Industieabwasser Teil 4

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1 Weltzuckermarkt Zucker ist ein wichtiges Welthandelsprodukt. In klimatisch gemäßigten Ländern vor allem in West-, Mittel- und Osteuropa sowie in den Vereinigten Staaten, China und Japan wird der Zucker aus Zuckerrüben gewonnen, in tropischen und subtropischen Anbaugebieten aus Zuckerrohr. Weltzuckererzeugung und -verbrauch Entwicklung der Weltzuckererzeugung insgesamt im Vergleich zur Rohr- und Rübenzuckererzeugung Die wichtigsten Zuckerrohrproduzenten sind: Indien, Brasilien, Thailand, China, Australien, Mexiko, Kuba und die USA. Insgesamt wird Zucker weltweit in 127 Ländern erzeugt. 79 Länder gewinnen ihn aus Zuckerrohr, 38 nur aus Zuckerrüben und 10 aus beiden Pflanzen. Rohr- und Rübenzucker in reiner Form (als Weißzucker) sind in ihren Eigenschaften, insbesondere im Geschmack, identisch. Weltzuckererzeugung und -verbrauch 2003/2004 (einige Länder im Vergleich) Weltzuckererzeugung - in t Rw Kontinente 2001/ / /2004 EU Westeuropa Osteuropa Europa Nordamerika Südamerika Amerika Asien Afrika Ozeanien Insgesamt Weltzuckerverbrauch - in t Rw Kontinente 2001/ / /2004 EU Westeuropa Osteuropa Europa Nordamerika Südamerika Amerika Asien Afrika Ozeanien Insgesamt Export Export Import Zuckerverbrauch in einigen Ländern - in kg Weißzucker pro Kopf - Länder Europa 1) 30,7 33,6 30,9 EU ,5 31,7 Schweiz 40,4 43,4 39,9 Polen 30,7 41,2 37,9 Norwegen 38,8 38,0 35,0 ehem. UdSSR 32,2 36,3 33,4 Türkei 12,5 30,3 27,2 Albanien 11,9 20,4 18,8 Nordamerika 1) 43,9 30,7 30,4 Kanada 42,0 37,0 35,8 USA 44,1 30,0 30,7 Mittelamerika 1) 28,7 30,9 30,8 Kuba 48,6 57,7 56,1 Mexiko 28,8 43,0 45,8 1) Einschl. der nicht aufgeführten Länder. Länder Südamerika 1) 31,0 42,9 44,1 Brasilien 34,3 52,9 54,9 Kolumbien 20,7 29,2 28,9 Asien 1) 5,3 12,7 13,1 Israel 40,1 55,4 56,7 Thailand 4,9 26,8 28,6 Indien 5,7 15,2 16,1 China 2,6 6,2 7,0 Afrika 1) 9,5 13,2 13,6 Südafrika 39,6 27,1 27,9 Ghana 8,4 6,6 6,9 Ozeanien 1) 50,9 30,8 31,5 Australien 53,7 58,4 51,7 Neuseeland 47,6 51,1 51,8 Welt 1) 15,9 19,1 19,8 1

2 Weltmarktpreise für Rohzucker und Weltzuckerbestände Standorte des Zuckerrübenanbaus und der Zuckerfabriken Wichtige Standorte des Zuckerrübenanbaus und der Zuckererzeugung in der Bundesrepublik Deutschland sind in Westdeutschland das südliche Niedersachsen (Braunschweiger und Hildesheimer Börde), das Rheinland zwischen Bonn und Krefeld (Köln-Aachener Bucht) und in Süddeutschland Gebiete am Main, an der Donau, am nördlichen Oberrhein und in Württemberg. In Ostdeutschland sind Sachsen- Anhalt (Magdeburger Börde), die Leipziger Tieflandbucht, das Erfurter Becken sowie Mecklenburg- Vorpommern Schwerpunkte der Zuckererzeugung. Zuckerherstellung Rohstoffe: Zuckerrübe (Beta vulgaris altissima, Beta vulgaris saccharifera) Zuckerrohr Produkt: Zucker = Saccherose Inhaltsstoffe der Zuckerrübe: Der Wurzelkörper der Zuckerrübe enthält 22-25% TS % Saccherose 1-2 % Pektinstoffe 1,1 % Rohprotein 0,1 % Rohfett 1,2 % Rohfaser 2,9 % stickstoffreiche Extraktstoffe 0,8 % anorganische Bestandteile Wie jede grüne Pflanze besitzt die Zuckerrübe die Fähigkeit die Energie des Sonnenlichts in chemische Bindungsenergie zu überführen. Diesen Vorgang nennt man Fotosynthese. Sie läuft im Inneren der Blattzellen ab, den so genannten Chloroplasten, die auch den grünen Farbstoff Chlorophyll enthalten. In ihnen wird die Energie des Sonnenlichtes "eingefangen" und an spezialisierte Moleküle weitergeleitet. Dort wird mit Hilfe dieser Energie aus Wasser, das die Rübe über ihre Wurzeln aus dem Boden aufnimmt, und aus Kohlendioxid, das sie über die Blätter der Luft entnimmt, Zucker (Saccharose) gebildet Fotosynthese Dabei wird Sauerstoff freigesetzt und an die Umgebung abgegeben. Die Saccharose wird entweder zu den Stellen der Pflanze, die gerade Energie benötigen (z.b. die Wachstumszonen), oder zu den Speicherorganen der Pflanze transportiert. Bei der Zuckerrübe ist dies der Rübenkörper. Die Zuckerrübe ist eine der wenigen Pflanzen, die in der Lage sind, Saccharose direkt zu speichern. Sie wandelt rund 7 % des eingestrahlten Sonnenlichts in Zucker um - ein Spitzenwert bei Kulturpflanzen. Der im Rübenkörper gespeicherte Zucker wird bei der Gewinnung nicht mehr verändert. Zuckerrübenernte mit der Vollerntemaschine in einem Arbeitsgang Film Zuckerrübenernte Rund 180 Tage nach der Aussaat, etwa Mitte September Landesbildarchiv.bildung-lsa.de 2

