Rückgewinnung organischer Abfälle aus Abwässern aus der Lebensmittelindustrie und der Industrie

• 1. Einführung in organische Lebensmittel- und Industrieabfälle
• 2. Merkmale verwertbarer organischer Abfälle
• 3. Verfahren zur Verwertung organischer Abfälle
• 4. Zusammenfassung

1. Einleitung zu organischen Lebensmittel- und Industrieabfällen

Ein erheblicher Teil der von der Lebensmittelindustrie verwendeten Rohstoffe geht in den Abwässern verloren, die bei den Produktionsprozessen anfallen.

Dies ist in zahlreichen Bereichen der Fall, beispielsweise in Konservenfabriken, Obst- und Gemüseverarbeitungsbetrieben, der Fischindustrie, Schlachthöfen, Molkereien oder bei Herstellern von Fertiggerichten.

Eine gut konzipierte Wasseraufbereitungsanlage ermöglicht die Rückgewinnung dieser Nebenprodukte, die in der Tierfütterung, bei der Herstellung funktioneller Inhaltsstoffe, bei der Biogasproduktion oder bei der Düngemittelherstellung eingesetzt werden können.

Folglich kann die Rückgewinnung von Zellstoff, Fasern und Proteinen aus Abwässern der Lebensmittelindustrie als Umweltverbesserung und als Chance zur Kostensenkung, zur Ressourcenoptimierung und zur Verbesserung der Nachhaltigkeit des industriellen Prozesses betrachtet werden.

Organische Abfälle entstehen hauptsächlich beim Waschen, Schälen, Pressen, Zerlegen, Kochen, Blanchieren und Reinigen der Anlagen. Dieses Prozesswasser enthält Anteile an Fruchtfleisch, Pflanzenfasern, Proteinen, Fetten und löslichen Zuckern, die – sofern sie nicht zurückgewonnen werden – die Schadstoffbelastung des Abwassers erheblich erhöhen.

Die Verfahren, bei denen die meisten verwertbaren Rohstoffe mit dem Wasser ausgewaschen werden, sind solche, die einen hydraulischen Transport, eine Nasszerkleinerung oder intensive Waschvorgänge beinhalten. In diesen Fällen enthalten die Abwässer erhebliche Mengen an Pflanzenzellstoff, Fasern oder Proteinen, die durch Siebung, Flotation oder mechanische Trennung zurückgewonnen werden können.

In jeder Branche gelangen unterschiedliche Mengen an Rohstoffen in das Abwasser:

1. Sehr hoher Luftwiderstand:

• Papierindustrie. Enthält feine Zellulosefasern, die mit dem Prozesswasser mitgerissen werden.
• Stärkeindustrie (Kartoffeln, Mais usw.). Reich an Ballaststoffen, Stärke und pflanzlichen Proteinen.
• Verarbeitung von Obst und Gemüse. Entfernt Fruchtfleisch, Schalen und Pflanzenfasern.

2. Hoher Luftwiderstand:

• Schlachthöfe. Proteine (Blut, Muskelstücke, Gewebe).
• Fischindustrie. Lösliche Proteine und Muskelfasern.

3. Mittlerer Schlepp:

Milchindustrie. Fette, in Waschwasser lösliche Proteine und CIP-Systeme.

Die Einführung von Systemen zur Rückgewinnung von Rohstoffen und Nebenprodukten verbessert die Nachhaltigkeit des industriellen Prozesses, fördert die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und stärkt die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen im Rahmen eines Kreislaufwirtschaftsmodells.

2. Merkmale verwertbarer organischer Abfälle

Die in diesen Abwässern enthaltenen Rückstände weisen folgende Eigenschaften auf:

• Hohe Konzentrationen an organischer Substanz und hohe biologische Abbaubarkeit.
• Typische CSB-Werte zwischen 2.000 und 20.000 mg/l.
• BSB₅ zwischen 1.500 und 12.000 mg/l.
• Schwebstoffe zwischen 500 und 8.000 mg/l, je nach Sektor.
• In der Fleisch- und Fischindustrie fallen zudem hohe Konzentrationen an Fetten (200–3.000 mg/L) und organischem Stickstoff auf.
• Bei Obst und Säften überwiegen Zucker und Ballaststoffe, wobei der pH-Wert häufig im sauren Bereich liegt. Im Milchsektor spielen Laktose, lösliche Proteine und emulgierte Fette eine wichtige Rolle.

