DE102009012189A1

DE102009012189A1 - Verfahren zur Behandlung von Abwässern der Ölfrüchte- und Getreideverarbeitung und Abwasserreinigungsanlage zur Ausführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102009012189A1
Application number: DE102009012189A
Authority: DE
Inventors: Roland Damann
Original assignee: ENVIPLAN INGENIEURGESELLSCHAFT MBH; ENVIPLAN INGENIEURGMBH
Current assignee: Damann Volker De; DAMANN, ROLAND, DE
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2029-02-28
Also published as: DE202009017790U1; DE102009012189B4

Abstract

Verfahren zur Behandlung von Abwässern der Ölfrüchte- und Getreideverarbeitung mit den folgenden Schritten: a) Reinigen des Abwassers durch Abscheiden von Feststoffen und Öltröpfchen, b) Aufkonzentrieren des im Schritt a) gereinigten Abwassers in einer Umkehrosmoseanlage, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser im Schritt a) eine Mikroflotationsanlage durchläuft, die Gasblasen mit einem mittleren Durchmesser von 100 µm oder weniger erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung der Ölfrüchte- und Getreideverarbeitung, bei dem das Abwasser zunächst durch Abscheiden von Feststoffen und Öltröpfchen gereinigt wird und anschließend in einer Umkehrosmoseanlage aufkonzentriert wird. Derartige Verfahren sind insbesondere zur Behandlung von Abwässern aus der Olivenölverarbeitung, des sogenannten olive mill waste waters (OMWW), bekannt.
Bei den bekannten Verfahren umfasst das Reinigen des Abwassers in der Regel eine Vielzahl von Schritten, wobei nach einer Vorreinigung unterschiedliche Filterationsstufen durchlaufen werden, um eine ausreichende Reinigung des Abwassers von Verunreinigungen aller Art zu erreichen. Anschließend kann das gereinigte Abwasser einer Umkehrosmoseanlage zugeführt werden, ohne dass eine übermäßige Gefahr von Verblockungen der empfindlichen Membranen der Umkehrosmoseanlage besteht.
Bei dem aus der Druckschrift WO 2005/123603 A1 bekannten Verfahren wird zunächst der pH-Wert des von einer Olivenölmühle stammenden Abwassers justiert, anschließend erfolgt eine enzymatische Hydrolyse. In einem nachfolgenden ersten Reinigungsschritt werden Feststoffe mit Hilfe einer Zentrifuge abgeschieden. Es schließen sich nacheinander eine Mikrofiltrationsstufe, eine Ultrafiltrationsstufe und eine Nanofiltrationsstufe an. Nach Durchlaufen dieser Filtrationsstufen kann das gereinigte Abwasser einer Umkehrosmoseanlage zugeführt werden.
Bei einem anderen, aus der Druckschrift WO 03/000601 A1 bekannten Verfahren durchläuft Abwasser aus der Olivenölproduktion eine herkömmliche Flotations anlage, in der lediglich gröbere Verunreinigungen abgeschieden werden. Anschließend sind mehrere Filterstufen vorgesehen. Eine Aufkonzentration des Abwassers mit Hilfe einer Umkehrosmoseanlage findet nicht statt.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Behandlung von Abwässern der Ölfrüchte- und Getreideverarbeitung zur Verfügung zu stellen, dass eine einfachere und wartungsärmere Reinigung des Abwassers ermöglicht und einen störungsfreien Betrieb der Umkehrosmoseanlage begünstigt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den sich anschließenden Unteransprüchen angegeben.
Das Verfahren nach Anspruch 1 dient zur Behandlung von Abwässern der Ölfrüchte- und Getreideverarbeitung und weist die folgenden Schritte auf:

a) Reinigen des Abwassers durch Abscheiden von Feststoffen und Öltröpfchen,
b) Aufkonzentrieren des im Schritt a) gereinigten Abwassers in einer Umkehrosmoseanlage, wobei das Abwasser im Schritt a) eine Mikroflotationsanlage durchläuft, die Gasblasen mit einem mittleren Durchmesser von 100 μm oder weniger erzeugt.