3 Zuckerrüben werden für den Abtransport auf einem Sammelplatz zwischengelagert Zuckerrüben Landesbildarchiv.bildung-lsa.de Landesbildarchiv.bildung-lsa.de Entwicklung der Vorreinigung der Rüben auf dem Feld % der Rübenanbaufläche ,6 91,0 75,9 83, Mit der Lieferung von Rüben gelangt auch anhaftende Erde in die Zuckerfabrik. In enger Zusammenarbeit zwischen Rübenanbauern und der Zuckerindustrie ist es gelungen, Anreizmodelle zu entwickeln, die dazu führten, dass die Rüben vor der Anlieferung in die Fabrik nahezu vollständig vorgereinigt werden. % Entwicklung des Gesamtabzuges (Erde und Rübenkopfe) der angelieferten Rüben WVZ, ,6 16,2 Jährlicher Durschschnitt 5 jähriges Mittel 14,6 12, ,4 Zuckerrübenabtransport im Dezember - Radlader und Reinigungsmaschine LKW bei Ankunft in Fabrik Stichprobe für Qualitätsbestimmung Landesbildarchiv.bildung-lsa.de Landesbildarchiv.bildung-lsa.de 3

4 Abladen der Rüben Pfeifer & Langen - Zuckerfabrik "Diamant-Zucker KG Könnern" Gründung: 1993 Mitarbeiter (ohne Kampagnekräfte): 230 Rüben-Verarbeitungskapazität pro Tag: t Landesbildarchiv.bildung-lsa.de In Könnern werden Raffinade, Weißzucker und Würfelzucker erzeugt und unter der Marke "Diamant" in Kleinpackungen für den Haushaltsbereich sowie in Großgebinden für die industrielle Verarbeitung abgepackt. Standorte Pfeifer & Langen ist ein Familienunternehmen mit rund 940 Mitarbeitern im Jahre 2003 und einem Umsatz von ca. 670 Mio. Euro Valentin Pfeifer ( ) Eugen Langen ( ) Emil Pfeifer ( ) Im Jahre 1870 gründeten die Kölner Industriellen Emil Pfeifer, Eugen Langen und Valentin Pfeifer das Unternehmen Pfeifer und Langen. Produkte für die Lebensmittelindustrie Raffinaden in verschiedenen Körnungen Weißzucker in verschiedenen Körnungen Puderzucker Kandisfarine hell- und mittelbraun Spezialkandisfarin Krümelkandis braun Basterdzucker Fondant Trockenfondant Hagelzucker Dekoprodukte farbige und aromatisierte Zucker Invertzuckersirupe Zuckerablaufsirupe Spezialzuckersirupe Karamellzuckersirupe Mischsirupe Glukosesirupe Maltodextrine und getrocknete Glukosesirupe Weizenstärke Gluten Weizenproteinhydrolysate lösliche Weizenproteine Produkte Zucker für den Haushalt Raffinaden in verschiedenen Körnungen Weißzucker Hagelzucker Puderzucker Gelierzucker 1:1 Gelierzucker 2:1 Gelierzucker 3:1 Zuckerhüte Würfelzucker weiß und braun Braune Zucker (Kandisfarine) in verschiedenen Körnungen Brauner Rohr-Rohzucker farbige und aromatisierte Zucker Kandis weiß und braun in verschiedenen Sorten Sonstige Produkte Melasse Press-Schnitzel Trockenschnitzel-Pellets Carbonatationskalk Zuckerherstellung Rübenzuckerfabriken arbeiten als Kampagnenbetriebe meist von Ende September bis Ende Dezember Schritte der Zuckerproduktion aus Zuckerrüben: 1. Schritt: Transportieren, Waschen, Zerkleinern 2. Schritt: Extraktion mit heißem Wasser 3. Schritt: Reinigen unter Zusatz von Kalk und CO 2 und Abtrennenung des Cabronatschlammes Dünnsaft mit Zuckergahalt von 12,5 bis 16,5 % 4. Schritt: Eindicken zu Dicksaft (62-68 % Zuckergehalt) 5. Schritt: Kristallisation 4

