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Vakuumfiltration - eine innovative Methode der Behandlung von Prozess- und Abwasser In
der Prozesstechnik, wie z. B. im Lebensmittelbereich oder in der
Fruchtsaftindustrie sind einerseits Filtrationsprozesse notwendig, um
Feinstpartikel aus dem Saft zu entfernen oder im Abwasser sind Entwässerungen
vorzunehmen, um den unbelasteten Schlamm eine Verwertung zuführen zu können.
In beiden Fällen hat sich die Ultrafiltration bewährt mit oder ohne
zusätzliche Anwendung der Anschwemmfiltration. Bei der
Abwasserbehandlung ist sowohl die aerobe als auch die anaerobe
Behandlung oder eine Kombination der beiden Stand der Technik. Bei der
Filtrationstechnik hat das Crossflow-Verfahren eine dominierende
Stellung eingenommen. Dabei wird in der Regel mit hohen Drücken und
hohen Überströmgeschwindigkeiten gearbeitet und mit einer dem
einzelnen Filtrationsprozess zugeordneter periodischen Rückspülung und
Grundreinigung. Die
hier vorgestellte Vakuumfiltration beschreitet – bei gleichen
Filtrationselementen – einen anderen Verfahrensweg: niedrige Drücke
und variable Umspülung der Filter sind die Wesenselmente der
Filtration. Verbunden mit dieser Technik wird bei Bedarf der Einsatz
einer Flotation vorgesehen. Damit vermeidet man in sehr vielen
Applikationen eine Blockierung der Filter, da die Feinstpartikel nicht
dazu neigen in die Filteroberfläche einzudringen und gleichzeitig durch
die Flotation und durch die gezielte Bewegung von einer Blockierung
abgehalten werden. Durch viele Versuche wurde eine optimale Kombination
der beiden Elemente erreicht, so dass höhere spezifische Durchsätze
als bei der Crossflow-Filtration erreicht werden können.
Für
den Bereich der Fruchtsaftherstellung ergeben sich neue Perspektiven,
die eine wesentliche Verbesserung der Filtrationstechnik und durch die
niedrigeren Investitionskosten eine bessere wirtschaftliche Perspektive
darstellen können. Die betrifft einmal die Filtration des Trub aber
auch die Entwässerung nach der biologischen Behandlung. Die Abwasserbehandlung ob aerob oder anaerob ist in der Fruchtsaftindustrie in der Regel problemlos. Wichtig ist eine Entwässerung die ohne oder weitgehend ohne Polymer auskommt, da der eingedickte Schlamm in der Landwirtschaft verwertet werden soll. Die Ausbringung des Dünnschlammes unter Einsatz des üblicherweise eingesetzten Polyacrylamids ist zwar noch erlaubt, jedoch mehren sich nicht nur die Stimmen die gegen diese Form der Entsorgung plädieren; in Baden-Württemberg sind die Wege des Ausbringverbots per Gesetzt abzusehen. Unter
Einsatz der Vakuumfiltration kann der Dünnschlamm ohne Zugabe von
Polymer sehr weit eingedickt werden, so dass dies nicht nur die
Ausbringung verbilligt, sonder diese auch in Zukunft sicherstellt.
Gleichzeitig werden die Abwassergrenzwerte des Klarwassers besser
eingehalten.
In der industriellen Abwassertechnik ist die Situation etwas anders. Nach einer erfolgreichen Vorbehandlung der Abwässer durch Flockung/Fällung entsteht in der Regel eine Klarphase, die separat abgezogen werden kann und ein Dünnschlamm, der zur Entwässerung – mehrheitlich einer Kammerfilterpresse – zugeführt wird. Ist keine ausgeprägte Klarphase erreichbar, weil z. B. die Abwasserzusammensetzung variiert und die Vorbehandlung nicht ausreichend wirkt, so wird der Entwässerung zum Teil sehr schwierig oder ist nicht erfolgreich. In diesen Extremfällen ist dann das gesamte Abwasser als Dünnschlamm anzusehen und muss komplett einer Entwässerung zugeführt werden. Bei solchen Situationen kommt die Kammerfilterpresse mit der Menge des schlecht sedimentierbaren Dünnschlamms nicht oder unzureichend zu Recht, da die abzufiltrierende Abwassermenge dann zu groß ist und zu Verschmierungen neigen kann.
Mit
dem neuen Verfahren der Vakuumfiltration gelingt es den Dünnschlamm
sehr weit aufzukonzentrieren. Das Filtrat ist dabei weitgehend
partikelfrei und erfüllt – je nach Filterwahl – die
Einleitbedingungen oder die Bedingungen für ein Recycling des
Klarwassers. Mit
dieser Behandlungsstufe kann man großräumige Sedimentations- oder
Flotationsanlagen umgehen und die Sicherheit des Verfahrens erheblich
erhöhen. Das filtrierte Klarwasser wird ordnungsgemäß in den Kanal
eingeleitet oder zur Wiederverwertung rückgeführt. Der voreingedickte,
noch pumpfähige Schlamm belastet durch die Mengenreduktion die
anschließende Kammerfilterpresse erheblich weniger; die
Kammerfilterpresse kann erheblich kleiner ausgelegt werden. Von 1 000
Liter Abwasser oder Prozesswasser mit einem Trockensubstanzanteil von
0,2 – 0,3 % sind dann bei einer zu erwartenden Eindickung auf etwa 5 %
nur noch 40 bis 60 Liter pumpfähiger voreingedickter Dünnschlamm
weiter zu verarbeiten. Ohne diese Eindickung sind dies 300 Liter, es können
jedoch im ungünstigen Fall auch 1 000 Liter sein.
Die
Funktion ist in obiger Abbildung dargestellt. Das zu entwässernde
Prozess- oder Abwasser wird in den Rührbehälter geleitet. Dort sind
Filterscheiben übereinander gestapelt; mehrere Stapel sind kreisförmig
angeordnet. Von außen werden die Filterscheiben mit dem Eingangswasser
umspült, das sich aufkonzentriert, im Inneren sind sie mit dem
filtrierten Klarwasser gefüllt und mit einer Kreiselpumpe nach außen
verbunden. Eine optional zugeschaltete Flotation kann den Abtrennprozess
erheblich erleichtern. Die Kreiselpumpe saugt das Klarwasser ab und
bewirkt den Filtrationsvorgang. Damit sich auf der äußeren Oberfläche
keine Ablagerungen bilden wird mit Hilfe eines Rührers das Wasser in
horizontaler Richtung leicht bewegt und die möglichen Ablagerungen
vermieden. Die Partikel z. B. in Flockenform werden somit geschont. Die Wirksamkeit des Verfahrens ist in jedem Einzelfall, soweit nicht bereits weitgehend identische Applikationen untersucht wurden, zu überprüfen und wird entsprechend dann freigegeben.
Beispiele
Vorentwässerung
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