Überwachung organischer Stoffe für ein nachhaltiges Abwasser­management in Molkereien

Ein derart rasantes Wachstum stellt höhere Anforderungen, sowohl an die Wasserressourcen als auch an die Abwasserbehandlung. Die Herstellung von Milch, Käse und Molke ist äußerst wasserintensiv und erfordert Wasser zum Erhitzen, Kühlen, Sterilisieren und Reinigen. Schätzungen zufolge benötigen viele Molkereien pro 1 m³ produzierter Milch bis zu 10 m³ Wasser (European Dairy Association), was die lebenswichtigen Wasserressourcen zusätzlich belastet.

Der hohe Wasserverbrauch bei der Milchverarbeitung führt zudem zu erheblichen Abwassermengen. Laut MDPI werden etwa 74 % des in der Milchverarbeitung verwendeten Wassers als Abwasser in den Wasserkreislauf zurückgeführt. Abwasser aus der Milchverarbeitung kann hohe Konzentrationen an Laktose, Proteinen sowie Fetten, Ölen und Schmierstoffen (FOG) enthalten, was zu einer hohen organischen Belastung beiträgt. Diese kann Abwasserbehandlungsanlagen erheblich belasten. Wird der Prozess nicht effizient gesteuert, kann dies zudem negative Auswirkungen auf die aufnehmenden Gewässer und aquatischen Ökosysteme haben.

Die Rolle der Überwachung der Abwasserqualität

Steigende kommunale Abwassergebühren und strengere Einleitungsstandards bedeuten, dass ein effizientes Abwassermanagement in der Milchverarbeitung sowohl für die Nachhaltigkeit als auch für die Prozessoptimierung von entscheidender Bedeutung ist. Auch wenn die gesetzlichen Bestimmungen weltweit variieren mögen, wird von Milchverarbeitungsbetrieben erwartet, dass sie ihre Umweltbelastung minimieren und Maßnahmen ergreifen, die dazu beitragen, den Gesamtwasserverbrauch zu senken und natürliche Gewässer zu schützen.

Viele Molkereibetriebe nutzen betriebsinterne Kläranlagen, um die Abwasserqualität vor der Einleitung zu verbessern. Aufgrund der hohen und schwankenden organischen Belastungen, die mit der milchwirtschaftlichen Produktion einhergehen, können Überwachungsparameter wie der chemische Sauerstoffbedarf (CSB), der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB), der gesamte organische Kohlenstoff (TOC) und die Gesamtmenge an Schwebstoffen (TSS) wichtige Einblicke in den Zustand des Abwassers und die Leistungsfähigkeit der Kläranlage liefern. Zusammen können diese Messungen Molkereibetrieben dabei helfen, mehrere wichtige ökologische und betriebliche Ziele zu erreichen:

• Verhinderung von Umweltschäden

  Organische Stoffe im Wasser können übermäßiges mikrobielles und Algenwachstum verursachen, was zu Sauerstoffmangel führt und Gewässer für Fische und andere Wassertiere unbewohnbar macht. Messungen wie CSB und BSB liefern Aufschluss über die organische Belastung und den damit verbundenen Sauerstoffbedarf und helfen den Betreibern, die Reinigungsleistung zu bewerten, bevor das gereinigte Abwasser in die aufnehmenden Gewässer eingeleitet wird.

• Unterstützung bei der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften

  Behörden legen Grenzwerte für Abwassereinleitungen fest, die je nach örtlichen Genehmigungen und Vorschriften Anforderungen an CSB, BSB und TSS umfassen können. Die Überwachung relevanter Wasserqualitätsmesswerte während des gesamten Klärprozesses und der endgültigen Einleitung hilft Betreibern, die Abwasserqualität an geltende Einleitungsvorschriften anzupassen.

• Aufrechterhaltung der Klärleistung und Systemstabilität

  Hohe und schwankende organische Belastungen können Abwasserbehandlungssysteme überlasten und zu großflächigen Prozessstörungen führen. Die Verfolgung von Veränderungen bei CSB, BSB und TOC liefert Einblicke in die organische Belastung und hilft Betreibern, die Prozessstabilität aufrechtzuerhalten und die Behandlungsleistung zu optimieren.

• Reduzierung von Ausfallzeiten und Wartungsaufwand

  Fette und Öle können sich in Rohrleitungen und Behandlungsanlagen ansammeln, und auch Schwebstoffe können zu Betriebs- und Wartungsproblemen beitragen. Die Überwachung der Schwebstoffe (TSS) liefert Einblicke in deren Konzentration und hilft Betreibern, problematische Zustände zu erkennen und so die Reinigungseffizienz und Anlagenleistung zu sichern.

• Unterstützung der Wasserrückgewinnung

  Eine effiziente Abwasserbehandlung kann die Wiederverwendung von aufbereitetem Wasser für geeignete Nicht-Trinkwasseranwendungen unterstützen, wie beispielsweise Reinigung, Heizung und Kühlung. Die Überwachung relevanter Wasserqualitätsparameter während des gesamten Behandlungsprozesses kann Betreibern dabei helfen, die Behandlungsleistung zu bewerten und festzustellen, ob das aufbereitete Wasser die geltenden Qualitätsanforderungen für die beabsichtigte Nutzung erfüllt. Initiativen zur Wasserwiederverwendung können den Frischwasserverbrauch senken und gleichzeitig zur Erhaltung natürlicher Ressourcen beitragen.

