Wasserverbrauch und –optimierung bei der CIP-Reinigung Dr.-Ing. Martin Hübner 26. Sept. Solothurn

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Die Lebensmittelindustrie setzt ambitionierte Ziele

Im Durchschnitt 10 bis 20 % verringerter

Wasserverbrauch bis 2020

Frischwasser-Knappheit

Optimierte Prozesse und Wiederverwendung

von Wasser

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Wasserverbrauch in der Milchwirtschaft

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► Geschätzter Wasserbedarf pro Liter Milch ~ 100 l ►  Wasserverbrauch in Molkerei ~ 1 l

► Gesamt Milcherzeugung in 27 EU Staaten 152 Mill to (*) ► Wasserbedarf in der EU Milchwirtschaft ~152 Mill m3/a

► Einsparungsziel in 10 Jahre bis 2020 > 20% entspricht 34 Mill m3/a Wasser

(*) Zahl von 2011 70% vom Bodensee

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Wasserverbrauch in einer Molkerei

► Detailwissen wo wird wie viel Wasser verbraucht fehlt §  Weichwasser ? % L FW / kg Milch §  Kesselspeisewasser ? % ″ §  Kühlwasser ? % ″ §  Produktionsanlagen ? % ″ §  Reinigung

§  CIP Anlagen ? % ″ §  Maschinen/ Gebäude ? % ″

§  Haustechnik ? % ″

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Aufteilung des Wasser-Einsparpotentials Bei einem Einsparpotential von 20 % teilen sich diese typischerweise wie dargestellt auf

Produktion (Planung) Mischphasen Wasser

Aufbereitung Automation / Meßtechnik

Produktionsprozess

Produktion (Verfahren)

Automatisierung

CIP und Rückgewinnung

CIP

30% 10% 5% 5% 40% 10%

Identifikation des Optimierungspotentials

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Identifikation des Optimierungspotentials Modellieren / Messen / Bilanzieren

Produkt Emissionen Abwasser, Abfall…

Rohprodukt Energie Wasser

Bereichserfassung Material, Energie- und Wasserströme

Bereichsermittlung für z.B. CO2 (Carbon Footprint LL/2011-11-11

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Detaillierte Erfassung der Wasserströme

CIP

Evaporator condensate

Separator cooling water

Homogenizer cooling water

Deaerator cooling water

Shaft seal water

Whey filtration

Utility

Process

Raw water Process /product water factor 0,5 -2,0 l per l of milk Water treatment

White water treatment

High grade water treatment

Waste water treatment

Packaging

Final rinse return

Pre rinse

Final rinse

Flush

Boiler condensate Air or Refrigeration Compressor cooling

Sludge

30-50 % of total water consumption

factor x l of product

factor x l of product plus ingredient water

20 % of total water

100 l/h per 1000 l product

20 l/h per 1000 l product

100-150 l/h

Branded Module, water at sterilization 6-8 % of production capacity

Past milk and UHT line respective 350 & 170 l per 1000 l product

Mix phases, Flush Pre rinse return

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Optimierungspotential Wasserverbrauch ► Anlagenlayout, -aufstellung

Rohrleitungsdimensionierung – führung ► Neue Prozesskonzepte ► Anlagen- und Maschinen und Komponentenoptimierung ► Produktionsplanung, Batchgrößen anpassen

an Anlagenstandzeit ► Vermeidungsmassnahmen

−  Wärmeschaukelkonzepte (statt Frischwasser für Kühlung) −  Vorkühlung mit Kühlturmwasser (statt Frischwasser) −  Reduzierung von Sperrwasser

► Rückgewinnung / Aufbereitung von Wässern ► Messtechnik und Automationsniveau ► Optimierung der Reinigung und Reinigungskonzepte

Neue Prozesskonzepte; Anlagen- / Maschinen- und Komponentenoptimierung Vermeidungsmassnahmen

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Neue Verfahren UHT-Milch Herstellung in einem Schritt ohne Pasteurisation und Zwischenlagerung

35% Platzeinsparung 60% Wassereinsparung

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► Standzeitverlängerung von 20 auf 26 h

Standzeitoptimierung bei der Erhitzung Tetra Therm Aseptic Flex

(*) Erhitzungsanlage 15.000 l/h /5.000 h/a

- 1.000 m³/a 30% Wassereinsparung

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► Spülen mit Molke ► Verbesserungen in der Anlagenkonzeption ► Reduzierte Produktreste ► Verlängerte Standzeit (von 25 auf 30h) ► Reduzierte CIP Zeiten

Anlagenoptimierung Tetra Tebel Casomatic SC7 vs. CSC 6.3

100%0Lubricant, cm3/1000 kg cheese

>90%0.02BOD effluent load, g O2/1000 kg cheese

96%0.02Product waste, g/1000 kg cheese

61%0.2Fresh water, m3/1000 kg cheese

53%2.8Carbon footprint, kg CO2/1000 kg cheese

8%5.6Electricity, kWh/1000 kg cheese

Improvement vs. CSC 6.3

CSC 7.0

Environmental indicator

100%0Lubricant, cm3/1000 kg cheese

>90%0.02BOD effluent load, g O2/1000 kg cheese

96%0.02Product waste, g/1000 kg cheese

61%0.2Fresh water, m3/1000 kg cheese

53%2.8Carbon footprint, kg CO2/1000 kg cheese

8%5.6Electricity, kWh/1000 kg cheese

Improvement vs. CSC 6.3

CSC 7.0

Environmental indicator

- 19.000 m³/a 65% Wassereinsparung

(*) Bei 60.000 to/a Käse

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► Drosselung von Sperrwassers −  Einsparung bis 3% Frischwasser Betrieb “weisse Linie” mit 1 Mill l/d