In der folgenden Tabelle sind die typischen Analysedaten der verwertbaren Abfälle nach Sektoren aufgeführt:

Industrie/Prozesse	Abfälle	CSB (mg/l)	BSB (mg/l)	TSS (mg/l)	FOG (mg/l)
Verarbeitung von Obst und Gemüse ( Waschen, Schälen, Blanchieren, Pürieren, Schneiden und Reinigen).	Fruchtfleisch. Pflanzenfasern, lösliche Zucker, Stärke.	2.000–10.000	1.500–6.000	500–5000
Fleischverarbeitungsbetriebe und Schlachthöfe ( Entbluten, Brühung, Zerlegung, Garen, Reinigung und CIP).	Blut, Fette, Proteine, Gewebe und Kollagen.	5.000–20.000	3.000–12.000	1.000–8.000	200–3.000
Milchprodukte ( Käseabtropfen, Milchverluste, Lackierung und Reinigung).	Laktose, Proteine (Kasein, Molke), Milchfette. Gelöste Feststoffe.	2.000–15.000	1.500–10.000	200–1.000	100–1.500
Fischverarbeitung ( Ausnehmen, Filetieren, Garen, Waschen).	Proteine, Öle, Fischfragmente, Schuppen	4.000–15.000	2.500–10.000	200–1.500	300–2.500

Auch wenn die Konzentrationen an verwertbaren Stoffen in der Regel zwischen 0,1 % und 2 % liegen, stellen diese Prozentsätze bei großen industriellen Durchflussmengen doch erhebliche Mengen an verwertbaren Stoffen dar.

Eine angemessene analytische Charakterisierung (CSB, BSB₅, TSS, Fette, Stickstoff und Phosphor) ist von entscheidender Bedeutung für die Konzeption selektiver Rückgewinnungssysteme, mit denen sich die Schadstoffbelastung reduzieren und wirtschaftlich wertvolle Ressourcen bereits vor der biologischen Behandlung verwerten lassen.

3. Verfahren zur Verwertung organischer Abfälle

Die Rückgewinnung von Zellstoff, Fasern, Proteinen und Fetten erfolgt mithilfe physikalischer, physikalisch-chemischer und fortschrittlicher Trenntechnologien, die in der Regel vor der biologischen Behandlung zum Einsatz kommen. Die Wahl hängt von der Beschaffenheit der Rückstände (partikulär, kolloidal oder gelöst), ihrer Konzentration und der vorgesehenen Verwendung des Nebenprodukts ab.

Ein üblicher Behandlungsablauf besteht im Wesentlichen aus den folgenden Schritten:

3.1.Vorbehandlung

Technologien wie das Sieben (0,25–1 mm) und Rechen (grob und fein) werden zur Rückgewinnung von Pflanzenpulpe, Fasern, Fleischresten und groben Feststoffen eingesetzt. Es handelt sich um kostengünstige Verfahren, die einfach in der Handhabung sind.

3.2. Physikalisch-chemische Behandlung

• Klärung: Wird zur Abscheidung von sedimentierbaren und schwimmenden Feststoffen eingesetzt, vor allem in der pflanzlichen Industrie und in einigen Bereichen der Fleischverarbeitung, wie beispielsweise bei der Rückgewinnung von Fetten und Proteinen in Schlachthöfen sowie bei der Abscheidung feiner Feststoffe in der Milch- und Fischindustrie.
• Koagulation – Flockung: Häufig werden Koagulierungsmittel (Eisensalze, Aluminium) und Polymere (Polyelektrolyte) eingesetzt, um Kolloide zu destabilisieren und abtrennbare Flocken zu bilden.
• Flotation mit gelöstem Luft (DAF): Dies ist eine der am häufigsten eingesetzten Technologien in der Lebensmittelindustrie. Die Trennleistung dieses Verfahrens ist deutlich höher als die von Absetzbecken (90–95 %), und der anfallende Schlamm weist wesentlich höhere Konzentrationen auf (3–4 %).