5 Transportieren, Waschen, Zerkleinern Rübenwäsche In der Zuckerfabrik werden die Rüben entladen und über Förderbänder oder Schwemmrinnen in die Rübenwaschanlage transportiert. Hier wird die restliche anhaftende Erde entfernt sowie Blattwerk und Steine abgetrennt. Die gereinigten Rüben werden in Schneidemaschinen von rotierenden Messern zu dünnen Schnitzeln zerkleinert. zerkleinerte Rüben auf Fließband Sie sind 3 bis 4 cm lang und 2 bis 3 mm dünn. Diese Form gewährleistet durch ihre große Oberfläche, dass der Zucker gut aus den Pflanzenzellen gelöst werden kann. Rübenschnitzel Gewinnung des Rohsaftes Schnitzelmaschine Rüben- Schnitzel Wasser Extraktionsturm Entzuckerte Schnitzel Rohsaft Die Rübenschnitzel werden auf Förderbändern zu ca. 20 m hohen Extraktionstürmen geleitet. Dort bewegen sich die Schnitzel von unten nach oben, während von oben im Gegenstrom 70 C heißes Wasser an den Schnitzeln vorbeifließt. Durch die Hitze des Wassers öffnen sich die freiliegenden Zellwände der Schnitzel und die enthaltenen Zuckermoleküle treten ins Wasser über. Mit diesem Verfahren, auch Gegenstromextraktion genannt, werden über 99 % des Zuckers aus der Rübe gewonnen. Am unteren Ende des Extraktionsturmes wird der sogenannte "Rohsaft" abgepumpt. Er hat eine graue bis schwarze Farbe und einen Zuckeranteil von %. Film Extraktion 5

6 Extraktionstürme Extraktionsturm Kalk Kalkung CO 2 Kohlensäure Reinigung des Saftes Filtration Carbonatation Dünnsaft Der Rohsaft enthält neben dem Zucker auch verschiedene organische und anorganische Bestandteile der Rübe. Diese Nichtzuckerstoffe werden mit Hilfe von zugesetzter Kalkmilch und Kohlensäure gebunden und ausgefällt. Zurück bleibt eine klare, hellgelbe Flüssigkeit - der Dünnsaft. Der ausgefällte Carbokalk wird abgepresst und als Kalk- Düngemittel in der Landwirtschaft eingesetzt. Verarbeitung (Saftreinigung) Verdampfung & Kristallisation Film Verdampfung Dünnsaft Verdampferstation Dicksaft Kochapparat Dünnsaftbehälter Filtration Dicksaftbehälter Maische (Rührwerk) 6

7 Verdampfstation In der Verdampfstation wird dem Dünnsaft in mehreren hintereinander geschalteten Verdampfungsapparaturen solange Wasser entzogen, bis er als dickflüssiger Sirup einen Zuckergehalt von % hat. Die Verdampfungsapparate sind so miteinander verbunden, dass der dabei entstehende Dampf stets die nächste Stufe heizt. So ist eine optimale Energieausnutzung gewährleistet. Kochstation Dicksaft wird unter vermindertem Druck weiter eingedampft, da das Wasser dann bereits zwischen 65 und 80 C verdampft und der Zucker bei dieser schonenden Methode nicht karamellisiert. häufig Zugabe von Impfkristallen in Form feinsten Zuckers Ergebnis ist ein dickflüssiger Brei, der Füllmasse genannt wird. Der Kristallbrei wird zum Abkühlen in Maischen abgelassen. Rührwerke halten den Brei dabei ständig in Bewegung, die Zuckerkristalle wachsen in dieser Zeit weiter. Zentrifugierung & Trocknung Verarbeitung (Zentrifugen) Kühl- und Trockenautomat Zentrifuge Kristallzucker Sichtung, Abpackung Film Zentrifugen In hochtourigen Zentrifugen werden die Zuckerkristalle vom zähflüssigen Sirup durch Abschleudern getrennt. Dabei bleiben die Zuckerkristalle in einem Sieb hängen, während der Zuckersirup abfließt. Zum Schluss befreit Wasserdampf die Zuckerkristalle vom restlichen Sirup; so erhält man weißen Zucker. Löst man diesen weißen Zucker erneut auf und lässt ihn nochmals kristallisieren, entsteht ein besonders reiner und hochwertiger Zucker - die Raffinade. 7