Umfassende Lösungen für die Überwachung organischer Stoffe

Eine effiziente Abwasserbehandlung in der Milchwirtschaft erfordert Überwachungstechnologien, die mit den sich ändernden Produktionsbedingungen Schritt halten und gleichzeitig bei minimalem betrieblichem Aufwand zuverlässige Daten liefern. Da sich die organische Belastung während Produktumstellungen und in Reinigungszyklen rasch ändern kann, reichen regelmäßige Probenahmen allein möglicherweise nicht aus, um kurzzeitige, die Reinigungsleistung beeinträchtigende Schwankungen zu erfassen. Eine Echtzeitüberwachung der Wasserqualität kann zwischen den Laborproben zusätzliche Einblicke liefern und Betreibern dabei helfen, sich ändernde Bedingungen sofort zu erkennen und Prozesse anhand fundierter Informationen anzupassen.

UV-Vis-Technologie für die Echtzeitüberwachung

Die UV-Vis-Spektrometrie ermöglicht durch die gleichzeitige Messung mehrerer Parameter einen Echtzeiteinblick in die Abwasserqualität. Spektrometersonden liefern ein umfassenderes Bild der sich ändernden Bedingungen und ergänzen gleichzeitig regelmäßige Laboranalysen.

Bei der Auswahl der Überwachungstechnologie sollten Molkereibetriebe zudem die Messstabilität, Flexibilität bei der Installation sowie den Wartungsaufwand berücksichtigen. Werksseitig vorkalibrierte Geräte können die Inbetriebnahme vereinfachen, während Installationsoptionen vor Ort und mit Durchflusszellen unterschiedlichen Klärkonfigurationen gerecht werden. Technologien ohne Verbrauchsmaterialien oder bewegliche Teile können zudem den laufenden Wartungsaufwand und die damit verbundenen Betriebskosten senken.

Lösungen wie der Badger Meter spectro::lyser V3 Industrial ATEX und die i::scan Spektralphotometer-Sonde nutzen die UV-Vis-Spektrometrie zur Überwachung von CSB, BSB, TOC und TSS in Abwasseranwendungen. Konfigurierbare Messfunktionen ermöglichen die Anpassung der Überwachung an spezifische Aufbereitungsanforderungen und Betriebsbedingungen.

Vernetzung von Wasserqualitätsdaten mit Überwachungssoftware

Echtzeitmessungen gewinnen noch mehr an Wert, wenn sie mit Kommunikationstechnologie, Überwachungssoftware und Analyseplattformen verknüpft werden. Durch die Zentralisierung und Visualisierung dieser Daten können Betreiber Trends im Zeitverlauf bewerten und nachvollziehen, wie sich die Abwasserbedingungen auf Produktionspläne, Produktwechsel und Reinigungszyklen auswirken.

Innerhalb des BlueEdge^® Portfolios kombinieren Technologien wie das con::cube V3 IoT Terminal und die Wasserqualitätssoftware moni::tool Wasserqualitätsmessungen mit Funktionen zur Datenverwaltung und Visualisierung. Gemeinsam helfen diese Technologien Betreibern, Echtzeitdaten und historische Informationen auszuwerten, die Prozesssteuerung zu verbessern und fundiertere betriebliche Entscheidungen zu treffen.

Erfolgsgeschichte zur Echtzeitüberwachung von Abwasser

In einem großen Molkereibetrieb trugen Produktverluste während Reinigungszyklen und Wartungsarbeiten zu erhöhten Kosten und CSB-Spitzen im Abwasser bei. Geringfügige Änderungen der Prozessbedingungen oder menschliches Versagen konnten unbeabsichtigt dazu führen, dass wertvolle Rohstoffe in den Abwasserstrom gelangten, was zu Verlusten führte und die organische Belastung erhöhte.

Mithilfe des spectro::lyser Industrial ATEX und der Wasserqualitätssoftware moni::tool verschaffte sich die Anlage einen Echtzeitüberblick über die Abwasserströme und konnte anomale Veränderungen im Zusammenhang mit Produktverlusten identifizieren. Die Ereigniserkennung half den Betreibern, schnell zu reagieren, die Ursachen für übermäßigen Abfall zu lokalisieren und die Abläufe zu optimieren.

Infolgedessen reduzierte die Anlage Produktverluste und Betriebskosten und verbesserte gleichzeitig ihre Fähigkeit, die CSB-Werte zu steuern und die Einhaltung der Einleitungsvorschriften zu gewährleisten. Die Anwendung veranschaulicht, wie eine echtzeittaugliche Mess- und Überwachungssoftware Abwasserdaten in nutzbare Erkenntnisse umwandeln kann, die das Abwassermanagement und die betriebliche Effizienz unterstützen.

Den Weg zu einer nachhaltigen Zukunft ebnen

Während die weltweite Nachfrage nach Milchprodukten weiter wächst, setzen verschärfte Umweltvorschriften, zunehmende Wasserknappheit und steigende Betriebskosten die Verarbeiter verstärkt unter Druck, Abwasser effizient zu verwalten und lebenswichtige Wasserressourcen zu schützen.

Echtzeitüberwachung, vernetzte Daten und Analysen können Molkereiunternehmen dabei helfen, sich verändernde Aufbereitungsbedingungen besser zu verstehen, die Leistung zu bewerten, die Prozesssteuerung zu verbessern, die Kosten in den Griff zu bekommen und Möglichkeiten zur Wasserwiederverwendung zu identifizieren.

Badger Meter unterstützt diesen Ansatz mit Lösungen zur Überwachung der Wasserqualität, Kommunikationstechnologie und Software, die Echtzeitdaten und historische Informationen in verwertbare Erkenntnisse verwandeln. Durch die Kombination zuverlässiger Messungen mit vernetzten Daten können Molkereiunternehmen fundiertere Entscheidungen treffen und effizientere, resiliente und nachhaltige Abwasseraufbereitungsanlagen aufbauen.