Abwasserbehandlung in der Lebensmittelverarbeitung: Methoden, Technologien und Lösungen | Branchenleitfaden

Überblick

Die Lebensmittelindustrie nutzt landwirtschaftliche, tierische, aquatische und forstwirtschaftliche Produkte als Rohstoffe zur Herstellung von Gütern des täglichen Lebens. Sie ist eine der größten industriellen Umweltverschmutzungsquellen Chinas. Die Industrie erzeugt erhebliche Mengen an Abwasser, vorwiegend hochkonzentrierte organische Abwässer.

 

Primäre Abwasserquellen

Abwasser aus der Lebensmittelverarbeitung stammt aus drei wichtigen Produktionsphasen:

 

1. Rohstoffreinigung
2. Produktionsabwicklung
3. Produktformung

 

Wichtige Schadstoffe im Abwasser

• Schwimmende Feststoffe: Gemüseblätter, Obstschalen, Fleischreste, Federn usw.
• Schwebstoffe: Fette, Proteine, Stärke, kolloidale Stoffe.
• Gelöste Verbindungen: Säuren, Laugen, Salze, Zucker.
• Sedimente und organische Stoffe: Bodenpartikel und organische Rückstände aus Rohstoffen.
• Krankheitserreger: Schädliche Bakterien und Viren.

 

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Eigenschaften

1. Variable Durchflussraten

• Die Spanne reicht von kleinen Haushaltsbetrieben bis zu großen Fabriken, mit erheblichen Unterschieden bei Rohstoffen, Verfahren und Größenordnungen.

 

2. Hohe organische Belastung

• Erhöhte Konzentrationen an organischen Stoffen, Schwebstoffen (SS) und Fetten, die zu schneller Zersetzung neigen.

 

3. Saisonale Schwankungen

• Die Wasserqualität und -quantität variieren je nach Produktionssaison.

 

4. Hohe biologische Abbaubarkeit

• Das Abwasser stammt aus natürlichen organischen Materialien, ist ungiftig und leicht biologisch abbaubar, mit einer BSB₅/CSB₅-Verhältnis bis zu 0,84.

 

5. Nährstoffreich

• Enthält übermäßig viel Stickstoff (N) und Phosphor (P), was möglicherweise zu Eutrophierung führt.

 

6. Große Mengen

• Ein erheblicher Wasserverbrauch führt zu einem hohen Abwasserausstoß.

 

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Konventionelle Behandlungsmethoden

Ⅰ Physikalische Behandlungsmethoden

Bei der physikalischen Behandlung wird die Zusammensetzung des Abwassers durch physikalische Prozesse verändert. Zu den gängigen Methoden gehören:

• Screening
• Abschöpfen
• Ausgleich
• Sedimentation
• Flotation
• Zentrifugation
• Filtration
• Mikrofiltration

Die ersten fünf Methoden werden typischerweise zur Vorbehandlung oder Primärbehandlung verwendet, während die letzten drei in der fortgeschrittenen Behandlung angewendet werden.

1. Abschöpfen (Ölentfernung)

Abwässer aus der Lebensmittelverarbeitung enthalten oft hohe Konzentrationen vonFette, Öle und Fette (FOG), die vor der biologischen Behandlung entfernt werden müssen, um Folgendes zu verhindern:

• Verstopfungen in Rohren, Pumpen und Geräten.
• Negative Auswirkungen auf die Effizienz der biologischen Behandlung.
• Wirtschaftliche Verluste (gewonnenes Öl kann wiederverwendet werden).

 

Ölarten im Abwasser:

• Frei schwebendes Öl (entfernt von Öl-Wasser-Trenner, >90 % Effizienz).
• Emulgiertes Öl(erfordert chemische Koagulation oder Druckentspannungsflotation).

 

Designüberlegungen:

• Ölfallen können integriert werden mit Ausgleichsbecken oder Vorklärbeckenum Platz und Kosten zu sparen.
• Kleine Systeme können kompakte Öl-Wasser-Trenner.

 

2. Filtration (erweiterte Behandlung)

Für TertiärbehandlungZu den gängigen Methoden gehören:

• Sandfilter(langsame oder schnelle Filtration, typische Filtrationsrate: 8–12 m/h).
• Mehrfach-MedienfilterS(verbesserte SS- und Feinpartikelentfernung).

 

3. Screening (Vorbehandlung)

Durch das Sieben werden grobe Schwebstoffe entfernt, um die nachgeschaltete Ausrüstung zu schützen.

 

Gängige Screening-Ausrüstung:

• Barsiebe(für große Trümmer).
• Rotationstrommelsiebe / Vibrationssiebe(Maschenweite: 10–40).

 

4. Sedimentation

Wird zum Entfernen von:

• Anorganische Feststoffe(über Sandfänge).
• Organische Feststoffe(über Vorklärbecken).
• Biologische Schlammtrennung(über Nachklärbecken).

 

Arten von Absetzbecken:

• Horizontaler Durchfluss(rechteckig).
• Vertikale Strömung(kreisförmig).
• Radiale Strömung(Rundstrahl mit Mitteleinspeisung).
• Schrägplatten-/Rohrklärer(verbesserte Effizienz).

