DE4131925A1

DE4131925A1 - Verfahren zur entsaeuerung von abwaessern

Info

Publication number: DE4131925A1
Application number: DE19914131925
Authority: DE
Inventors: Elfriede Dipl Chem Lange; Dagmar Rettig; Hans-Peter Dipl Ing Ullrich
Original assignee: OBST GEMUESEVERARB FORSCH
Current assignee: LANGE, ELFRIEDE, DIPL.-CHEM., 39126 MAGDEBURG, DE
Priority date: 1990-10-09
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 1992-06-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entsäuerung von Abwässern, die in der Landwirtschaft und in der Lebensmit telindustrie, insbesondere in der obst- und gemüsever arbeitenden Industrie und in Molkereien anfallen.

In zahlreichen industriellen Verfahren gehen durch die ver schiedenen Verarbeitungstechnologien von Naturprodukten wasserdampfflüchtige organische Säuren in die Abwässer ein, die die Umwelt erheblich übersäuern.

Hauptsächlich betrifft das die Abwässer, die bei der Fruchtsaft- bzw. Fruchtmarkkonzentratherstellung anfallen, wie Brüdenkondensate und Permeate, die Äpfelsäure, Citronensäure, Milchsäure, Oxalsäure, Aromen und Farbstoffe enthalten, aber auch die milchsäurehaltigen Abwässer der Molkereien und landwirtschaftlichen Verarbeitungsbetriebe. Zur Zeit ist noch nicht bekannt, wie diese Säuren aus den Abwässern entfernt werden können.

Diese Abwässer belasten die Umwelt erheblich. Das Hauptabwasserproblem wurde bisher in dem mit organischen Substanzen verunreinigten Abwasser gesehen. Der Übersäuerung der Umwelt durch die oben genannten Verursacher wurde bislang keine große Beachtung geschenkt.

Der Fachliteratur ist aus diesem Grund auch nur zu entneh men, daß eine Einleitung derartiger Abwässer problemlos in biologische Kläranlagen erfolgen kann, da die Säuren vor wiegend organischen Ursprungs sind. Bei Direkteinleitung in öffentliche Kanalnetze ist gegebenenfalls zu neutralisieren (Zeitschrift: "Flüssiges Obst" 1984, Heft 11, S. 581 ff.).

In der DE 20 18 455 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten mit Ionenaustauschern beschrieben, die zum Enthärten und/oder Entsalzen Anwendung finden.

Die OS-DE 23 61 388 befaßt sich mit einem Verfahren zur Reinigung von wäßrigen Flüssigkeiten, die durch Kondensation von Dämpfen enstehen, welche von einem Extrakt pflanzlicher Stoffe (Kaffee, Tee, Zichorie) abgegeben werden. Diese wäßrigen Flüssigkeiten werden zuerst mit einem Anionenaustauscherharz und dann mit einem Kationenaustauscherharz behandelt. Dabei wird der Hauptanteil der Aromabestandteile zurückgewonnen. Die Regenerierung der Austauscherharze erfolgt mit Hilfe einer wäßrigen Sodalösung oder Natriumhydroxidlösung für den Anionenaustauscher und mit verdünnter Salzsäure für den Kationenaustauscher.

Bei Anwendung dieser beiden Lösungen findet keine Entsäue rung der Abwässer statt. Dagegen besteht das Problem der Entsorgung der alkalischen bzw. sauren Regenerierungs lösungen. Einfache Neutralisation mit Alkalien verbietet sich wegen der sich bildenden Salze, die dann ihrerseits entsorgt werden müßten.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, saure Abwässer so aufzubereiten, daß sie bedenkenlos ins Abwasser geleitet werden können, gleichzeitig sollen die entzogenen Frucht säuren in der Lebensmittelindustrie verwertbar sein.

Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, daß sowohl die anfallenden Abwässer der Lebensmittelindustrie, insbesondere der obst- und gemüseverarbeitenden Industrie, die der Milchwirtschaft als auch die der Landwirtschaft durch Überleiten über polare Adsorber entsorgt werden kön nen. Durch die polaren Adsorber werden die Fruchtsäuren, wie Äpfelsäure, Citronensäure, Milchsäure, Oxalsäure abgetrennt.

Die zu behandelnden Abwässer werden mittels hydrostatischem Eigengewicht, durch Förderpumpen über die Adsorberkolonnen auf- oder absteigend geleitet oder die Dämpfe aufsteigend durch die Adsorberkolonnen unter Vakuum gesaugt.

Entsprechend des Säuregehaltes und der Menge des anfallenden Abwassers pro Zeiteinheit, sowie der Kapazität des Adsorbers ist das Volumen der Adsorberbehälter auszulegen.

Wenn vom Hersteller nicht angegeben, ist die Adsorberkapazität nach folgender Formel zu ermitteln:

K_Ad - Adsorberkapazität
C_s - Säurekonzentration des Abwassers in Val/l
V_Abw - Flüssigkeitsvolumen bis zum Durchbruch in l
V_Ad - Adsorbervolumen für Vorversuche vorzugsweise 0,01 l

Für die Auslegung der technologisch relevanten Adsorberkolonne muß die Verdampfungsleistung der Konzentratanlage berücksichtigt werden.

V_Koll - Volumen der Adsorberkolonne in l
L_Verd - Verdampfungsleistung der Konzentratanlage in l/h
t_reg - Regenerationszykluszeit in h

Meßtechnisch wird die Sättigung und damit der Durchbruch der Adsorberkolonnen mit ph-Elektrodensonden oder Durch flußleitfähigkeitszellen ermittelt und das jeweilige Fließ mittel gesteuert.

Die Regeneration der polaren Adsorber bzw. die Elution der organischen Säuren und anderen und issoziierten Stoffe von den Adsorbern erfolgt mit organischen Lösungsmitteln, wie Methanol, Ethanol, Aceton, Diclycoldimethylether und einer günstigen Elutionsrate ohne weitere Regenerationsschritte (z. B. mit Laugen), praktisch quantitativ in den betriebsbereiten Zustand des Adsorberharzes. Es wurde ermittelt, daß je nach Qualität der Eluate unterschied liche Einsatzmöglichkeiten für diese gegeben sind:

1. schwach aromatisch, saure alkoholische Lösungen
- Säuerungsmittel in Fruchtsaft-, Spirituosen- und Aromaindustrie,
2. saure, aromahaltige alkoholische Lösungen
- Säuerungs- und Aromatisierungsmittel zur Produktion von Marmeladen, Fruchtzubereitungen, Säften, Fruchtsaftlikören, natürlichen Essenzen,
3. farbstoffhaltige, saure, aromatische, alkoholische Lösungen
- Zuschlagstoffe für Fruchtsaftkonzentrate, Limonaden, natürliche Essenzen.

Die Erfindung wird anhand nachfolgender Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1 Flüssigadsorbtion mit Brüdenkondensat

Bei der Fruchtsaftkonzentration fällt neben Saftkonzentrat nach Passieren eines Kondensators Brüdenkondensat an, welches in einem Zwischenbehälter aufgefangen wird.

In einem diskontinuierlichem Prozeß wird

a) das Brüdenkondensat mittels Pumpe wechselseitig durch die Adsorberkolonne gepumpt. Die in stark verdünnter Form enthaltenen wasserdampfflüchtigen Säuren werden vom Adsorber gebunden und angereichert.
Das Eluat, entsorgtes Wasser, passiert die Meßzellen (pH-Durchflußmeßzelle oder Durchflußleitfähigkeitsmeß zelle) und verläßt als vorflutfähiges Abwasser die Anlage.

