Eine moderne vollautomatisierte Anlage zur Neutralisation wurde als letzte Stufe der Behandlung von Abwasser in der 1999 neu erbauten Heidelberger Schlossquell-Brauerei realisiert. Die Neutralisation des Abwassers wird dabei durch optimal aufeinander abgestimmte Komponenten eines Regelkreises bewerkstelligt.
Der Hauptanteil des anfallenden Abwassers zur Neutralisation stammt aus der Regeneration der Brauwasseraufbereitung und aus der CIP-Anlage. Die CIP-Reinigung umfasst im wesentlichen die Sudgefäße, Gär- und Hefetanks, Rohrleitungen und eine Filteranlage. Als Reinigungsreagenzien werden hierzu im Wechsel 2 %-ige Natronlauge mit Additiven und sauren Reinigungsmitteln gefahren. Das Abwasser der Regeneration aus der Brauwasseraufbereitung ist dagegen ausschließlich salzsauer. Zusammen mit dem Vorspülwasser und dem Ausschubwasser der Produktion erreichen diese Abwässer die Anlage zur Neutralisation. Der spezifische Durchsatz des Abwassers kann bis zu 10 m³/h betragen.
Anlage zur Neutralisation
Die Anlage zur Neutralisation hat die Aufgabe den zeitlich stark im Bereich zwischen 2 und 12 variierenden pH Wert des Abwassers in dem für die Direkteinleitung zulässigen pH Wert Bereich (pH 6,5 bis 9,5) zu stabilisieren. Um zunächst eine gegenseitige Vorab- Neutralisation der sauren und alkalischen Abwässer zu nutzen und gleichzeitig eine Vergleichmäßigung der Ströme des Abwassers zu erreichen, werden die unterschiedlichen Ströme in einen außenstehenden 15 m³ fassenden Tank aus Edelstahl gefördert. Nach der Vorab-Neutralisation kann der pH Wert immer noch im Bereich zwischen pH 4 und pH 12 variieren. Vom Tank erfolgt der Ausschub bei regulärer Betriebsweise durch einen Überlauf, der sich bei ca. 7 m³ Füllstand befindet hinein in den eigentlichen Behälter für die Neutralisation. Der Behälter besteht aus Polypropylen, und weist ein Fassungsvermögen von 2m³ auf. Unterschreitet der Füllstand den Überlauf, dann erfolgt der weitere Ausschub über eine Exzenterschneckenpumpe (8m³/h). Der Behälter ist gemeinsam mit allen für die Regelung der Neutralisation notwendigen Komponenten in einem Container untergebracht. Ein schnelllaufendes Rührwerk sorgt für die homogene Durchmischung der zudosierten Reagenzien zur Neutralisation mit dem Abwasser. Zur Senkung des pH Wertes wird konzentrierte Salpetersäure (53%), zur Anhebung des pH Wertes eine 15% Natronlauge verwendet.
Die Regelung erfolgt zunächst über eine pH Wert Messung in der homogenen Vermischungszone des Behälters für die Neutralisation. Der Messwert wird an einen Vor-Ort installierten Controller mit PID-Regelfunktionalität übertragen. Die eingestellten Schwellenwerte der Regelung liegen bei pH 6,8 und pH 9,2 mit einer neutralen Zone zwischen den Schwellenwerten. Abhängig vom Messwert wird eine der beiden Dosierpumpen zur Förderung der Reagenzien zur Neutralisation angesteuert. Am Ablaufrohr des Behälters für die Neutralisation erfolgt mit einer zweiten pH Wert und Temperatur-Messstelle eine Kontrollmessung, die den ordnungsgemäßen Ablauf der Neutralisation überwacht. Alle Messsignale und alle Betriebszustände werden an die zentrale Leitwarte der Brauerei übertragen.
Eine zusätzliche Sicherheit für die ordnungsgemäße Neutralisation, im Falle extremer pH Werte bei großem Durchsatz des Abwassers, stellt die integrierte Volumenstromregelung dar. Die Begrenzung des Durchflusses über den Überlauf wird im kritischen Fall durch die Messung des Volumenstroms mittels MID und Ansteuerung eines Regelventils über einen in der SPS integrierten Controllers erreicht.
Um einen möglichst zuverlässigen und wartungsarmen Betrieb des Dosier-Regelkreises zu ermöglichen, kommen bewährte und optimal aufeinander abgestimmte Komponenten ein und desselben Herstellers zum Einsatz.
