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Die anaerobe Behandlung von Brauereiabwasser ist ein be-währtes und energieeffizientes Verfahren. Ein niedriger Energie-verbrauch, kleine Reaktor-Auf-stellflächen, geringer Chemikali-enverbrauch und der Wegfall von Schlammbehandlungskosten sind Vorteile dieser Technik ge-genüber aeroben Alternativen.Des Weiteren wird durch die an-aerobe Abwasserbehandlung Biogas erzeugt, welches in der Brauerei als erneuerbare Ener-giequelle genutzt werden kann, um einen Teil der fossilen Ener-gieträger zu ersetzen. In diesem Artikel werden drei Fallbeispiele von Brauereien aus verschiede-nen Erdteilen beschrieben, die sich für anaerobe Hochleistungs-technologie als Abwasserbe-handlungsverfahren entschieden haben.

Biologische Behandlung von Brauereiabwasser

In Brauereien fallen ca. 2–6 hl Abwasser pro hl produziertem

Bier an. Der Chemische Sauer-stoffbedarf (CSB) des Abwas-sers schwankt zwischen 2.000 und 6.000 mg/L mit einem BSB (Biochemischer Sauerstoffbe-darf)/CSB-Verhältnis von 0,5-0,7. Der CSB besteht überwiegend aus leicht abbaubaren organi-schen Verbindungen wie Zucker, Ethanol und löslicher Stärke. Auf-grund der guten biologischen Ab-baubarkeit sind biologische Ver-fahren (anaerob und aerob) die bevorzugten Behandlungsme-thoden für Brauereiabwasser.In aeroben Verfahren werden or-ganische Stoffe durch aerobe Bakterien bei Anwesenheit von Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert. Der Energiebe-darf in einer aeroben Anlage ist typischerweise 0,7 bis 1 kWh/kg CSB und die Raumbelastung va-riiert zwischen 0,5–2,0 kg CSB/(m³*d). In der anaeroben Be-handlung werden organische Stoffe in einem sauerstofffreien

Anaerobe Vorbehandlung von Abwässern mit hohen CSB-Frachten

Biogasgewinnungaus Brauereiabwasser

Brauereiabwasser eignet sich aufgrund sei-ner Zusammensetzung sehr gut für biolo-gische Abwasserbehandlungsverfahren. Durch den Einsatz von anaerober Hochlast-technologie, wie z. B. dem Biobed®-Reaktor, werden 70 % bis 85 % der gesamten CSB-Fracht effizient aus dem Abwasser entfernt und in energiereiches Biogas umgewandelt. Das erzeugte Biogas kann im Kessel der Brauerei zur Gewinnung thermischer Ener-gie oder in einem separaten BHKW zur kom-binierten Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie genutzt werden. Die in diesem Artikel beschriebenen Anwendungs-beispiele für Biobed®-Technologie aus Por-tugal, Lettland und den USA erreichen einen durchschnittlichen Abbau des gesamten CSB um 75 % bis 80 %.

Abbildung 7: Biobed®-EGSB-Reaktoren in der Anheuser-Busch-Brauerei, Merrimack, USA.

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COVER

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WASSER-/ABWASSERTECHNIK

Milieu durch anaerobe Bakteri-en zu Methangas reduziert. Ver-glichen mit aerober Behandlung ist der Energiebedarf anaerober Verfahren um den Faktor 10 ge-ringer und schwankt zwischen 0,07–0,1 kWh/kg CSB. Raum-belastungen bis zu 25 kg CSB/(m³*d) ermöglichen deutlich klei-nere Reaktorvolumen. Anae-rob erzeugte Biomasse kann als Impfschlamm für schnelle Inbe-triebnahmen von neuen anae-roben Anlagen verkauft werden, somit fallen verglichen mit aero-bem Schlamm keine bedeuten-den Kosten für die Schlamment-sorgung an.Häufig werden für die Brauerei-abwasserbehandlung anaerobe und aerobe Behandlung kombi-niert. Als Erstes wird auf einer kleinen Aufstellfläche der Groß-

Fakten über Biogas- und Energiegewinnung aus Brauereiabwasser:

Aus Brauereiabwasser können in einem Anaerobreaktor typi- •scherweise 0,4–0,5 Nm3 Biogas pro kg abgebauten CSB er-zeugt werden.Biogas aus Brauereien enthält 70–85 % CH • 4, 15–30 % CO2 und geringste Mengen H2S.1 Nm • 3 CH4 hat einen Energiegehalt von 35 MJ.Aus Brauereiabwasser mit einer durchschnittlichen CSB-Kon- •zentration von 4.000 mg/L können somit 39 MJ gewonnen wer-den.