8 Der abgeschleuderte Sirup kommt wieder in die Kochstation zum Auskristallisieren. Dieser Vorgang wird insgesamt zweimal wiederholt. Der fertige Zucker wird getrocknet, gekühlt und auf Förderbändern in große Silos transportiert. Er bildet die Grundlage für die verschiedenen Zuckersorten im Haushalt. Der größte Teil des Zuckers wird jedoch in loser oder flüssiger Form an die zuckerverarbeitende Industrie geliefert. Melasse wird überwiegend für die Viehfütterung und Hefeerzeugung verwendet. Melasse Der dunkelbraune, zähflüssige Sirup, der nach der letzen Kristallisation zurückbleibt, wird Melasse genannt. Melasse enthält noch ca. 50 % Zucker, der aber mit herkömmlichen Methoden nicht mehr auskristallisiert werden kann. Abfüllen des Zuckers Kontrolle der Verpackung Lagerung der Endprodukte Wasser-Effizienz Die Zuckerrübe besteht zu ca. 75 Prozent aus Wasser, das während der Fabrikation verdampft und kondensiert. Da der Wassereintrag aus Rüben größer ist als die Verdunstung im Prozess, entsteht ein Wasserüberschuss, das so genannte Überschusskondensat. Dieses Kondensat wird in verschiedenen Verarbeitungsschritten als Prozesswasser eingesetzt, darunter als Frischwasser zum Waschen der den angelieferten Rüben anhaftenden Erde. Die Erde-Wasser-Suspension wird in Absetzanlagen geleitet und das nach dem Absetzen der festen Bestandteile klare ( dekantierte ) Wasser zum Waschen und Schwemmen der Rüben anschließend erneut eingesetzt. Die abgesetzte Erde, deren Trockensubstanzgehalt 20 bis 25 Prozent beträgt, wird zur weiteren Sedimentation in Teiche gepumpt. Dort entsteht das so genannte Erdtransportwasser, das nach der Sedimentation zur Abwasserbehandlung geführt wird. Das dekantierte Erdtransportwasser aus den Rübenerdeteichen wird meistens einer anaeroben Behandlung in einer Biogasanlage zugeführt. In diesem Behandlungsschritt werden CSB-Abbauraten von über 90 Prozent erreicht (CSB: Chemischer Sauerstoffbedarf). Das erzeugte Biogas mit einem Methangehalt von ca. 75 Prozent wird als Energieträger eingesetzt. Dies geschieht zumeist bei der Trocknung der Press-Schnitzel. Bezogen auf den gesamten Energiebedarf der Zuckerfabrik leistet das Biogas einen Beitrag von 1 bis 2 Prozent. Das anaerob vorgereinigte Abwasser wird zusammen mit dem Überschuss aus dem Fallwasser- und Kondensationskreislauf einer aeroben biologischen Behandlung, in der Regel Nitrifikation und Denitrifikation, zugeführt. Anschließend erfolgt die Einleitung des vollständig gereinigten Abwassers in den Vorfluter. Die in den Sedimentationsteichen verbleibende Erde wird zwei bis vier Jahre gelagert, um abzutrocknen. Nach dieser Zeit wird diese Rübenerde neben der Nutzung im Rahmen von Rekultivierungsmaßnahmen vorrangig auf landwirtschaftlich genutzte Flächen zurückgeführt, wodurch eine Bodenverbesserung die so genannte Melioration erreicht wird. Auch ein Einsatz als Baustoff für Dämme und Deiche sowie für mineralische Dichtungsschichten kommt in Frage. Eine relativ neue Nutzungsmöglichkeit ist die Verwendung als Substrat für die Herstellung von Rollrasen. 8

