermeiden, wird in kleineren Molkereibetrieben das Abwasser in große Tanks gepumpt, wo sich die Flüssigkeit durch die sauren und alkalischen Bestandteile selbst neutralisiert. Sobald das Abwasser dann einen akzeptablen pH-Wert erreicht hat, wird dieses in das kommunale Kanalnetz abgelassen. Um das Abwasseraufkommen zu reduzieren, sollen im Forschungsprojekt REWAGEN die einzelnen Verfahrensschritte zudem zu einem geschlossenen Prozess kombiniert und integriert werden, sodass jeder Prozessschritt einen Stoffstrom liefert, der weiter aufgearbeitet oder ins System zurückgeführt werden kann. Das gereinigte Wasser könnte dann direkt wiedergenutzt werden, beispielsweise für die Reinigung der Molkereianlagen.
