Die Kartoffel ist eines der am häufigsten konsumierten Grundnahrungsmittel weltweit. Bei der industriellen Verarbeitung ist das Waschen ein besonders wichtiger Schritt. Pro Kilo Kartoffeln sind 2 bis 3 Liter Wasser nötig, um die Kartoffeln zu säubern. Dabei mischt sich auch Kartoffelstärke in das Abwasser.
Entfernung von Stärke aus Kartoffelwaschwasser und Behandlung des verbleibenden Abwassers
Verfahrensschritte zur Entfernung von Stärke aus Kartoffelwaschwasser
Die Entfernung von Stärke aus Kartoffelwaschwasser ist ein wichtiger Schritt in der kartoffelverarbeitenden Industrie. Das dabei zum Einsatz kommende Verfahren dient nicht nur der Rückgewinnung wertvoller Stärke, sondern gewährleistet auch die ordnungsgemäße Entsorgung des Abwassers. Das Verfahren umfasst in der Regel die folgenden Schritte:
1. Siebung: Das Kartoffelwaschwasser enthält große Feststoffpartikel wie Schalen und andere Verunreinigungen. In einem Vorsiebverfahren entfernt ein rotierendes Trommelsieb oder ein Vibrationssieb diese Feststoffe. Dieser Schritt trägt dazu bei, die Belastung nachfolgender Behandlungsprozesse zu verringern.
2. Sedimentation/Absetzung: Das gesiebte Wasser fließt in einen Absetzbehälter. Dort wird es für eine bestimmte Zeit gehalten, damit sich die Stärke aufgrund der Schwerkraft am Boden absetzen kann. Die abgesetzte Stärke bildet eine dichte Aufschlämmung, die dann gesammelt und zur weiteren Verarbeitung oder Entsorgung weitergeleitet wird. Das verbleibende Wasser – der so genannte Überstand – ist noch reich an gelöster Stärke. Eine weitere Behandlung ist daher unbedingt notwendig.
3. Hydrozyklon-Trennung: Der Überstand wird durch Hydrozyklone geleitet, die durch Zentrifugalkräfte die Entfernung von Stärke bewirkt. Das Wasser bewegt sich spiralförmig innerhalb des Hydrozyklons. Die schwereren Stärkepartikel bewegen sich zur Außenwand und dann zum Boden, wo sie aufgefangen werden. Das geklärte Wasser fließt oben ab.
4. Druckentspannungsflotation (DAF): Dieses Verfahren übersättigt das Abwasser mit Luft. Gelangt das Abwasser in den Flotationsreaktor, löst sich die Luft wieder aus dem Abwasser heraus. Die freigesetzte Luft bildet winzige Bläschen, die sich an die verbleibenden Stärkepartikel anlagern und sie an die Oberfläche treiben. Ein Abschöpfmechanismus führt zur Entfernung von Stärke, während das behandelte Wasser abgeleitet wird.
Eigenschaften des Abwassers nach der Entfernung von Stärke
Die Eigenschaften des Abwassers aus der Kartoffelverarbeitung variieren nach der Entfernung von Stärke. Dies hängt von den spezifischen Verfahren und der Effizienz des Stärkerückgewinnungssystems ab. Typische Konzentrationen im Abwasser sind:
1. Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB): Der CSB ist ein Maß für die Menge an Sauerstoff, die benötigt wird, um die organischen Stoffe im Abwasser chemisch zu oxidieren. Nach der Entfernung von Stärke weist das verbleibende Abwasser in der Regel eine CSB-Konzentration von 1.500 bis 6.000 mg/l auf, wobei die Werte je nach Verfahren variieren.
2. Biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB): Der BSB ist ein Maß für die Menge an Sauerstoff, die von den Mikroorganismen benötigt wird, um die organischen Stoffe im Abwasser biologisch abzubauen. Die BSB-Werte für Abwasser aus der Kartoffelverarbeitung nach der Stärketrennung liegen in der Regel zwischen 500 und 3.000 mg/l.
3. Gesamtschwebstoffe (TSS): TSS bezieht sich auf die Masse der, im Abwasser suspendierten, festen Partikel. Nach der Stärkeabscheidung liegen die TSS-Konzentrationen zwischen 200 und 2.000 mg/l.
4. Stickstoff: Stickstoff ist ein wesentlicher Nährstoff für das Wachstum von Pflanzen und Mikroorganismen und ist im Abwasser als organischer Stickstoff, Ammoniak und Nitrat/Nitrit vorhanden. Die Gesamtstickstoffkonzentration im Abwasser der Kartoffelverarbeitung nach der Entfernung von Stärke liegt zwischen 50 und 250 mg/l.
5. Phosphor: Wie Stickstoff ist auch Phosphor ein wesentlicher Nährstoff für das Wachstum von Pflanzen und Mikroorganismen. Phosphor ist im Abwasser als Orthophosphat oder Polyphosphat vorhanden. Die Gesamtphosphorkonzentration im Abwasser der Kartoffelverarbeitung nach der Stärketrennung liegt zwischen 10 und 100 mg/l.