9 Zuckerherstellung Kaltes Wasser Reinigung Waschwasser Viehfutter Überschusskondensat Heißes Wasser Rüben Rübenschwänze, Erde Waschen, Zerkleinern Presswasser Extraktion CaO CO Reinigung CaCO 3 2 Kondensat Fallwasser Verdampferstation Eindickung Kochstation Kristallisation Muttersirup Zentrifuge erwärmtes Fallwasser Melasse Trocknung Pressen, (Trocknen) Rübenschnitzel Zucker Kreislaufwirtschaft und prozessintegrierter Umweltschutz Sämtliche während des Produktionsprozesses anfallenden Produkte werden zu marktfähigen Erzeugnissen aufbereitet. Die extrahierten Rübenschnitzel werden als Futtermittel in der Tierernährung eingesetzt. Die Melasse kommt neben der Nutzung als Viehfutter in der Hefeindustrie oder Alkoholproduktion zum Einsatz. Darüber hinaus dient sie in biotechnologischen Prozessen als Rohstoff oder Nährsubstrat. Der Carbokalk wird als Kalk-Düngemittel auf die Felder ausgebracht. Das bei der Abwasserbehandlung entstehende Biogas wird als Energieträger insbesondere bei der Trocknung der Press-Schnitzel eingesetzt. Kreislaufwirtschaft und prozessintegrierter Umweltschutz Zusammenfassend sind folgende Maßnahmen und Auswirkungen zu nennen: Düngeberatung im Rübenanbau führt zu einer höheren Rübenqualität und Zuckerausbeute. Die Rübenvorreinigung auf dem Acker trägt zur Verbesserung der Transport-Effizienz bei und leistet einen Beitrag zur Reduzierung des Lagerflächenbedarfs der in die Zuckerfabrik angelieferten Erde sowie zur Reduktion von eventuellen Geruchsemissionen bei der Erdbehandlung. Die Absiebung des Schwemm- und Waschwassers führt zu einer weiteren Reduzierung der Abwasserbelastung. Die Kreislaufführung des Schwemm- und Waschwassers reduziert den Frischwasserverbrauch auf ein absolutes Minimum. Der Einsatz von Kondensat als Frischwasser bei der Rübenreinigung und im weiteren Verarbeitungsprozess in der Zuckerfabrik führt dazu, dass der Einsatz von Fluss- oder Grundwasser nicht oder allenfalls in geringem Umfang erforderlich wird. Die Rücknahme von Press- und Absüßwasser lässt in diesem Bereich kein Abwasser mehr entstehen. Die Kraft-Wärme-Kopplung, die hohe Abpressung der extrahierten Rübenschnitzel und weitere Optimierungssysteme führen zu einem erheblich reduzierten Energieeinsatz und damit wiederum zu verminderten Abgas-Emissionen. Wasser bei der Zuckerherstellung Wasserbedarf ca. 15 m³ je t Rüben Wasserbewirtschaftung wichtig! Wasserbedarf in Liter Wasserarten: Schwemmwasser Waschwasser Fallwasser Frischwasser für Saftgewinnung Kühl- und Sperrwasser ,3 bis 0,6 m³ hochkonzentriertes Abwasser je t Rüben 0,5 bis 1,0 m³ gering belastetes Abwasser je t Rüben ATV-Handbuch Band V, 1985 Schwemmwasser Dient dem Transport der Rüben über Schwemmrinnen zur Rübenwäsche Steine werden in Steinabscheidern (Schwerkraft) entnommen. Enthält je nach Zustand der Rüben geringe Mengen Rübeninhaltsstoffe (Zucker) Bruchstücke von Rüben und Rübenschwänze werden separiert. Abscheidung von Sand in Klassierern Abscheidung von Erde in Schlammteichen oder Absetzbecken oft Zugabe von Kalk vor der Sedimentation (ph 11), um Bakterien abzutöten Wiederverwendung des gereinigten Wassers Waschwasser Dient dem Waschen der Rüben vor der Zerkleinerung Enthält vor Allem Erde und Sand Enthält je nach Zustand der Rüben geringe Mengen Rübeninhaltsstoffe (Zucker) Behandlung oft mit Schwemmwasser Abscheidung von Sand in Klassierern Abscheidung von Erde in Schlammteichen oder Absetzbecken oft Zugabe von Kalk vor der Sedimentation (ph 11), um Bakterien abzutöten Wiederverwendung des gereinigten Wassers 9

10 Extraktionswasser Zur Extration des Zuckers aus der Rübe wird oft eine Mischung aus Kondensat und Fallwasser eingesetzt. Ausnutzung der Wärme und Frischwassereinsparung Presswasser der Rübenschnitzelentwässerung Vollständige Rückführung vor die Extraktion kein Abwasser Kondensate Da Rüben zu 77% aus Wasser bestehen, ist zur Herstellung von Kristallzucker eine erhebliche Wasserverdampfung erforderlich. Wiederverwendung der Kondensate als: Kesselspeisewasser Frischwasser in der Extraktion Regenerationswasser, wenn Ionenaustauscher eingesetzt werden Wasser zur Zuckerablösung im Zuckerhaus Es verbleiben ca % Überschusskondensat, das gering belastet ist: BSB 5 : mg/l CSB: mg/l NH 4 -N: mg/l Fallwasser In der Kochstation erfolgt eine weitere Konzentration der gewonnenen Säfte bei 65 bis 80 o C und ca. 0,2 bar. Der verminderte Druck wird durch Einspritzen großer Wassermengen und Niederschlagen der Brüden in einem Kondensator erzeugt. Dabei Erwärmung des Fallwassers um ca. 20 K und Übergang von flüchtigen Substanzen aus der Kochmasse Früher oft direkte Einleitung des unbehandelten (gering belasteten) Fallwassers in eine Gewässer, heute meist Wiederverwendung des zuvor abgekühlten Wassers im Kreislauf (Kühltürme, Sprühteiche) Wasserverluste bei Abkühlung ca. 1% je o K, Ausgleich durch sich am Fallwasser niederschlagende Koch-Brüden Restabwasser Folgende Abwässer können i.d.r. nicht in den Betrieb zurückgenommen werden: Regenerationswasser von Ionaustauscher-verfahren (z.b. aus Aufbereitung Kesselwasser, Tausch von Ca gegen Mg erniedrigt Löslichkeit von Zucker -> 0,6% Mehrausbeute) Kesselabschlämmwässer (aus der Reinigung der Dampfkessel, i.d.r. gering belastet) Filterwaschwässer Reinigungswässer (Säuberung der Fabrikationsräume und -anlagen) Hof- und Niederschlagswässer (oft Belastung durch Rübenantransport, zerfahrene Rüben) häusliche Abwässer (Sanitärabwässer) Kühl- und Sperrwässer Carbonatationsschlamm % TS Behandlungs- Verwertungsmöglichkeiten: Vermischung mit Erde aus Schlemm- und Waschwassersedimetation, Ablagerung Achtung Rücklösungen und Belastung Transportwasser Verwertung in der Landwirtschaft Verwertung zur Abgas Entschwefelung Zu behandelndes Abwasser Hohe Konzentrationen wegen weitgehender Kreislaufführung bis mg/l BSB bis mg/l CSB 10

