Bahn frei für weniger Abwasser
Wasser ist ein kostbares und begrenztes Gut. Im Zeitalter des Klimawandels mit zunehmenden Dürreperioden und Kontroversen um Wasserrechte wird dies immer deutlicher. Der Wasserverbrauch von Industriebetrieben steht kontinuierlich auf dem Prüfstand. Ein traditionsreiches Verfahren, das Molchen von produktführenden Rohrleitungen, macht es möglich, bei der Rohrreinigung nachhaltig Wasser zu sparen und Produktverluste bei Flüssigprozessen zu minimieren. Zunehmend konsequent können Unternehmen so eine „grüne“ Produktionsweise verwirklichen.
Jeder Tropfen zählt
Forschungsinstitute und Umweltverbände schlagen seit langem Alarm: Süßwasser wird knapper, als Natur und Mensch es in Zukunft verkraften können. Die Vereinten Nationen haben für 2018 die „UN Water Action Decade“ ausgerufen, um die Süßwassersysteme vor Überbeanspruchung ebenso wie vor Umwelt- und Klimaschäden zu schützen. Das Schlagwort „Jeder Tropfen zählt“ findet heute ein Echo am Mekong, wo Niedrigwasser zentrale Natur- und Wirtschaftskreisläufe gefährdet, ebenso wie in der Mitte Deutschlands mit immer sichtbarer werdenden Dürreschäden. Industriebetriebe brauchen zwangsläufig Wasser. Sie entnehmen es, direkt oder über Wasserversorger, dem Grundwasser, das sich je nach geologischen Bedingungen zuvor über Jahre oder auch Jahrhunderte angesammelt haben muss, oder den Flusssystemen, die immer ungleichmäßiger von Regen und Gletschern gespeist werden. Viele Unternehmen haben sich bereits einen sparsamen Verbrauch auf die Fahnen geschrieben, auf andere wächst der Druck von Kunden und Öffentlichkeit, dies zu tun.
Reinigungswasser einsparen bei Flüssigprozessen
Wo in hohem Maße Flüssigkeiten verarbeitet werden, z. B. in der milchverarbeitenden Industrie oder bei der Herstellung von Kosmetikartikeln, können Produktionsbetriebe dabei auf eine bewährte Technologie zurückgreifen: Produktrückgewinnungssysteme sorgen für einen möglichst verschwendungsfreien Rohstoffeinsatz und optimieren gleichzeitig den Wasserverbrauch bei der aufwendigen Rohrreinigung. So tragen sie zur Entlastung der Abwasseraufbereitung und Schonung der Süßwasserressourcen bei.
Der Kniff mit dem Schieber
Im Mittelpunkt von Produktrückgewinnungssystemen steht der sogenannte Molch (eng. pig oder scraper), ein beweglicher Pfropfen, dessen Prinzip aus der Überwachungstechnik für Öl- und Gaspipelines entstammt. Der Molch wird dort, ausgestattet mit Sensoren für Kontrollmessungen, durch die Rohrleitung zu dem zu untersuchenden Kontrollabschnitt bewegt.
Dieses Prinzip fand mit dem Fortschreiten der Flüssigprozesstechnologie sukzessiv Eingang in die Welt der Batch-Prozessanlagen. Bei der Verarbeitung von Molkereiprodukten, Getränken, fließfähigen Lebensmitteln oder Pflegeprodukten dient der Molch als hygienisch sauberer Schieber, um wertvolle Produktreste aus zu reinigenden Rohrleitungen auszutreiben. Hochwertiges Produkt bleibt dadurch im Prozess, statt mit dem Abwasser verloren zu gehen.
Der Molch wird durch ein Treibmedium – Luft, Wasser, Kohlendioxyd oder Stickstoff – vor der ersten Wasserspülung durch den jeweiligen Rohrabschnitt und wieder zurück in seine Warteposition gefahren. Er besteht aus verschiedenen elastischen Kunststoffen, die das Rohr gut abdichten. Dass durch diesen zusätzlichen Schritt sehr viel weniger Spülwasser für die anschließende Reinigung benötigt wird, erweist sich heute als wichtiger Fortschritt für einen ökologisch nachhaltigen Wassereinsatz. Denn eine häufige und aufwendige Reinigung ist unverzichtbar, um Flüssigprodukte wie Joghurt, Smoothies oder Pflegecremes in der geforderten hygienischen Qualität herzustellen. In der Regel durchfließen diese Verarbeitungsmedien völlig nach außen abgeschlossene und möglichst totraumfreie Rohrsysteme mit eng getakteten CIP-/SIP-Zyklen (Cleaning In Place/Sterilization In Place), bei denen alle produktberührten Flächen vor der nächsten Produktcharge rückstandslos gereinigt und ggf. sterilisiert werden. Zuerst muss jedoch jedes Mal der größte Teil an noch vorhandenen Produktresten ausgeschoben oder – weniger ressourcenfreundlich – ausgespült werden.