► Standardsystem für Aufbereitung von Gleitringwasser −  Wasseraufbereitung über ein Filtersystem −  z. B. für Filtrationsanlagen mit mehreren Pumpen −  Sammelleitung im Keller

Reduzierung Gleitringwasserverbrauch Reduzierung, Geschlossene Gleitringwasserlösung

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Komponentenoptimierung

Einsparung mit richtigen Sprühkugeln

Wirkung: 10% 70% 100% Benetzung: Kaskadierung Verwirbelung Indexmuster Durchfluss + Zeit: 100% 70-75% 40-50%

Sprühkugel Rotarierende Sprühkugel Zielstrahlreiniger

Wasserrückgewinnung

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Spülmilchrückgewinng Umkehrosmose-Anlage, Tetra Alcross

►  Spülmilchrückgewinnung aus Milch-Mischphasen. ►  Wiedervertung vom Retentat

−  in Joghurt, Ice Cream, Käse, Milchpulver ►  Wiedervertung vom Permeat

−  als Vorspülwasser für CIP, Aufbereitet für Kesselspeisewasser etc. ►  Reduktion der Schmutzfracht im Abwasser

−  CSB ~ 75-120 ppm; mit Polishing < 50 ppm

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Kondensat aus dem Verdampfer

Umkehr- osmose

Remineralisierung Denitrifikation

UV

►  Umkehrosmose zur CSB Reduzierung ►  UV Desinfektion ►  Aktive Kohlefilter Behandlung ►  Wasser Re-Mineralisierung für pH Einstellung ►  Denitrifikation von Harnstoff (führt gegebenenfalls zur

Verschleimung) ►  TOC Messung – Überwachung organischer Substanzen ►  Cl Desinfektion als 2. hygienische Massnahme ►  pH, Leitwert und Temperaturmessung

Cl-Des- infekton

TOC Kontrolle

Internal

Aktiv kohle

Brüdenaufbereitung zu Trinkwasser

Denitrifikation Unter Denitrifikation versteht man die Umwandlung des im Nitrat gebundenen Stickstoffs zu molekularem Stickstoff und Stickoxiden, durch bestimmte heterotrophe und einige autotrophe Bakterien, die demnach als Denitrifikanten bezeichnet werden

Wassereinsparung in der CIP-Reinigung

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Optimierungspotential bei der CIP

► Dezentralisierung der CIP Station ► Austausch von Frischwasser gegen aufbereitetes Wasser (ausser für letzte

Spülung) ► Rezeptgesteuerte Mischphasentrennung in Spülschritten ► Bedarfsgerechte Reinigung

z.B. mit IntelliCIP ► Einsatz von Einphasenreiniger (bisher nur üblich bei der Tanklastwagenreinigung/

Rohmilchbereich und in wenigen Fällen für Prozessanlagen)

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Reinigungsschritte bei der CIP Vorspülung •  Wasser bei 40-60°C •  Entfernung von Zucker Abschmlezung von Fetten

Laugenzirkulation •  Entfernung von Proteinen und Fetten

Spülung •  Ausspülen des gelösten Schmutzes und Entfernung der Lauge.

Säurezirkulation •  Lösen der mineralischen Salze und der Ablagerungen aus hartem

Wasser.

Schlussspülung •  Spülung

•  Ausspülen des gelösten Schmutzes und Entfernung der Säure

Schritt 1-4 mit aufbereitetem Wasser

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Wasserbedarfsvergleich Zentrale versus dezentrales Reinigungskonzept ► Vergleich basierend auf:

§  80 Reinigungsobjekte (Betrieb1 Mio. kg Milch pro Tag) §  72.000 Spülwasserphasen pro Jahr §  Mittlere Rohrleitungslänge ∆ 80 m

►  Investition: §  Mehrkosten dezentralisiertes CIP ~ Faktor 2.1 (650.000 + 750.000.-€)

► Wassereinsparung: §  Wasserreduktion um 17.000 m³/a §  Reduktion des spezifischen Wasserverbrauchs um ~ 4% §  Kosteneinsparung ~ 50 – 70.000.-€/a (rechnet sich so alleine nicht) §  Zusätzlich Einsparung Reinigungsmittel/Zeit

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Tetra CipFlex

/ 23 Product & Water Saving

DN / Juni 2012

► Die CIP Anlage ermöglicht individuelle Reinigungsparameter für jeden Reinigungskreis. Die Entscheidung über die ”Sicherheitsmarge“ für eine effektive Reinigung, obliegt dem Betreiber.

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...Ziele sind erreichbar... Frischwasserverbrauch in der Milchwirtschaft

► Betriebe mit einem klaren Wassermanagement haben eine Einsparung von 10-15% in den letzten 10 Jahren erreicht.

► Die Ziele weiter den Wasserbedarf um 10 bis 20 % zu reduzieren ist möglich

► Einsparung von Wasser ist ein kontinuierlicher Optimierungsprozess

► Der Anlagenbauer/Lieferant von Prozesslösungen trägt dazu bei in dem er Anlagen und die Gesamtplanung optimiert und Automations- und die messtechnischen Grundlagen motiviert und schafft um den kontinuierlichen Optimierungsprozess im Betrieb zu unterstützen

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Die Molkerei der Zukunft

► Reduktion von Frischwasser um > 50% - mit Wasseraufbereitungssystemen

► Referenzbetrieb für Konsummilch setzt heute bereits 50% mit RO-Anlagen aufbereitet Wasser ein.

► Trocknungswerke können mit der Aufbereitung von Brüden zu Trinkwasser zu Wasser-Selbstversorger werden

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