Derartige Mikroflotationsanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie bestehen im Wesentlichen aus einem Behälter oder Tank, in dessen unteren Bereich das Abwasser eingeleitet wird. Mit Hilfe spezieller Verfahren wird unter erhöhtem Druck ein Gas, beispielsweise Luft, in einer Flüssigkeit gelöst. Die Flüssigkeit besteht bevorzugt aus bereits gereinigtem Abwasser und kann dem Behälter oder Tank entnommen werden. Die Flüssigkeit mit dem gelösten Gas wird in einen unteren Bereich des Behälters eingeleitet, wo eine Druckentspannung stattfindet, bei der sich Gasblasen mit einer vergleichsweise homogenen Größenverteilung ausbilden. Die Blasen steigen in dem Behälter auf und lagern sich dabei an in dem Abwasser befindliche Verunreinigungen aller Art, insbesondere an Feststoffpartikel, aber auch an Öl- und Fetttröpfchen, an und führen diese an die Oberfläche des Abwassers. Dort werden die Verunreinigungen mit Hilfe einer geeigneten Räumvorrichtung entfernt.
Durch die Verwendung von Gasblasen mit einem mittleren Durchmesser von weniger als 100 μm können auch kleinste Verunreinigungen sehr wirksam entfernt werden. Es wird dadurch möglich, das durch die Mikroflotationsanlage gereinigte Abwasser im Wesentlichen ohne weitere Reinigungsschritte der Umkehrosmoseanlage zuzuführen. Insbesondere kann auf die Verwendung von Filterstufen ganz oder teilweise verzichtet werden. Eine aufwendige Wartung und Reinigung von Filterstufen kann entfallen. Die aus dem Stand der Technik bekannte Verwendung von Filterstufen ist wartungsaufwendig, weil in regelmäßigen Abständen eine Reinigung der Filter durchgeführt werden muss, beispielsweise durch Spülen der Anlage mit umgekehrter Durchflussrichtung. Derartige Reinigungsvorgänge stehen einem kontinuierlichen Betrieb der Anlage entgegen.
In einer Ausgestaltung liegt der mittlere Durchmesser der Gasblasen im Bereich von 20 μm bis 70 μm. Dabei ist mit dem mittleren Durchmesser der Schwerpunkt der Verteilung der Durchmesser der Gasblasen gemeint. Üblicherweise ist die Verteilung der Durchmesser ungefähr glockenförmig. Bevorzugt wird eine homogene Verteilung der Gasblasendurchmesser im Bereich von 30 μm bis 50 μm, und eine hohe Dichte identisch großer Gasblasen. Beispielsweise können 2 × 10¹⁰ Gasblasen pro Liter Flüssigkeit erzeugt werden. Der mittlere Durchmesser ist für die Reinigungswirkung der Mikroflotation von großer Bedeutung. Insbesondere kann die Reinigungswirkung durch eine Anpassung der Größe der Gasblasen an die Eigenschaften des zu reinigenden Abwassers optimiert werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der mittlere Durchmesser der Gasblasen bei der Mikroflotationsanlage eingestellt werden kann, um im Versuchswege eine optimale Anpassung der Blasengröße zu erzielen.
Gemäß einer Ausgestaltung weist das gereinigte Abwasser nach Durchlaufen der Mikroflutationsanlage einen Verblockungsindex von 5 min^–1 oder weniger auf. Der Verblockungsindex, englisch als silt density index (SDI) bezeichnet, ist eine wichtige Kenngröße für das Maß der im Abwasser vorhandenen Verunreinigungen. Gelegentlich wird er auch als Kolloidindex bezeichnet. Er gibt an, wie schnell sich eine Membran, die definierte Öffnungen aufweist, beim Durchströmen einer definierten Flüssigkeitsmenge durch die in der Flüssigkeit enthaltenen Verunreinigungen zusetzt. Der Verblockungsindex ist damit auch ein wichtiges Maß für die Eignung des Abwassers zur Aufkonzentration in einer Umkehrosmoseanlage. Die Bestimmung des Verblockungsindex erfolgt anhand eines in der ASTM-Norm D 4189 (American standard for testing material) definierten Testverfahrens. Bei einem Verblockungsindex von 5 min^–1 oder weniger ist ein weitgehend störungsfreier Betrieb einer Umkehrosmoseanlage möglich. Bevorzugt wird mit einem Verblockungsindex von 0–3 min^–1 gearbeitet, was einen störungsfreien Betrieb der Umkehrosmoseanlage auch über längere Zeiträume ermöglicht.
