In drei Schritten

Effiziente Abwasserreinigung in der Insulinproduktion

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23.05.2013 Die Produktion von Insulin mithilfe der Biotechnologie ist heutzutage Standard, führt jedoch zu einer hohen Belastung des Abwassers und ökologisch bedenklichen Abbauprodukten der verwendeten Tenside.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Wie Abwasserströme aus einer Produktion mit unterschiedlicher Belastung effizient gereinigt werden, zeigt die Kombination aus anaerober und aerober Stufe sowie einem Niedrig-Temperatur-Verdampfer.
  • Dazu gehört auch, dass die Produktionsabwässer in Teilströmen betrachtet, bewertet und anschließend mit der optimalen Anlagentechnik behandelt werden.
  • Das Konzept zur Abwasserbehandlung erfüllt zwei zentrale Anforderungen des Kunden: eine höchstmögliche Betriebssicherheit der gesamten Abwasserbehandlung und eine energieeffiziente Anlagentechnik.

Wie Abwasserströme aus einer Produktion mit unterschiedlicher Belastung effizient gereinigt werden, zeigt die Kombination aus anaerober und aerober Stufe sowie einem Niedrig-Temperatur-Verdampfer. Zentraler Punkt dieses Abwasserbehandlungs-
konzepts ist, dass die verschiedenen Abwasserströme zunächst einzeln identifiziert und charakterisiert werden und erst dann die individuelle Behandlung erfolgt.

Eines der Unternehmen in Europa, das unter anderem rekombinantes Insulin herstellt, ist Bioton S.A. im polnischen Macierzysz. Hier wurde Ende 2008 im Zuge einer Erweiterung der Produktionsstätte eine neue mehrstufige Abwasserreinigungs-
anlage in Betrieb genommen, die sich durch einen hohen Automatisierungsgrad auszeichnet. Die Abwasserbehandlungs-
anlage bietet eine maximale Verfügbarkeit bei hoher Betriebssicherheit. Darüber hinaus soll die Anlage möglichst energieeffizient und nachhaltig arbeiten.

Die bei Bioton installierten Anlagen reichen von aeroben und anaeroben Reaktoren über Niedrig-Temperatur-Verdampfer für einen ökologisch bedenklichen mit Tensiden belasteten Abwasserstrom aus der Insulinproduktion bis hin zu einem Inline-Detektionssystem zur Überprüfung der Toxizität einzelner Abwasserchargen.

Drei getrennte Reinigungsprozesse
Nach einer eingehenden Analyse des Insulin-Produktionsprozesses wurde nach einer individuellen Lösung gesucht. Die anfallenden Abwässer aus der Produktion werden als drei verschiedene Teilströme betrachtet und verschiedenen Reinigungsstufen zugeordnet. Dies hat den großen Vorteil, dass man die einzelnen Teilanlagen kompakter dimensionieren kann, als es bei einer undifferenzierten Behandlung der gesamten Abwässer notwendig wäre. Das verringert nicht nur den Aufwand bei der Anlagentechnik, sondern auch die Betriebskosten. Denn kleinere und besser charakterisierte Abwasserströme können zielgerichteter und damit effizienter behandelt werden. So ist es beispielsweise möglich, die mit schwer abbaubaren Tensiden belasteten Abwässer direkt am Entstehungsort separat zu behandeln, ohne sie mit anderen Abwässern zu mischen. Das erhöht die Betriebssicherheit der biologischen Reinigungsstufen und senkt deren Belastung. Auf der anderen Seite können niedrig belastete Sanitärabwässer direkt in eine aerobe Behandlungsstufe geleitet werden, ohne dass sie andere Stufen durchlaufen. Das spart hydraulische Kapazitäten. Bei den drei Teilströmen handelt es sich um:

  • hochbelastetes Abwasser aus der Produktion mit einer CSB-Konzentration von bis zu 40.000 mg/l,
  • einen Teilstrom mit schwer abbaubaren Tensiden und
  • schwach belastetes Abwasser aus dem Sanitärbereich.

Ausgelegt ist die neue Systemlösung zur Abwasserbehandlung für einen Abwasserstrom von maximal 600 m³/Tag.

Integriertes Sicherheitskonzept
Der erste Teil der neuen Sicherheitslösung besteht aus drei Misch- und Ausgleichsbehältern (MAB) für das hochbelastete Produktionsabwasser, die im Wechsel befüllt werden. Das Volumen beträgt jeweils 240 m³ und entspricht der Abwassermenge, die in einem Zeitraum von 24 h in der Produktion anfällt. In den Misch- und Ausgleichsbehältern werden kontinuierlich der pH-Wert und die Temperatur gemessen. Beim zweiten Teil handelt es sich um eine permanente Kontrolle der biologischen Abbaubarkeit und der Toxizität des Abwassers im gerade befüllten MAB. Diese Messungen initiieren unterschiedliche Abläufe: Ist das Abwasser nicht biologisch abbaubar, erfolgt das Weiterleiten zum Verdampfer. Genauso wird auch das mit schwer abbaubaren Tensiden belastete Abwasser behandelt. Handelt es sich hingegen nur um geringe Mengen mit nicht biologisch abbaubaren Abwasser, wird es ebenfalls direkt in die aerobe Stufe geleitet.