Abbildung 1 (oben): Auf-bau eines Biobed®-EGSB-Reaktors.Abbildung 2 (links): Der anaerobe Biobed®-EGSB-Reaktor der Unicer-Brauerei behandelt bis zu 19,8 t CSB und 12,6 t BSB pro Tag.

anaeroben Abwasserbehandlung kann erreicht werden, wenn das erzeugte Biogas im Kessel der Brauerei oder einem Blockheiz-kraftwerk (BHKW) genutzt wird. Ob eine Nutzung des Biogases direkt im Kessel oder separat in einem BHKW die wirtschaftliche-re Variante ist, muss im Einzel-fall geprüft werden. Ein BHKW zeichnet sich dadurch aus, dass sowohl elektrische Energie als auch Wärme erzeugt werden. In Deutschland wird die Vergütung des in einem BHKW erzeug-ten Stroms durch die gesetzlich festgeschriebene Einspeisever-gütung gefördert. Dadurch kann sich die Investition in ein BHKW schneller rechnen als in Ländern, in denen eine entsprechende Förderung nicht erfolgt. In Brau-ereien bietet sich meist eine Nut-zung des Biogases im Kessel an, da somit keine Investitionskosten für ein BHKW sowie die etwas aufwendigere Gasreinigung für Nutzung des Biogases in einem BHKW anfallen. Durch Einsatz

des Biogases im Kessel können konventionelle Brennstoffe teil-weise ersetzt und entsprechen-de Kosteneinsparungen realisiert werden.Vor dem Hintergrund sich ver-knappender fossiler Energieträ-ger kann die anaerobe Abwas-serreinigung in jedem Fall einen Beitrag dazu leisten, eine Brau-erei unabhängiger von externen Energielieferanten zu machen und den Brauprozess nachhalti-ger zu gestalten.

Biobed®-EGSB-Technik

Unter den anaeroben Prozessen nehmen die kompakten Hoch-lasttechnologien mit granularer Biomasse wie UASB-, EGSB- und IC-Reaktoren eine führen-de Position ein. Biothane, als Teil von Veolia Water Solutions & Technologies (VWS), hat weltweit mehr als 100 UASB(Mittellast)- und EGSB(Hochlast)-Systeme in Brauereien installiert.Abbildung 1 zeigt den Aufbau eines typischen Biobed®-EGSB-Reaktors von Biothane. Bevor das Abwasser in den Biobed®-Reaktor eingeleitet wird, erfolgt in einem Konditionierungstank eine Optimierung der Abwasser-parameter für die anaerobe Be-handlung. Die Parameter pH und Temperatur werden eingestellt und es können bei Bedarf Spu-rennährstoffe dosiert werden. Nach der Konditionierung wird das Abwasser in den Biobed®-Reaktor gepumpt und durch ein spezielles Einlaufsystem gleich-mäßig über den Reaktorboden verteilt. Das Abwasser strömt durch ein dichtes Bett anaero-ber granularer Biomasse, die ty-pischerweise aus sich selbst bil-denden pelletförmigen Körnern mit einem Durchmesser von 2–4 mm besteht. Der sogenannte Pelletschlamm wird durch eine hohe Absetzgeschwindigkeit von >50 m/h und eine Dichte von 40–80 kg TS/m³ charakterisiert. Am oberen Ende des Reaktors wer-den Biomasse, erzeugtes Biogas und gereinigtes Abwasser in ei-nem Drei-Phasen-Abscheider voneinander getrennt.Das gereinigte Abwasser wird über den Konditionierungstank abgeleitet, wobei ein Teil des Ab-laufstroms mit dem Zulauf ver-mischt wird. Produziertes Biogas wird über den Gasraum des Kon-ditionierungstanks abgeleitet und

teil des CSB (70–85 %) in einem Anaerobreaktor zu Biogas umge-wandelt. Im zweiten Schritt wer-den bis zu 98 % des CSB sowie Nährstoffe in einer aerob/anoxi-schen Nachbehandlung entfernt.Eine positive Energiebilanz der