In einer Ausgestaltung wird das in Schritt a) gereinigte Abwasser nach Durchlaufen der Mikroflotationsanlage ohne Zwischenschaltung einer Nanofiltration und/oder einer Ultrafiltration und/oder einer Mikroflotation der Umkehrosmoseanlage zugeführt. Bevorzugt kann das gereinigte Abwasser ganz ohne Zwischenschaltung weiterer Reinigungsschritte der Umkehrosmoseanlage zugeführt werden. Dies ist durch die hohe Reinigungswirkung der Mikroflotation möglich, insbesondere kann auf eine sich an die Mikroflotation anschließende Filtration des Abwassers verzichtet werden. Diese Maßnahme trägt zu einem weitgehend wartungsfreien Betrieb der Anlage bei.
Gemäß einer Ausgestaltung durchläuft das Abwasser im Schritt a) nacheinander zwei Mikroflotationsanlagen. Durch eine zweimalige, aufeinanderfolgende Mikroflotation wird eine verbesserte Reinigungswirkung erzielt. Es ist dadurch möglich, auch bei stark verunreinigten Abwässern eine so vollständige Abscheidung der Verunreinigungen zu erzielen, dass das gereinigte Abwasser gegebenenfalls unmittelbar eine Umkehrosmoseanlage zugeführt werden kann.
In einer Ausgestaltung durchläuft das Abwasser im Schritt a) zwei Mikroflotationsanlagen parallel. Diese Verfahrensführung eignet sich insbesondere für weniger stark verunreinigte Abwässer, die bei einem einzigen Durchlaufen einer Mikroflotationsanlage ausreichend gereinigt werden können. Durch die parallele Anordnung zweier Mikroflotationsanlagen und eine entsprechende Aufteilung des Abwasserstroms auf die beiden Anlagen kann pro Zeiteinheit eine größere Menge des Abwassers gereinigt werden.
In einer Ausgestaltung durchläuft das Abwasser vor dem Durchlaufen der Mikroflotationsanlage einen Vorabscheider. Der Vorabscheider, häufig auch als Fettabscheider bezeichnet, dient insbesondere zum Abscheiden grober Verunreinigungen und großer Öltröpfchen. Er wird zweckmäßigerweise der Mikroflotation vorgeschaltet, um diese Verunreinigungen bereits frühzeitig aus dem Abwasserstrom zu entfernen.
In einer Ausgestaltung durchläuft das Abwasser vor dem Durchlaufen der Mikroflotationsanlage einen Rohrflockulator. Der Rohrflockulator besteht aus einem langen Rohr, das schlaufen- oder schlingenförmig wechselweise hin- und hergeführt ist. Das langsame Durchströmen des Rohrflockulators ermöglicht eine Koagulation der in dem Abwasser enthaltenen Verunreinigungen, was ein Abscheiden derselben vereinfacht.
In einer Ausgestaltung wird dem Abwasser vor dem Durchlaufen der Mikroflotationsanlage und/oder dem Rohrflockulator ein Flockungsmittel zugesetzt. Das Flockungsmittel fördert eine Koagulation der im Abwasser enthaltenen Verunreinigungen und erleichtert das nachfolgende Abscheiden der Verunreinigungen.
Die oben genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch die Abwasserreinigungsanlage zur Behandlung von Abwässern der Ölfrüchte- und Getreideverarbeitung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Abwasserreinigungsanlage sind in den sich anschließenden Unteransprüchen angegeben.
Die Abwasserreinigungsanlage hat eine Reinigungsstufe und eine an einen Ausgang der Reinigungsstufe angeschlossene Umkehrosmoseanlage, wobei die Reinigungsstufe einer Mikroflotationsanlage aufweist, die zur Erzeugung von Gasblasen mit einem mittleren Durchmesser von 100 μm oder weniger ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Abwasserreinigungsanlage ermöglicht insbesondere die Durchführung des vorstehend geschilderten Verfahrens. Sie ist insbesondere geeignet zur Behandlung von Abwässern der Olivenölproduktion.