Zeigen die Messungen dagegen nur eine erhöhte Toxizität für anaerobe Bakterien, erfolgt die weitere Behandlung des Abwassers im Belebungsbecken der aeroben Stufe; gemeinsam mit den Sanitärabwässern. Für hochbelastete Abwässer, die nicht toxisch für die Bakterien in der anaeroben Stufe sind, erfolgt ein direktes Einleiten in den anaeroben Reaktor, um Biogas zu erzeugen. Nach der anaeroben Behandlung wird das Abwasser ebenfalls in der aeroben Stufe weiterbehandelt.

Die dritte Stufe des Sicherheitskonzepts für das hochbelastete Abwasser aus der Produktion ist die redundant aufgebaute anaerobe Stufe. Sie besteht aus zwei Linien, die völlig unabhängig voneinander arbeiten. Jede von ihnen beinhaltet einen Biomar ASB Methanreaktor sowie eine umfangreiche Messtechnik.

Eindampfen schwer abbaubarer Tenside
Ein Abwasserstrom aus der Insulinproduktion bei Bioton beinhaltet neben hohen CSB- und BSB5 -Werten auch nichtionische Tenside, die gesundheitsschädlich sind und deren Abbauprodukte ökologisch bedenklich sind. Sie werden daher direkt zum Verdampfer geführt. Hier sind als Redundanz ebenfalls zwei Linien parallel installiert. In der Anlage zur Vakuum-Destillation wird das Abwasser zunächst bis zur Löslichkeit der Stoffe aufkonzentriert und dann zum Abscheider weitergeleitet. Parallel dazu wird zum Optimieren des Energieverbrauches das im Verdampfungsprozess entstehende Destillat in Kombination mit einem Wärmeübertrager zum Vorwärmen des einlaufenden Abwassers genutzt.

Die nächsten Schritte sind das Entkeimen des Destillats bei einer Dampftemperatur von über 120 °C und einem Druck von rund
600 mbar sowie das Weiterleiten zum Belebungsbecken der aeroben Stufe. Das bei der Verdampfung entstehende Konzentrat wird später als Sondermüll entsorgt.

Die CSB-Bilanzen des anaeroben und aeroben biologischen Abbaus zeigen, dass die Kombination von beiden die CSB-Fracht zu fast 100% reduziert. Hierbei wird zunächst über ein anaerobes Verfahren der größte Teil an BSB5 und CSB abgebaut; der Rest dann im aeroben Reaktor umgewandelt, indem zusätzlich Luft (Sauerstoff) eingetragen wird. Hinzu kommt, dass der Energiebedarf beim anaeroben Verfahren mit bis zu 0,1 kWh/kg CSB nur etwa ein Zehntel des Energiebedarfs der aeroben Variante beträgt. Darüber hinaus ist der Schlammanfall deutlich geringer.

Mit dem an beiden anaeroben Reaktoren eingebauten Detektionssystem hat der Betreiber die Möglichkeit, den Abbauvorgang innerhalb der verschiedenen Zonen des Reaktors inline zu messen und zu dokumentieren. Das gereinigte Abwasser wird im Ablaufsystem gesammelt und anschließend zur aeroben Abwasserbehandlungsanlage Biomar OSB geleitet. Die typischen abgebauten Frachten in diesen Schlammbettreaktoren liegen im Bereich von rund 3.000 kg CSB/m³/Tag. Das aus der Flüssigphase des Abwassers entstehende Biogas wird im oberen Bereich des Reaktors aufgefangen, durch einen Kondensatabscheider geleitet und kann schließlich nach entsprechendem Aufbereiten in das Erdgasnetz eingespeist werden. Bei voller Last erreicht die Anlage Biogasmengen von bis zu 1.000 m³/Tag, was die Energiebilanz der Anlage weiter verbessert.

Fazit: Das Konzept zur Abwasserbehandlung erfüllt zwei zentrale Anforderungen des Kunden: Eine höchstmögliche Betriebssicherheit der gesamten Abwasserbehandlung und eine energieeffiziente Anlagentechnik. Dazu gehört auch, dass die Produktionsabwässer in Teilströmen betrachtet, bewertet und anschließend mit der optimalen Anlagentechnik behandelt werden.

 

 

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Heftausgabe: Mai 2013
Dr. Peter Stipp, freier Fachjournalist

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Dr. Peter Stipp, freier Fachjournalist
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