Diese Werte sind Näherungswerte und variieren je nach Kartoffelsorte, Effizienz des Stärkerückgewinnungssystems und den eingesetzten Verfahren. Es ist wichtig zu beachten, dass diese Konzentrationen immer noch hoch sind. Eine weitere Behandlung ist erforderlich, bevor das Abwasser in die Umwelt eingeleitet oder für andere Zwecke wiederverwendet werden kann.
Wie sich die Effizienz der Entfernung von Stärke auf die Zusammensetzung des Abwassers auswirkt
Die Effizienz des Stärkeabtrennungsprozesses wirkt sich direkt auf die Zusammensetzung des Abwassers aus. Ein effizienteres System zur Entfernung von Stärke gewinnt einen größeren Anteil der Stärke aus dem Kartoffelwaschwasser zurück. Dadurch wird die Belastung des Abwassers mit organischen Stoffen und Schwebstoffen verringert. Ein weniger effizientes System führt zu höheren Konzentrationen von Stärke und anderen Stoffen im Abwasser. Dies wirkt sich auf die nachfolgenden Behandlungsprozesse und die Umwelt aus. Hier erfahren Sie, wie die Effizienz der Stärkeabtrennung die Zusammensetzung des Abwassers beeinflusst:
1. Gehalt an organischen Stoffen: Ein höherer Stärkeabscheidegrad verringert die Menge an organischen Stoffen im Abwasser, gemessen an Parametern wie dem chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) und dem biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB). Diese Verringerung der organischen Belastung steigert die Effizienz der nachfolgenden Abwasserbehandlungsprozesse. Zudem wird das Potenzial für Sauerstoffverarmung in den aufnehmenden Gewässern verringert, wenn das behandelte Abwasser eingeleitet wird.
2. Schwebende Feststoffe: Eine effiziente Entfernung von Stärke verringert auch die Konzentration der Gesamtschwebstoffe (TSS) im Abwasser. Geringere TSS-Werte erleichtern die nachfolgenden Behandlungsprozesse wie Sedimentation und biologische Behandlung.
3. Nährstoffgehalt: Die Effizienz der Stärkeabscheidung wirkt sich auch auf die Konzentrationen von Nährstoffen wie Stickstoff und Phosphor im Abwasser aus. Die Hauptquelle für diese Nährstoffe sind zwar die Kartoffelzellen und andere organische Stoffe, doch tragen Stärkereste im Abwasser zu höheren Nährstoffkonzentrationen bei. Eine effiziente Stärkeabtrennung senkt die Nährstoffkonzentrationen. Dies erleichtert die Einhaltung der Einleitungsvorschriften und minimiert die Gefahr der Eutrophierung der aufnehmenden Gewässer.
4. Anforderungen an die Behandlung: Ein effizienteres System zur Entfernung von Stärke führt zu einer geringeren organischen Belastung und zu geringeren Konzentrationen von Schwebstoffen und Nährstoffen im Abwasser. Durch die Verringerung steigt die Effizienz nachfolgender Aufbereitungsprozesse. Dadurch sind weniger Energie, Chemikalien und Ressourcen für die Aufbereitung erforderlich. In einigen Fällen eignen sich sogar einfachere und kostengünstigere Behandlungsmethoden.
Die Effizienz des Stärkeabtrennungsprozesses spielt eine entscheidende Rolle bei der Zusammensetzung des Abwassers. Ein effizienteres System führt zu einer geringeren Schadstoffkonzentration, was die Abwasseraufbereitung erleichtert und die Umweltauswirkungen der kartoffelverarbeitenden Industrie minimiert.
Behandlung des verbleibenden Abwassers
Das beste Ergebnis zur Behandlung des verbleibenden Abwassers erzielt eine Kombination aus physikalischen, chemischen und biologischen Behandlungsverfahren:
1. Primäre Behandlung: Dieses Verfahren umfasst Sedimentations- und Flotationsverfahren zur Entfernung von Schwebstoffen und einigen organischen Stoffen.
2. Sekundäre Behandlung: Sie umfasst biologische Verfahren wie Belebtschlamm, Tropfkörper oder rotierende, biologische Tauchkörper. FBR (Festbettreaktor) ist eine der wirksamsten und zuverlässigsten Formen der biologischen Behandlung. Mikroorganismen bauen die organische Substanz im Abwasser ab und reduzieren so die BSB- und CSB-Werte. Der Prozess kann auch die Zugabe von Koagulierungsmitteln wie Alaun oder Eisenchlorid beinhalten, um die Ausfällung von Phosphor zu erleichtern.
3. Tertiäre Behandlung: Dieser Schritt entfernt Stickstoff und senkt den Phosphorgehalt. Dabei kommen Verfahren wie Nitrifikation-Denitrifikation oder eine verbesserte biologische Phosphorentfernung (EBPR) zum Einsatz. Eine zusätzliche Filtration wie Sand- oder Membranfiltration eignet sich ebenso zur Entfernung feiner Schwebstoffe.
4. Desinfektion: Chlorierung, UV-Bestrahlung oder Ozon desinfizieren das behandelte Abwasser, um verbleibende Krankheitserreger vor der Einleitung in die Umwelt abzutöten.
Das gereinigte Abwasser kann dann gefahrlos in Flüsse, Seen oder andere Gewässer eingeleitet werden, ohne die Umwelt zu schädigen. In einigen Fällen eignet es sich auch für die Bewässerung oder für die Wiederverwendung als Kühlwasser.