In einer Ausgestaltung weist die Reinigungsstufe zwei Mikroflotationsanlagen auf, die so miteinander verbunden sind, dass sie von dem zu reinigenden Abwasser nacheinander durchlaufen werden. Bevorzugt ist eine Einrichtung vorhanden, mit der die beiden Mikroflotationsanlagen wahlweise so miteinander verbindbar sind, dass sie von dem zu reinigenden Abwasser parallel durchlaufen werden. Die Einrichtung erlaubt somit eine Umschaltung zwischen einem seriellen und parallelen Betrieb der beiden Mikroflotationsanlagen. Dadurch kann die Verfahrensführung mit der Abwasserreinigungsanlage insbesondere an die zu behandelnde Abwassermenge pro Zeiteinheit und an die erforderliche Reinigungswirkung angepasst werden.
In einer Ausgestaltung ist die Abwasserreinigungsanlage in einem Standardcontainer angeordnet. Der Container kann die standardisierten Abmessungen eines in der Seeschifffahrt gebräuchlichen 20- oder 40-Fuß-Containers aufweisen. Dadurch kann die Abwasserreinigungsanlage mit unterschiedlichen Transportmitteln einfach transportiert werden. Die Transportmöglichkeit begünstigt eine verbesserte Auslastung der Abwasserreinigungsanlage insbesondere mit Hinblick auf die Saisonabhängigkeit der Olivenölproduktion.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in zwei Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Blick in das Innere eines Containers von der Seite, in dem eine erfindungsgemäße Abwasserreinigungsanlage angeordnet ist;
2 einen Blick in den Container aus 1 von oben.
Die Abwasserreinigungsanlage des Ausführungsbeispiels ist in einem 40 Fuß Standardcontainer untergebracht, dessen Wandungen mit 10 bezeichnet sind. In dem Container in den Figuren links angeordnet befindet sich ein Schaltschrank 12, in dem die Steuerungstechnik für die Abwasserreinigungsanlage untergebracht ist.
Das zu reinigende Abwasser wird der Abwasserreinigungsanlage über eine nicht dargestellte Rohrleitung zugeführt, die mit der Eingangsseite des Vorabscheiders 14 verbunden ist. In dem Vorabscheider erfolgt eine wirksame Abscheidung insbesondere von größeren Öltröpfchen. Der Ausgang des Vorabscheiders 14 ist mit einem Rohrflockulator 16 verbunden. Der Rohrflockulator besteht aus einer langen Rohrleitung, die in übereinander angeordneten Bahnen schlingenförmig hin- und hergeführt ist. Im Ausführungsbeispiel sind zwei derartige Rohrflockulatoren 16 nebeneinander angeordnet.
Ausgangsseitig ist der Rohrflockulator 16 mit einer ersten Mikroflotationsanlage 18 verbunden. Die Mikroflotationsanlage weist einen zylindrischen, nach unten konisch zulaufenden Tank auf. Das Abwasser wird von dem Rohrflockulator 16 in einen unteren Bereich der ersten Mikroflotationsanlage 18 geleitet. Ebenfalls im unteren Bereich der Mikroflotationsanlage 18, ungefähr bei 20, werden innerhalb des Tanks Gasblasen mit einem mittleren Durchmesser von 100 μm oder weniger freigesetzt. Dies Gasblasen steigen innerhalb des Tanks nach oben, wobei sie sich an Feststoffe und Öltröpfchen anlagern und diese mit an die Oberfläche führen. Dort werden sie von einer bei 22 angedeuteten Räumvorrichtung entfernt und in einen Schlammbehälter 24 transportiert.
Das in der ersten Mikroflotationsanlage 18 gereinigte Abwasser wird dem Tank der ersten Mikroflotationsanlage 18 in einem unteren Bereich entnommen und in die zweite Mikroflotationsanlage 26 geleitet, wo eine weitere Reinigung erfolgt, deren. Ablauf demjenigen in der ersten Mikroflotationsanlage 18 entspricht.
Das in der zweiten Mikroflotationsanlage 26 gereinigte Abwasser wird dem Tank der zweiten Mikroflotationsanlage entnommen und unmittelbar einer Umkehrosmoseanlage 28 zugeführt. In der Umkehrosmoseanlage 28 erfolgt in bekannter Weise eine Aufkonzentration der im gereinigten Abwasser verbliebenen Verunreinigungen, wobei ein Teil des im Abwasser befindlichen Wassers entzogen wird. Die auf diese Weise behandelten Abwässer genügen allen umweltrechtlichen Anforderungen und können auf einfache Weise entsorgt oder wiederverwertet werden.