11 Abwasserbehandlung Die Erde-Wasser-Suspension wird in Absetzanlagen geleitet und das nach dem Absetzen der festen Bestandteile klare ( dekantierte ) Wasser zum Waschen und Schwemmen der Rüben anschließend erneut eingesetzt. Die abgesetzte Erde, deren Trockensubstanzgehalt 20 bis 25 Prozent beträgt, wird zur weiteren Sedimentation in Teiche gepumpt. Dort entsteht das so genannte Erdtransportwasser, das nach der Sedimentation zur meist anaeroben Abwasserbehandlung geführt wird. In diesem Behandlungsschritt werden CSB-Abbauraten von über 90 Prozent erreicht. Das anaerob vorgereinigte Abwasser wird zusammen mit dem Überschuss aus dem Fallwasser- und Kondensationskreislauf einer aeroben biologischen Behandlung, in der Regel Nitrifikation und Denitrifikation, zugeführt. Anschließend erfolgt die Einleitung des vollständig gereinigten Abwassers in den Vorfluter. Rübenerde Die in den Sedimentationsteichen verbleibende Erde wird zwei bis vier Jahre gelagert, um abzutrocknen. Nach dieser Zeit wird diese Rübenerde neben der Nutzung im Rahmen von Rekultivierungsmaßnahmen vorrangig auf landwirtschaftlich genutzte Flächen zurückgeführt, wodurch eine Bodenverbesserung die so genannte Melioration erreicht wird. Auch ein Einsatz als Baustoff für Dämme und Deiche sowie für mineralische Dichtungsschichten kommt in Frage. Eine relativ neue Nutzungsmöglichkeit ist die Verwendung als Substrat für die Herstellung von Rollrasen. Abwasser aus Zuckerherstellung Mindestanforderungen an das Einleiten von Abwasser aus der Erzeugung von Zucker, Anhang 18 zur Abwasserverordnung Anwendungsbereich (1) Dieser Anhang gilt für Abwasser, dessen Schadstofffracht im Wesentlichen aus der Gewinnung von festen und flüssigen Zuckern sowie Sirupen aus Zuckerrüben und Zuckerrohr stammt. (2) Dieser Anhang gilt nicht für Abwasser aus indirekten Kühlsystemen, aus der Betriebswasseraufbereitung und aus der Wäsche von Rauchgasen. Mindestanforderungen an das Einleiten von Abwasser aus der Erzeugung von Zucker, Anhang 18 zur Abwasserverordnung Teil C (1) vorher CSB 2 h MP 500 mg/l 200 mg/l 24 h MP 450 mg/l (Sperr- und Kondensationswasser) 2hMP 60 mg/l BSB 5 2 h MP 50 mg/l 25 mg/l 24 h MP 40 mg/l (Sperr- und Kondensationswasser) 2hMP 30 mg/l Absetzbare Stoffe 0,5 ml/l (Sperr- und Kondensationswasser) 0,3 ml/l G F Verdünnungsfaktor 4 NH 4 -N N ges P ges 2 h MP oder Qual. Stichprobe 10 mg/l 30 mg/l 2 mg/l (2) Die Anforderungen für Ammoniumstickstoff und Stickstoff, gesamt, gelten bei einer Abwassertemperatur von 12 C und größer im Ablauf des biologischen Reaktors der Abwasserbehandlungsanlage. In der wasserrechtlichen Zulassung kann für Stickstoff, gesamt, eine höhere Konzentration bis zu 50 mg/l in der qualifizierten Stichprobe oder 2-Stunden-Mischprobe zugelassen werden, wenn die Verminderung der Gesamtstickstofffracht mindestens 70 Prozent beträgt. Die Verminderung bezieht sich auf das Verhältnis der Stickstofffracht im Zulauf zu derjenigen im Ablauf in einem repräsentativen Zeitraum, der 24 Stunden nicht überschreiten soll. Für die Frachten ist der gesamte gebundene Stickstoff (TN b ) zugrunde zu legen. Im Abwasser dürfen organisch gebundene Halogene, die aus dem Einsatz von Chlor oder Chlor abspaltenden Verbindungen, ausgenommen Chlordioxid, im Fallwasserkreislauf stammen, nicht enthalten sein. Der Nachweis, dass die Anforderung eingehalten ist, kann dadurch erbracht werden, dass die eingesetzten Betriebs- und Hilfsstoffe in einem Betriebstagebuch aufgeführt sind und nach Angaben des Herstellers keine der genannten Stoffe oder Stoffgruppen enthalten. (3) Die Anforderungen beziehen sich bei Stapelteichen auf die Stichprobe. Sie gelten als nicht eingehalten, wenn der Stapelteich vor Erreichen der festgelegten Werte abgelassen wird. 11