Je nachdem, wie fortschrittlich eine Anlage diese und weitere Prozesse durchführt, ergeben sich große Unterschiede von Betrieb zu Betrieb im Wasserverbrauch. Die Möglichkeiten von Rückgewinnungssystemen sind bei weitem nicht ausgereizt, die Optimierungspotenziale aber je nach Produkt und Anlagenstruktur unterschiedlich groß. „Je viskoser das Produkt, z. B. Joghurt, und je länger der molchbare Rohrabschnitt, desto mehr Rückgewinn und desto größer die Einsparung im Wasserverbrauch“, lautet die Formel bei Christian Blecken, verantwortlich für System und Application Support im GEA Kompetenzzentrum für hygienische Rückgewinnungstechnik in Büchen. Auch die Häufigkeit der Chargenwechsel, bei denen der Molch zum Einsatz kommen kann, spielt eine Rolle.
"Je viskoser das Produkt und je länger der molchbare Rohrabschnitt, desto mehr Rückgewinn und desto größer die Einsparung im Wasserverbrauch.“
Christian Blecken
System und Application Support für hygienische Rückgewinnungstechnik, GEA
Die Investition in Molchtechnik kann sich beim Neubau, aber auch bei der Nachrüstung von Anlagen auszahlen – letztere machen bei GEA etwa 20 Prozent der ausgeführten Installationen aus. Christian Blecken zählt die Voraussetzungen auf: „Wichtig ist nur, dass der Rohrabschnitt einen gleichbleibenden Durchmesser hat und keine Einbauten aufweist, so dass der Molch weder steckenbleibt noch seine dichtende Wirkung verliert.“ Dagegen sind gewöhnliche Rohrbögen und T-Anschlüsse kein Problem für den Molch, vor allem nicht in der von GEA bevorzugten einteiligen Doppelkugelform: „Diese smarte Form hat den Vorteil, dass der Molch sich in der Krümmung nicht einmal biegen muss“, freut sich Christian Blecken.
Nicht wenige Betriebe nutzen die Vorteile der Rückgewinnungstechnik in sämtlichen Prozessstufen von der Rohstoffannahme über den Transport zu Prozess- und Lagertanks bis hin zur Abfüllung. Auch hier gibt es einen Leitsatz zum Optimierungspotenzial: „Je näher an der Abfüllung, desto edler das zurückzugewinnende Produkt“, erklärt Pascal Baer, im schweizerischen Kirchberg als leitender GEA Produktmanager für aseptische Komponenten verantwortlich. Die sind erforderlich, wenn man Fließmedien in den kontaminationsempfindlicheren Hygieneklassen UltraClean und Aseptic, etwa H-Milchprodukte, verarbeiten möchte. Dazu sind z. B. in aseptischen Molchsystemen alle eingebauten Ventilstangen zusätzlich gegen die Atmosphäre abgedichtet.
Molchsysteme sind darüber hinaus auch in explosionsgeschützten Ausführungen erhältlich, etwa für alkoholische Produkte. Durch die große Bandbreite an Lösungen kann die Rückgewinnungstechnik für nahezu jede Fließproduktart zum Einsatz kommen. Hier sind Unternehmen und Betrieben keine Grenzen gesetzt.
Fortschrittliche Rückgewinnungstechnik
Wie der Produktfluss und die Rohrreinigung soll auch der zwischengeschaltete Molchprozess ohne Eingriff in das geschlossene Leitungssystem ablaufen. Moderne Rückgewinnungssysteme besitzen dafür am Anfang des jeweiligen Rohrabschnitts eine ans Rohr angesetzte, automatisch arbeitende Molchsendestation. Sie nimmt den Molch solange auf, wie Produkt, Spülwasser oder Reinigungsmedien durch die Leitung fließen. Bei den Systemen von GEA ist das zugehörige Molchgehäuse im Durchmesser erweitert und verfügt über besondere Greifer und Federn. Der Molch wird mit einem definierten Bewegungsspielraum kontinuierlich von den fließenden Medien umströmt und bleibt so hygienisch sauber. Kommt der Molch anschließend zum Einsatz, erwartet ihn am Ende des Rohrabschnitts eine Molchfangstation und die Rückführung in die Sendestation. Zwei Ventile regeln jeweils den erforderlichen Zu- und Abfluss des Treibmediums.
Digitale Technik mit Zukunft
Erhebliche zusätzliche Optimierungspotenziale für eine nachhaltige Anlagentechnik liegen in der fortschreitenden Digitalisierung aller Prozesstechnologien. Wie die meisten Ventilsysteme wird die Molchtechnik schon heute in der Regel über zentral verbundene Steuerköpfe in automatische Prozessabläufe integriert. Elektronische Steuerköpfe der neuesten Generation ermöglichen eine immer einfachere, fehlerfreie Einrichtung und Bedienung und erweiterte Funktionen zur Prozesssteuerung und -überwachung. Die modernen GEA VARICOVER® Produktrückgewinnungssysteme erlauben dabei die Überwachung der Molchposition in Echtzeit über Magnetsensoren. Ihre mechanischen und elektronischen Komponenten bilden eine in sich abgestimmte Einheit auf der Grundlage des kombinations- und servicefreundlichen GEA VARIVENT® Baukastensystems.
Eine konsequente Automatisierung, wie sie mit diesen Lösungen möglich wird, vereinfacht das Setup für voll validierbare Prozesse und ermöglicht mit einer modernen IO-Link-Anlagensteuerung beispielsweise die frühzeitige Einbindung in Industrie 4.0 Umgebungen. Die Möglichkeiten reichen bis zu einer Vernetzung mit dem ERP-System des Unternehmens für eine optimale Ressourcennutzung.
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