Die dem Abwasser entzogenen Reststoffe können auf unterschiedliche Weise einer weiteren Verwertung zugeführt werden. Die in den beiden Mikroflotationsanlagen abgeschiedenen Stoffe können insbesondere einer aeroben oder anaeroben Verwertung zugeführt werden, wobei insbesondere eine Erzeugung von Biogas möglich ist. Die aus der Umkehrosmoseanlage gewonnenen Polyphenole können gegebenenfalls nach einer weiteren Reinigung als wertvoller Rohstoff genutzt werden, beispielsweise in der pharmazeutischen Industrie. Das gewonnene Zentrat aus der Umkehrosmose kann je nach Qualität beispielsweise als Brauchwasser wiederverwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2005/123603 A1 [0003]
- WO 03/000601 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ASTM-Norm D 4189 [0011]

Claims

Verfahren zur Behandlung von Abwässern der Ölfrüchte- und Getreideverarbeitung mit den folgenden Schritten: a) Reinigen des Abwassers durch Abscheiden von Feststoffen und Öltröpfchen, b) Aufkonzentrieren des im Schritt a) gereinigten Abwassers in einer Umkehrosmoseanlage (28), dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser im Schritt a) eine Mikroflotationsanlage (18, 26) durchläuft, die Gasblasen mit einem mittleren Durchmesser von 100 μm oder weniger erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Durchmesser der Gasblasen im Bereich von 20 μm bis 70 μm liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gereinigte Abwasser nach Durchlaufen der Mikroflotationsanlage (18, 26) einen Verblockungsindex von 5 min ¹ oder weniger aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das im Schritt a) gereinigte Abwasser nach Durchlaufen der Mikroflotationsanlage (18, 26) ohne Zwischenschaltung einer Nanofiltration und/oder einer Ultrafiltration und/oder einer Mikroflotation der Umkehrosmoseanlage (28) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das im Schritt a) gereinigte Abwasser nach Durchlaufen der Mikroflotationsanlage (18, 26) ohne Zwischenschaltung weiterer Reinigungsschritte der Umkehrosmoseanlage (28) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser im Schritt a) nacheinander zwei Mikroflotationsanlagen (18, 26) durchläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser im Schritt a) zwei Mikroflotationsanlagen (18, 26) parallel durchläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser vor dem Durchlaufen der Mikroflotationsanlage (18, 26) einen Vorabscheider (14) durchläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser vor dem Durchlaufen der Mikroflotationsanlage (18, 26) einen Rohrflockulator (16) durchläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abwasser vor dem Durchlaufen der Mikroflotationsanlage (18, 26) und/oder dem Rohrflockulator (16) ein Flockungsmittel zugesetzt wird.
Abwasserreinigungsanlage zur Behandlung von Abwässern der Ölfrüchte- und Getreideverarbeitung mit einer Reinigungsstufe und einer an den Ausgang der Reinigungsstufe angeschlossenen Umkehrosmoseanlage (28), dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsstufe eine Mikroflotationsanlage (18, 26) aufweist, die zur Erzeugung von Gasblasen mit einem mittleren Durchmesser von 100 μm oder weniger ausgebildet ist.
Abwasserreinigungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroflotationsanlage (18, 26) zur Erzeugung von Gasblasen mit einem mittleren Durchmesser im Bereich von 20 μm bis 70 μm ausgebildet ist.
Abwasserreinigungsanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroflotationsanlage (18, 26) eine Einstelleinrichtung zur Einstellung des mittleren Durchmessers der Gasblasen aufweist.
Abwasserreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsstufe zwei Mikroflotationsanlagen (18, 26) aufweist, die so miteinander verbunden sind, dass sie von dem zu reinigenden Abwasser nacheinander durchlaufen werden.
Abwasserreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorhanden ist, mit der die beiden Mikroflotationsanlagen (18, 26) wahlweise so miteinander verbindbar sind, dass sie von dem zu reinigenden Abwasser parallel durchlaufen werden.
Abwasserreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Mikroflotationsanlage (18, 26) ein Vorabscheider (14) angeordnet ist.
Abwasserreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Mikroflotationsanlage (18, 26) ein Rohrflockulator (16) angeordnet ist.
Abwasserreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Zusetzen von Flockungsmittel vor dem Rohrflockulator (16) und/oder der Mikroflotationsanlage (18, 26) vorhanden ist.
Abwasserreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Standardcontainer (10) angeordnet ist.