3.3. Konzentration der Rückstände

Die getrennt gesammelten Abfälle liegen in halbfestem Zustand vor, was ihre Handhabung erschwert, und nehmen ein beträchtliches Volumen ein, weshalb ein Konzentrations- oder Entwässerungsverfahren erforderlich ist. Die am häufigsten verwendeten Verfahren sind:

• Zentrifugation: Hier werden Feststoffe mittels Zentrifugalkraft abgetrennt . Diese Verfahren weisen einen relativ hohen Energieverbrauch auf, zeichnen sich jedoch durch hohe Effizienz und kompakte Bauweise aus. Sie werden üblicherweise zur Fettabscheidung, zur Proteinkonzentration und zur Rückgewinnung feiner Feststoffe eingesetzt.
• Filterpressen: Hierbei handelt es sich um Anlagen, die aus Platten mit Filtergeweben bestehen und den Schlamm mithilfe elektrohydraulischer Aggregate hohem Druck aussetzen und durch Filtration entwässern. Der Trockengehalt ist hoch (30–40 % Trockensubstanz), der Energieaufwand ist moderat, und sie werden häufig zur Verwertung von Abfällen eingesetzt.

3.4. Spezialtechnologien

Befinden sich die zurückzugewinnenden Stoffe in gelöster Form oder lassen sie sich nur schwer abtrennen, kommen Systeme mit höherer Trennleistung zum Einsatz.

• Membrantrennung, wobei es sich um Mikrofiltration (MF) zum Zurückhalten sehr kleiner Feststoffe und Bakterien, um Ultrafiltration (UF) zur Rückgewinnung von Proteinen und Makromolekülen (häufig bei Molke eingesetzt) Nanofiltration (NF) oder Umkehrosmose (RO) zur Konzentration gelöster Stoffe und zur Wasserwiederverwendung. Sie werden aufgrund ihrer hohen Selektivität und zur Gewinnung hochwertiger Konzentratströme eingesetzt.
• Thermische Verfahren wie Vakuumverdampfung, Kristallisation oder thermische Trocknung, die zum Einsatz kommen, wenn feste Nebenprodukte wie Eiweißmehle oder Konzentrate gewonnen werden sollen. Sie sind energieintensiv und werden in der Regel nach einer vorangegangenen Konzentrationsstufe angewendet.

Mithilfe von Verwertungstechnologien lässt sich ein Abfallstrom in eine Quelle für Sekundärrohstoffe umwandeln.

Die Kombination aus einer anfänglichen mechanischen Abscheidung, Flotation mit gelöstem Luft und – falls erforderlich – Membrantechnologien ist in der Regel die effizienteste Lösung, um die Rückgewinnung zu maximieren und die Belastung der biologischen Abwasserbehandlung zu minimieren.

4. Zusammenfassung

Die in der Lebensmittelindustrie – Obst- und Gemüseverarbeitung, Fleisch-, Milch-, Fisch- und Getränkeindustrie – anfallenden Abwässer enthalten wertvolle organische Bestandteile, die bei Vorgängen wie Waschen, Schälen, Pressen, Zerlegen, Kochen und Reinigen ins Wasser gelangen. Diese Abwasserströme weisen hohe Konzentrationen an organischen Stoffen (CSB in der Regel zwischen 2.000 und 20.000 mg/l), Schwebstoffen, Fetten und Proteinen auf, die eine hohe biologische Abbaubarkeit aufweisen.

Obwohl die prozentualen Anteile an Zellstoff, Fasern, Proteinen oder Fetten in der Regel relativ gering sind (in der Größenordnung von Zehntel- bis zu wenigen Prozentpunkten), führt die hohe industrielle Durchflussmenge dazu, dass die insgesamt rückgewinnbare Menge beträchtlich ist. Daher ist die analytische Charakterisierung (CSB, BSB₅, Feststoffe, Fette, Stickstoff, Phosphor sowie lösliche/partikuläre Fraktion) unerlässlich, um die Rückgewinnungsstrategie festzulegen.

Durch den Einsatz physikalischer (Sieben, Filtration, Dekantierung, Flotation mit gelöster Luft), physikalisch-chemischer oder membranbasierter Trennverfahren lassen sich verwertbare Fraktionen bereits vor der biologischen Behandlung zurückgewinnen, was zudem zu einer deutlichen Verringerung der Reaktorgröße, des Energieverbrauchs und der Schlammproduktion führt.

Die Rückgewinnung organischer Abfälle aus Abwässern ist ein zentraler Bestandteil eines Kreislaufwirtschaftsmodells. Diese Abwässer enthalten wertvolle Bestandteile wie Zellstoff, Pflanzenfasern, Fette und Proteine, die abgetrennt und wieder in die Produktionskette zurückgeführt oder als Nebenprodukte verwertet werden können.

Literaturverzeichnis und Quellenangaben

Europäische Modelle zur Bewirtschaftung und Verwertung von Lebensmittelabfällen – Abfallwirtschaftsunternehmen

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