12 Anforderungen an das Abwasser vor Vermischung Sperr- und Kondensationswasser darf, soweit es nicht innerbetrieblich wiederverwendet werden kann, zum Zwecke der gemeinsamen Behandlung mit Abwasser anderer Herkunftsbereiche nur vermischt werden, wenn die Konzentrationen an den in Teil C Abs. 1 festgelegten Parametern die dort festgelegten Werte im Rohabwasser überschreiten. Abwasserbehandlung mechanische Feststoffabscheidung Ziele: Entfernen von Rübenteilen und Rübenköpfen Entfernen von Steinen, Sand und Erde Verfahren: Siebe Sedimentation (Schlammteiche, Absetzbecken, Klassierer) Abwasserbehandlung anaerob-aerob biologische Verfahren Anaerobe-aerobe biologische Behandlung gilt als Stand der Technik Probem: Geruch Großräumige Langzeitverfahren Bodenbehandlung Stapelverfahren Kleinräumige Kurzzeitverfahren Belebungsverfahren anaerobe Verfahren Bodenbehandlung Reinigung des Abwassers durch Bodenpassage Große Geländeflächen erforderlich unmittelbar nach Entstehen des Abwassers Zuführung zur Bodenbehandlung Verregnung des Abwassers bei starkem Frost keine Abwasserbehandlung möglich Salzverträglichkeit der Pflanzen beachten Standorte der Verregner häufig wechseln Bodenbehandlung Bemessungsempfehlung nach ATV-Handbuch, Band 5, 1985 Abstand der Oberfläche zum Grundwasser Beregnung 0,7 m 0,5-0,7 m Menge der Einzelgabe mm mm Zeitlicher Abstand zwischen den Einzelgaben 14 Tage 14 Tage CSB-Gesamtbefrachtung 1,5 kg/(m².a) 1,0 kg/(m².a) 12

13 Stapelverfahren Abwässer werden in dichte Erdbecken geleitet und dort der natürlichen Selbstreinigung überlassen Dauer bei unbelüfteten Teichen bis in den Sommer des Folgejahres zunächst anaerober Abbau, dann aerober Bei anaerobem Abbau entstehen niedere Fettsäuren (Essig-, Propion-, Buttersäure), letztere ist geruchsintensiv, und H 2 S, ebenfalls geruchsintensiv Abbau von H 2 S durch Purpurbakterien (Teiche werden orangepurpurrot) Aerober Abbau, Massenentwicklung von Algen Stapelverfahren Teiche flach bauen, um aerobe Phase kurz zu halten. Tiefe 1,0 bis 1,2 m Bodenschlamm sollte bei Entleerung zumindest teilweise im Becken verbleiben (Impfschlamm) Aerobe Stapelverfahren Belebtschlammverfahren Belüftete Oxidationsteiche geringerer Platzbedarf, geringer Geruchsbelästigung Tiefe 2,0 bis 2,5 m (selten bis 4,5 m) Überschussschlamm wird mit Erde aus der Rübenwäsche vermischt und gemeinsam verwertet. Sauerstoffverbrauch 1,3 bis 1,5 kg O 2 je kg BSB 5,abgebaut Energieaufwand etwa 20 W/m³ gestapeltes Abwasser Abbau kann nicht während der Kampagne abgeschlossen werden, daher auch danach noch Belüftung notwendig, Stromkosten Anaerobe Verfahren Meist einstufige Anlagen, evt. Vorversäuerung in Stapelteich Raumbelastung 5 bis 10 kg CSB/(m³.d) beim Kontaktverfahren, 15 bis 20 CSB/(m³.d) beim upflow-verfahren hoher Sulfatgehalt führt zu H 2 S-Bildung, wirkt >100 mg/l abbauhemmend Abwasser muss sedimentfrei sein, ansonsten Ablagerungen im Reaktor Zuckerarten Alle Kohlenhydrate bestehen aus den gleichen Grundstoffen: Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Sie lassen sich durch ihre Molekularstruktur unterscheiden. Die am einfachsten aufgebauten Kohlenhydrate sind die Monosaccharide (Einfachzucker). Hierzu zählen Traubenzucker (Dextrose, Glukose) und Fruchtzucker (Fructose), die in süßen Früchten und in Honig vorkommen. Disaccharide (Zweifachzucker) entstehen aus der Verbindung von zwei Einfachzuckern. Auch Disaccharide schmecken süß. Bei Saccharose - dies ist die chemische Bezeichnung für unseren Haushaltszucker - ist ein Molekül Glukose mit einem Molekül Fruktose verknüpft. Weitere bekannte Zweifachzucker sind Milchzucker (Lactose) und Malzzucker (Maltose). Polysaccharide oder Vielfachzucker sind zu langen Ketten verknüpfte Zuckermoleküle. Sie schmecken nur nicht süß. Das für unsere Ernährung wichtigste Polysaccharid ist Stärke. Sie ist aus vielen Traubenzuckermolekülen aufgebaut und z.b. in Getreide und Kartoffeln zu finden. 13

