Molkereiabwasser elektrochemisch reinigen – und dabei Strom erzeugen

Mit einer integrierten Brennstoffzelle soll der bei der elektrochemischen Behandlung entstehende Wasserstoff für die Stromversorgung des Systems genutzt werden.

Die Abwässer bei der Herstellung von Milchprodukten wie Käse, Quark und Joghurt enthalten typischerweise organische Verunreinigungen wie Milchzucker, Proteine und Milchfette, dazu Tenside und Desinfektionsmittel aus der Reinigung der Produktionsanlagen. Bei der Käseherstellung entsteht zudem Molke, eine wässrige Lösung, die neben Milchproteinen vor allem Milchzucker enthält.

Aufgrund des hohen chemischen und biologischen Sauerstoffbedarfs bereiten große Molkereibetriebe ihr Abwasser mit biologischen Klärstufen auf. Vor allem kleine und mittelständische Betriebe können die Investitionen in derartige großtechnische Lösungen nicht leisten.

In dem von der EU geförderten Projekt REWAGEN entwickelt ein europäisches Projektkonsortium aus Forschung und Wirtschaft unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart nun ein mehrstufiges Verfahren zur effizienten elektrochemischen Behandlung von Molkereiabwasser und Molke. Durch eine modulare Bauweise soll das System flexibel auf die Abwassermengen auch kleinerer Molkereien angepasst werden können. »Die einzelnen Verfahrensschritte werden dabei zu einem geschlossenen Prozess kombiniert und integriert.
Ziel ist es, dass jeder Prozessschritt einen Stoffstrom liefert, der weiter aufgearbeitet oder ins System zurückgeführt werden kann«, erläutert Alexander Karos, Projektleiter am Fraunhofer IGB. Das gereinigte Wasser kann direkt wiedergenutzt werden, beispielsweise für die Reinigung der Anlagen.

Der bei der elektrochemischen Behandlung des Wassers als Nebenprodukt entstehende Wasserstoff soll ebenfalls genutzt werden. »Den Wasserstoff wollen wir zurückführen und reinigen, so dass wir ihn mittels einer Brennstoffzelle zur Energieversorgung des Systems nutzen können«, verdeutlicht Karos den neuartigen Ansatz.

»Für die Reinigung des Abwassers setzen wir auf elektrochemische Verfahren, weil wir so auf die Zudosierung von Chemikalien und die damit verbundene Aufsalzung des Wassers verzichten können«, führt Karos aus. Hierzu wollen die Forscher vier verschiedene elektrochemische Verfahren kombinieren. In einem ersten Schritt sollen Öle und Fette mit dem Verfahren der gepulsten Elektrokoaleszenz abgetrennt werden: Fein dispergierte Öltröpfchen bewegen sich im elektrischen Wechselfeld aufgrund ihrer Oberflächenladung und fließen zu größeren Öltropfen zusammen, die mechanisch abgetrennt werden können. Partikuläre Verunreinigungen werden in einem nachfolgenden Schritt mittels Elektroflockung abgetrennt. »Hier setzen wir Eisenelektroden ein. Sie geben Eisenionen ins Wasser ab, die zu Eisenhydroxidflocken reagieren. Mit diesen Flocken adsorbieren und fällen wir organische Feststoffe«, konkretisiert Karos. In einer dritten elektrochemischen Zelle werden mittels elektrooxidativer Prozesse, beispielsweise über eine Diamantelektrode, gelöste organische Bestandteile abgebaut. Und schließlich werden in einer vierten Stufe mit kapazitiver Deionisation auch gelöste Salze entfernt, indem sie an einer entsprechend geladenen Elektrode aufkonzentriert und abgeschieden werden.

Das Projekt REWAGEN »Electrochemical WAter treatment system in the dairy industry with hydroGEN REcovery and electricity production« wird seit Juni 2012 für vier Jahre im 7. Forschungsrahmenprogramm unter dem Förderkennzeichen 283018 gefördert. Forschungspartner neben dem Fraunhofer IGB ist Leitat (Spanien). Beteiligte KMU sind HyGear (Niederlande), Aqon (Deutschland), Idropan Dell Orto Depuratori (Italien), Productes El Canadell (Spanien), C-Tech Innovation (Großbritannien), ISA – Intelligent Sensing Anywhere (Portugal), Eilenburger Elektrolyse- und Umwelttechnik (Deutschland) und Knowledge Innovation Market (Spanien).

Ansprechpartner
Dipl.-Ing. Siegfried Egner, Telefon +49 711 970-3643
Alexander Karos M. Sc., Mobil +49 172 7148215