Messwertaufnehmer
Der zur pH Wert Regelung und Kontrolle eingesetzte Messwertaufnehmer ist eine pH Elektrode des Typs PHEX 112 SE. Sie kann im Messbereich zwischen pH 1 und pH 12, bis zu einer Temperatur von 100°C und einem maximalen Druck von 6 bar eingesetzt werden. Die pH Elektrode besitzt ein großflächiges offenes Ringdiaphragma und einen Gel-Elektrolyten. Damit weist diese pH Elektrode auch bei verschmutztem Abwasser sehr gute Standzeiten auf. Der optional verfügbare, aufsteckbare Messumformer PHV1 wandelt das primäre Spannungssignal in das 4-20 mA Normsignal um, das mittels zweier Leiter übertragen und in einfacher Weise an Klemmen angeschlossen werden kann. Der besondere Vorteil dieser 2-Drahttechnik besteht bekanntlich in der störungsfreien Übertragung des Signals, auch über lange Distanzen hinweg.
Regler
Das im Regelkeis eingesetzte Regelgerät vom Typ D1Ca ermöglicht folgende Funktionen:
- die Verarbeitung, Anzeige und Auswertung des 4-20 mA Normsignals
- eine PID-Regelung
- die Ansteuerung von zwei Dosierpumpen
- die Programmierung von einem Alarm- und zwei Grenzwertrelais
- 2 frei programmierbare 0/4-20mA Normsignal-Ausgänge
- Steuereingang „Pause“ zum Ein- und Ausschalten der gesamten Regelung
- Anbindung eines weiteren D1Ca Gerätes (siehe pH Wert Endkontrolle)
Dosierpumpen
Hinsichtlich der chemischen Beständigkeit der medienberührenden Materialien stellen die zu dosierenden Reagenzien zur Neutralisation (53%-ige Salpetersäure und 15%-ige Natronlauge) besondere Ansprüche. Zur genauen und wartungsarmen kontinuierlichen Dosierung werden Membrandosierpumpen des Typs Beta 4 und Beta 5 mit speziellen Materialien für Dosierkopf und Dichtungen eingesetzt. Beide Pumpen weisen eine automatische Entlüftung für ausgasende Dosiermedien, einen Störmelderelais (abfallend) und variable Sauglanzen mit zweistufigem Niveauschalter (PVDF) auf.
pH Wert Endkontrolle
Die Messtelle für die pH Wert Endkontrolle besteht aus der oben beschriebenen pH Elektrode PHEX 112SE und einem Pt 100 Temperaturfühler. Beide Messwertaufnehmer sind an das Messgerät D1Ca angeschlossen, welches im Unterschied zu dem oben beschriebenen D1Ca-Regler keine Ausgänge für die Pumpenansteuerung besitzt. Dafür ist mit diesem Gerät die Kompensation des Temperatureinflusses auf den pH Wert auf Basis der gemessenen Temperatur möglich. Durch Verknüpfung der beiden D1Ca-Geräte kann auch der Temperatureinfluss auf die pH Wert Messung des Regelkreises kompensiert werden.
Zusammenfassung
Die vorgestellte Regelung einer Neutralisation zeigt exemplarisch den Aufbau eines Regelkreises zur Dosierung von Reagenzien mit an die Applikation angepassten und optimal aufeinander abgestimmten Komponenten. Die richtige Zusammenstellung und Ausführung der eingesetzten Komponenten entspricht dem Know-How des Anlagenbauers und ist für den zuverlässigen und wartungsarmen Betrieb genauso entscheidend, wie die hohe Qualität der Komponenten selbst. Ziel aller Bemühungen ist dabei immer der Kundennutzen, wie im vorliegenden Beispiel die Direkteinleitung des neutralisierten Abwassers der Brauerei in das kommunale Abwassernetz.
Das Urteil des Kunden
"Im Zuge des Neubaus unserer Anlage haben wir eine Neutralisatiom von ProMinent Dosiertechnik und Herding Abwassertechnik eingeführt. Die Anlage ist optimal auf unsere Bedürfnisse abgestimmt und erleichtert die Einhaltung der Vorschriften."
Dipl.-Braumeister Thomas Eichhorn, Leiter Technik, Heidelberger Brauerei GmbH, Heidelberg