14 Zuckersorten Zucker wird in erster Linie zum Süßen verwendet. Zucker hat hervorragende konservierende Eigenschaften, er verhindert die Schimmelbildung in Marmeladen, Sirupgetränken und vielen Arzneimitteln. Vitamine werden durch Zucker stabilisiert. Viele Lebensmittel entfalten ihr volles Aroma erst, wenn sie gezuckert werden. So schmecken z.b. gezuckerte Erdbeeren nicht nur besser, sie duften auch intensiver. Zucker gibt es in großer Vielfalt. Weißzucker die einfachste Zuckersorte für den Verbrauch, im Vergleich zu Raffinade ist er nicht ganz rein weiß. Qualitativ erfüllt er aber alle normalen Ansprüche. Raffinade wird heute am häufigsten verwendet. Sie wird aus sehr reinen Zuckerlösungen gewonnen und entspricht höchsten Ansprüchen. Der Handel bietet sie in verschiedenen Körnungen an: grob, mittel und fein. Je feiner die Körnung, desto besser lässt sich Raffinade auflösen und in Speisen einrühren. Aus Raffinade lassen sich viele weitere Zuckersorten herstellen. Gelierzucker besteht aus Raffinade, reinem Pektin (z. B. Apfelpektin) sowie Zitronen- oder Weinsäure. Er gibt Marmeladen, Konfitüren und Gelees volles Aroma, perfekte Süße und lange Haltbarkeit. Es gibt drei Sorten von Gelierzucker: Gelierzucker 1:1 wird zum Einkochen von Konfitüren und Gelees verwendet. Gelierzucker 2:1 wird für weniger süße Fruchtaufstriche im Verhältnis 2 zu 1 verwendet, das heißt 2 Teile Frucht werden mit 1 Teil Zucker verkocht. Gelierzucker 3:1 für fruchthaltige Brotaufstriche wird im Verhältnis 3 zu 1 verwendet, also 3 Teile Frucht und 1 Teil Zucker. Einmachzucker ist etwas gröber kristallisierte Raffinade. Weil sich die großen Kristalle beim Einkochen langsamer auflösen, entsteht beim Einmachen von Konfitüren und Kompotten weniger unerwünschter Schaum. Puderzucker ist extra fein gemahlene Raffinade. Man verwendet ihn zur Herstellung von Zuckerglasuren sowie zum Bestäuben und Dekorieren von Kuchen, Gebäck und Süßspeisen. Würfelzucker besteht aus Raffinade, die angefeuchtet in Formen gepresst und anschließend getrocknet wird. Brauner Würfelzucker wird aus Kandisfarin hergestellt. Würfelzucker lässt sich gut dosieren und löst sich in heißen Getränken schnell auf. Der Zuckerhut besteht aus kegelförmig gepresster Raffinade. Er ist besonders beliebt in der kalten Jahreszeit für Punsch oder Feuerzangenbowle. Seine Form erinnert noch heute an die Tonkegel der Perser um 600 n. Chr., die darin erstmals Kristallzucker herstellten. Hagelzucker besteht aus besonders grobkörniger, granulierter Raffinade. Er eignet sich besonders gut zum Dekorieren von Tee- und Kaffeegebäck, Hefezöpfen und Weihnachtsbäckereien sowie zum Bestreuen von Gebäck. Brauner Zucker ist ein feinkörniger Spezialzucker, der aus braunem Kandissirup gewonnen wird. Durch Erhitzen verändert der helle Zuckersirup seine Farbe. Seine Karamel- und Bräunungsstoffe verstärken das Aroma und verbessern die Bräunung und Struktur von Backwaren. Kandiszucker wird in verschiedenen Größen aus reinen Zuckerlösungen durch langsames Auskristallisieren gewonnen. Weißer Kandis wird aus hellem Zuckersirup und brauner aus einem karamellisierten Zuckersirup hergestellt. Es gibt ihn in verschiedenen Formen: Weißer Kandis, brauner Kandis, Kluntje, Krusten- oder Stangenkandis, Krümel- oder Grümmelkandis. Kandis wird vor allem zum Süßen von Tee verwendet. Je nach Sorte und Geschmack lässt er sich aber auch hervorragend bei der Herstellung von Likören, Rumtopf oder Grog und Punsch verwenden. 14

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