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BIOGAS

der weiteren Verwertung zuge-führt. Durch die Rezirkulation des Ablaufstroms und die Ableitung des ausgasenden CO2 mit dem Biogasstrom wird im Konditionie-rungstank Alkalität freigesetzt, die den notwendigen Laugever-brauch zur Neutralisation des Ab-wassers deutlich verringert. Da sowohl Konditionierungstank als auch der Biobed®-EGSB-Reaktor gasdicht und unter Druck betrie-ben werden, arbeitet das System geruchsfrei und ein extra Gasbe-hälter ist nicht zwingend erforder-lich. Das Biogas kann teilweise direkt im Kessel oder nach einer Verdichtung in einem BHKW ge-nutzt werden. Zusätzlich befindet sich in der Nähe einer Anaerob-anlage immer eine Notgasfackel.

Drei Anwendungsbeispiele der Biobed®-Technologie in Brauereien

Die Unicer-Brauerei befindet sich in Leça do Balio, nahe der schönen Stadt Oporto in Portu-gal. Da die verfügbare Fläche auf dem Brauereigelände limitiert ist, stellt die anaerobe Behandlung des Abwassers von Unicer eine gute Lösung dar. Der vorhande-ne anaerobe Biobed®-EGSB-Reaktor (Abbildung 2) kann auf einer Fläche von lediglich 113 m² bis zu 19,8 t CSB und 12,6 t BSB pro Tag behandeln.Vor dem Anaerobreaktor wird verbleibender Treber durch Sie-bung aus dem Abwasser ent-fernt. Nach der Siebung fließt das Wasser durch einen Lamel-lenklärer, in dem Kieselgur abge-schieden wird. Nach der Vorbe-handlung wird das Wasser in ei-nem Puffertank gesammelt. Von dort fließt das Abwasser in den

Konditionierungstank und den Biobed®-EGSB-Reaktor, in dem ein Großteil des CSB zu Biogas umgewandelt wird. Das Abwas-ser wird in einem aeroben Se-quencing-Batch-Reaktor (SBR) nachbehandelt, um verbleiben-den CSB, BSB und Nährstoffe abzubauen.Behandeltes Abwasser wird mit einer Gesamt-CSB Ablaufkon-zentration < 150 mg/L in den Fluss Leça eingeleitet. Seit der Inbetriebnahme im Sommer 2007 werden im Biobed®-EGSB-Reaktor durchschnittlich 80 % des Gesamt-CSB (TCOD) abge-baut (Abbildung 3). Seit dem Jahre 1590 hat die Ce-su-Alus-Brauerei ihren Sitz in Cesis, Lettland, und ist die äl-teste Brauerei im Baltikum. Ce-su Alus produziert ca. 30 % des Gesamtbierverbrauchs in Lett-land. Im Jahr 2006 entschied sich Cesu Alus in eine leicht er-weiterbare modulare EGSB-An-lage (Modular Plant, MP) für die Behandlung ihrer Abwässer zu investieren. Zu diesem Zeitpunkt wurden zwei MP-Reaktormodule installiert, jedes mit einem Volu-men von 50 m3, angeschlossen an einen Konditionierungstank mit 10 m3. Da die Module vorge-fertigt geliefert wurden, dauerte die Montage auf der Baustelle le-diglich wenige Wochen.Aufgrund der guten Funktion der Biobed®-Reaktoren und ei-ner gesteigerten Auslastung der Brauerei wurde die Kapazität der Anaerobanlage 2008 durch zwei weitere Einheiten mit je 50 m3 ergänzt. Alle vier Module

Abbildung 3: Abbauleistung der Biobed®-EGSB-Anlage bei Unicer in Leça do Balio, Portugal.