Bei Überschreiten der eingestellten Grenzwerte für pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfolgt

b) durch Umschalten des Durchflusses die Abtrennung und Elution der am Adsorber gebundenen Säuren mittels Durchspülen derselben mit organischen Lösungsmitteln, vorzugsweise Ethanol. Eine konzentrierte saure, alkoho lische Lösung verläßt die Anlage und kann in der Lebens mittel- oder Getränkeindustrie Verwendung finden.

Beispiel 2 Flüssigadsorbtion nach separater Aromagewinnung

Einige Fruchtsaftkonzentratanlagen beinhalten einen separa ten Aromarückgewinnungs- und -konzentrierungsteil. Diese Anlage verläßt das Lutterwasser, welches wasserdampfflüch tige Säuren und ein geringes Restaroma enthält.

Hier kann die Entsorgung des Lutterwassers, ausgehend vom Zwischenbehälter wie in Beispiel 1 erfolgen.

Die Anlage verläßt destilliertes Wasser bzw. vorflutfähiges Abwasser und eine alkoholische Säurelösung.

Beispiel 3 Gasadsorbtion aus dem Brüden

Wird bei der Fruchtsaftkonzentratanlage aus energetischen Gründen nach Verdampfer und Abscheider der Kondensator eingespart, kann die Entsorgung des Brüdens erfolgen.

Veraussetzung dafür ist, daß das anliegende Vakuum so hoch ist, daß die Temperatur des Brüdens nicht mehr als 50°C beträgt, und daß der Brüden aufsteigend durch den Adsorber gesaugt wird. Der anschließend kondensierte, entsorgte Brüden passiert die Meßzelle, von der aus bei Überschreiten der eingestellten Grenzwerte für pH-Wert bzw. Leitfähigkeit auf Lösungsmittelelution umgeschaltet wird.

Die Regeneration des Adsorbers kann wieder absteigend mittels Pumpe erfolgen. Hierbei verläßt ebenfalls wie im Beispiel 1 eine konzentrierte, saure alkoholische Lösung die Anlage.

Beispiel 4 Entsorgung des Permeats aus der Fruchtsaftkonzentrierung mittels Umkehrosmose

Bei der Fruchtsaftkonzentrierung mittels Umkehrosmose gelangen je nach eingesetzter Membram mehr oder weniger niedermolekulare Substanzen in das Permeat und damit in das Abwasser. Da diese Art der Konzentrierung an sich ein diskontinuierlicher Prozeß ist, kann die ebenfalls diskontinuierlich arbeitende Entsorgung des Permeates mittels Adsorber nachgeschaltet werden.

Der Druck, mit welchem das Permeat die Umkehrosmose-Anlage verläßt, genügt, die Adsorberkolonnen zu durchströmen.

Die Adsorbervolumina sind so auszulegen, daß ihre Kapazität nach beendeter Saftkonzentrierung erschöpft ist. Die Anlage verläßt entweder destilliertes Wasser oder vorflutfähiges Abwasser.

Anschließend werden die Adsorber mit organischen Lösungs mitteln, vorzugsweise Ethanol, regeneriert, wobei die Elu tion mittels pumpe erfolgt. Eine chargenabhängige, konzen trierte saure alkoholische Lösung verläßt die Anlage und kann dem Fruchtsaftkonzentrat wieder zugesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Entsäuerung von Abwässern, die in der Landwirtschaft und in der Lebensmittelindustrie, insbeson dere in der obst- und gemüseverarbeitenden Industrie und in Molkereien anfallen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwässer über Adsorberkolonnen, die mit polaren Adsorbern gefüllt sind, geleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß saure organische Verbindungen an polaren Adsorbern gebunden werden, wobei die Anlagerung bis zur Sättigung des Adsorbers im Temperaturbereich von 10°C bis 80°C und unter Vakuum oder Normaldruck bis 7 bar erfolgen kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die angereicherten organischen Säuren mittels Ethanol oder mittels eines anderen geeigneten organischen Lösungs mittels, wie Methanol, Aceton oder Diglykoldimethylether eluiert werden.