 

Schlüsselparameter:

• Haftzeit: 1,5–2,0 Stunden.
• Sandfängesollte platziert werden nach Bildschirmenum organische Ablagerungen zu vermeiden.
• Belüftete Sandfängehelfen, organische Ablagerungen zu verhindern.

 

5. Ausgleich (Fluss- und Lastausgleich)

Erforderlich für Abwasser mit hoher Variabilität in Durchfluss und Zusammensetzung.

 

Designkriterien:

• Speicherdauer: 6–24 Stunden (typischerweise 6–12 Stunden).
• Tankinhalt: 15 %–50 % des täglichen Durchflusses.

 

6. Flotation (Entfernung von emulgiertem Öl und SS)

Wirksam zum Entfernen von:

• Emulgierte Öle
• Tenside
• Feine Schwebstoffe

 

Flotationsverfahren:

• Druckentspannungsflotation(DAF) (am häufigsten).
• Vakuumflotation.
• Diffuse Luftflotation.

 

Leistung und Optimierung:

• Hinzufügen Koagulantien (z. B. Alaun, PAC)verbessert die Entfernungseffizienz.
• Typische Abtragsraten:
• >90 % Öle
• 40 %–80 % BSB₅ und SS
• Hormonersatztherapie: ~30 Minuten.

Ⅱ Chemische Behandlungsmethoden

Bei der chemischen Behandlung werden Schadstoffe durch chemische Reaktionen in harmlose Substanzen oder Formen umgewandelt, die sich leicht vom Wasser trennen lassen. Zu den wichtigsten Methoden gehören:

 

1. Oxidation-Reduktion (Redox)

• Wandelt gelöste anorganische/organische Schadstoffe um in weniger toxische oder unlösliche Formen.
• Gängige Oxidationsmittel: Chlor, Ozon (O₃), Wasserstoffperoxid (H₂O₂), Fentons Reagenz.
• Anwendungen:
• Entfernung von Sulfide, Phenole, Farbstoffe.
• Nachbehandlung für feuerfeste organische Substanz.

 

2. Koagulation-Flockung

• Wird zum Entfernen kolloidaler Partikel (Proteine, Polysaccharide) und feiner SS verwendet.

 

• Prozessablauf:

① Koagulansdosierung(z. B. Alaun, Eisenchlorid, PAC).

② Schnelles Mischen(destabilisiert Kolloide).

③ Langsames Mischen(bildet größere Flocken).

④ Sedimentation oder Flotation(Flocken entfernen).

 

• Typische Koagulantien:
• Aluminiumsulfat (Alaun): Wirksam bei einem pH-Wert von 6–7.
• Eisenchlorid (FeCl₃): Funktioniert in breiteren pH-Bereichen.
• Polyaluminiumchlorid (PAC): Hoher Wirkungsgrad, geringe Schlammproduktion.

 

• Optimierung: Glastests zur Bestimmung optimale Dosierung und pH-Wert (normalerweise 6–9).

 

3. Ionenaustausch

• Entfernt Schwermetalle (z. B. Cu²⁺, Zn²⁺) und Ammonium (NH₄⁺) durch Harzaustausch.
• Regeneration erforderlich mit Säure-/Basen- oder NaCl-Lösungen.

 

4. Membrantrennung

• Ultrafiltration (UF) / Umkehrosmose (RO)für erweiterte Wiederverwendung.
• Entfernt gelöste Salze, organische Stoffe und Krankheitserreger.

 

 

Ⅲ Biologische Behandlungsmethoden

Biologische Prozesse sind Kernzum Abbau organischer Schadstoffe (CSB/BSB) in Lebensmittelabwässern.

 

1. Aerobe Behandlung

Verwendet sauerstoffabhängige Mikroorganismen.

 

Schwebende Wachstumssysteme (Belebtschlamm)

• Konventioneller Belebtschlamm (CAS): HRT 6–12 h, MLSS 2.000–4.000 mg/l.
• SBR (Sequenzierender Batch-Reaktor): Zyklische Phasen (Füllen-Belüften-Absetzen-Absaugen), flexibel für saisonalen Betrieb.
• Oxidationsgraben: Niedrige Energie, hohe Nitrifikation.

 

Anhaftende Wachstumssysteme (Biofilm)

• Bewegtbett-Biofilmreaktor (MBBR): Kunststoffträger (z. B. K1) mit HRT 4–8h.
• Tropfkörper: Wenig Energie, aber anfällig für Verstopfungen.

 

2. Anaerobe Behandlung

Ideal für hochkonzentriertes Abwasser(CSB > 2.000 mg/l).

 

Hauptvorteile:

• Niedriger Energieverbrauch(keine Belüftung erforderlich).
• Biogasproduktion(CH₄ zur Energierückgewinnung).
• Weniger Schlamm(20 % der aeroben Systeme).

 

Technologien:

• UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket): HRT 6–24 h, CSB-Entfernung 70–90 %.
• IC-Reaktor: Kompakt, hohe Belastungstoleranz.
• Anaerobe Faulbehälter: Zur Schlammstabilisierung.

 

3. Kombinierte Systeme

• Anaerob + Aerob: UASB, gefolgt von MBBR für eine vollständige Behandlung.
• Stabilisierungsteiche: Kostengünstig, aber flächenintensiv.