Abbildung 4: CSB-Abbauleistung im Biobed®-EGSB-Reaktor in der Cesu-Alus-Brauerei, Lettland.

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Abbildung 5: Modulare EGSB-Anlage bei der Inbetriebnah-me in der Cesu-Alus-Brauerei, Lettland.

Abbildung 6: Modulare EGSB-Anlage nach Verkleidung in der Cesu-Alus-Brauerei, Lettland.

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WASSER-/ABWASSERTECHNIK

sind an einen Konditionierungs-tank angeschlossen (Abbildung 5 und Abbildung 6). Nach dem anaeroben Behandlungsschritt wird das Abwasser in einer Be-lüftungseinheit kurz aufgefrischt

und dann in das öffentliche Ka-nalnetz der Stadt Cesis einge-leitet. Das erzeugte Biogas wird im Dampfkessel der Brauerei ge-nutzt. Im Jahr 2008 betrug der durchschnittliche Abbaugrad des

Abwassermenge CSB-Fracht Anlagentyp Reaktorvolumen

m3/d kg/d m3

Unicer 6.000 19.800 Biobed® EGSB 1.320

Cesu Alus 600 3.600 Biobed® MP 200(4 x 50)

Anheuser Busch

8.000–10.700 28.400–51.000 Biobed® EGSB 1.900(2 x 950)

Tabelle 1: Auslegungsparameter der Biobed®-EGSB-Anlagen bei Unicer, Cesu Alus und An-heuser Busch.

Abbildung 8: CSB-Abbauleistung der Biobed®-EGSB-Reaktoren in der Anheuser-Busch-Brauerei, Merrimack, USA.

Gesamt-CSB (TCOD) in der an-aeroben Abwasserbehandlungs-stufe 80 % (Abbildung 4). Anheuser Busch (AB) betreibt 12 Brauereien in den USA und die meisten nutzen Anaerobtech-nologie zur Abwasserbehand-lung. Im Jahr 2004 investierte die AB-Brauerei in Merrimack, New Hampshire, in eine große anae-robe Hochlast-Kläranlage mit ei-ner durchschnittlichen Behand-lungskapazität von 28,4 t CSB/d und einer maximalen Tagesspit-zenkapazität von 51 t CSB/d. Treber und Überschusshefe wer-den bereits in der Brauerei ef-fizient aus dem Abwasser ent-fernt. Aus diesem Grund reicht eine Siebtrommel als Vorbe-handlung in der Betriebskläran-lage aus. Der anaerobe Teil der Anlage besteht aus zwei Puffer/Konditionierungstanks mit insge-samt 1.350 m³ und zwei Biobed®-

EGSB-Reaktoren mit je 950 m³ (Abbildung 7). Erzeugtes Bio-gas wird komprimiert und im Kes-sel der Brauerei verwertet.Die anaerobe Abwasserbehand-lung erzeugt genug Biogas, um 10–15 % des eingesetzten kon-ventionellen Brennstoffs im Kes-sel der Brauerei zu ersetzen. Nach der anaeroben Behandlung wird das Abwasser in einer Be-lüftungseinheit kurz belüftet, um Geruchsstoffe zu entfernen (Sul-fid-Oxidation), bevor es in das öffentliche Kanalnetz eingeleitet wird. Im Zeitraum 2008 bis 2009 wurden durchschnittlich 75 % des Gesamt-CSB (TCOD) und 88 % des gelösten CSB (SCOD) in der anaeroben Stufe entfernt (Abbildung 8).

Autoren:M.Sc. Jorien van Geest, Process Engi-neering Department, Biothane Systems International, Delft, Niederlande,Karl-Heinz Büchl, Geschäftsführer Veolia Water Systems Austria, Wien.Beide Firmen sind Teil von Veolia Water Solutions & Technologies.

Information: Veolia Water Sys-tems Austria GmbH n Mosetig-gasse 3 n A-1230 Wien n Tel.: 01/698 65 50 n Fax: 01/698 65 50 10 n E-Mail: karl-heinz.buechl@veoliawater.com