Pall Aria™ System bewahrt Produzenten von Mineralwasser in Flaschen vor Werksschließungen
Übersicht
Quellwasser ist eine wertvolle natürliche Ressource, die gründlich gereinigt werden muss, bevor sie als hochreines, optisch ansprechendes Produkt in die Läden gelangt. Filtration ist dabei ein wichtiger Prozessschritt, um dauerhaft eine hohe Produktqualität zu erzielen. Jedoch können die Kosten für die Filtration je nach Qualität des Quellwassers hoch liegen. Einwegfilter sind zwar technisch gut umsetzbar, jedoch über lange Sicht angesichts schwieriger oder wechselnder Quellwasserqualität wirtschaftlich nicht nachhaltig. Bei immer höheren Ausgaben im Zusammenhang mit Einwegfiltern, Ausfallzeiten und Personalkosten wird ein rückspülbares Wasserreinigungssystem mit seinen wesentlich geringeren Betriebskosten für die Wasseraufbereitung sehr interessant. Das Pall Aria FB System für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie ist eine einzigartige Lösung für die Gewinnung von hochreinem Wasser und wird bereits weltweit zur Senkung der Kosten für Wasserfiltration und zur Gewährleistung der Produktsicherheit eingesetzt.
Die Herausforderung
Ein Anbieter von abgefülltem Wasser hat verschiedene Wasserprodukte in seinem Sortiment, darunter auch Quellwasser. Das Quellwasser beziehen sie dabei seit vielen Jahren von einem Lieferanten, der es aus einer Wasserschicht gewinnt und per Tanklaster an them1 liefert. Der Quellwasserlieferant ist in hohem Maß vom Abfüllbetrieb als zuverlässigen Abnehmer, seinen Hauptkunden, angewiesen. Nach der Anlieferung bei der Abfüllanlage muss das Quellwasser gereinigt werden, wozu auch gründliches Filtern gehört.
Bei den über die Jahre immer strenger gewordenen Anforderungen an abgefülltes Wasser in der hart umkämpften Branche musste das Unternehmen feststellen, dass die Ausgaben für die Filtration auf ein unwirtschaftliches Maß angewachsen waren. Darüber hinaus führten Schwankungen bei der Qualität des gelieferten Wassers zur häufigen Verblockung von Filtern, hohen Reinigungskosten, häufiger Auswechslung der Filter, erheblichen Ausgaben für Wasser für die Rückspülung des Aktivkohlebetts, gestiegenen Lohnkosten, Ausfallzeiten und einem ineffizienteren Betrieb. Jährliche Ausgaben für Filter von 2,16 USD je m3 Quellwasser (0,82 / 100 USD je US gal) waren keine Seltenheit und andere verfahrensbezogene Kosten sind darin noch gar nicht enthalten. Die wirtschaftliche Situation war dermaßen kritisch, dass bereits die Werksschließung und Verlagerung der Produktion in andere Schwesternwerke drohte, womit auch das Geschäft des Wasserlieferanten auf dem Spiel stand.
Die Lösung
Ein Pall Aria FB–4 System machte aus der Krise eine Win-win-Situation. Der Quellwasserlieferant hatte bis dahin sein Wasser nur minimal gefiltert und sah jetzt eine Gelegenheit, seinen Kunden durch eine Verbesserung der Wasserqualität an der Quelle einen Mehrwert zu bieten. Dazu mietete er sich versuchsweise eine Anlage von Pall. Die Ergebnisse waren überaus positiv, denn die Qualität des gefilterten Wassers hatte sich so stark verbessert, dass sich der Kunde bereits einen Monat nach Versuchsbeginn zum Kauf entschied. Um die Wartezeit bis zur Installation der verbesserten Lösung zu überbrücken, wurde bis zur Lieferung der neuen Anlage die gemietete Einheit weiter betrieben. Der Pall Advanced Separations Systems (PASS) Applications Support unterstützte mit dem Application Bulletin Mietkonzept die Installation des Pall Aria FB–4 Wasserfiltrationssystems und organisierte die Schulung der Bediener sowie die endgültige Inbetriebnahme. Während der Mietperiode wurde der Kunde im Hinblick auf den korrekten Betrieb beraten und bekam ein Verständnis des Leistungsvermögens der Anlage je nach Anwendung vermittelt.
Pall Aria FB ist ein automatisches, rückspülbares System, dass für die strengen Anforderungen an die Wasserqualität in der Lebensmittel- und Getränkebranche ausgelegt ist. Herzstück des Systems sind robuste MF-Membranen (Hohlfaser-Mikrofiltration) aus Polyvinylidenfluorid (PVDF). Der einmalige Vorteil dieser Membranen ist ihr homogener Aufbau. Dadurch haben sie über die gesamte Dicke dieselbe Porosität und Durchlässigkeit und erreichen so eine konstante Abscheideleistung. Diese Membranen mit 0,1 µm scheiden Feinstpartikel, organisches Material (Kolloide) und andere Verunreinigungen hervorragend ab, unabhängig von der Qualität des zugeführten Wassers oder Trübungsspitzen (im Rahmen von Grenzwerten wie bei den gängigsten Wasseraufbereitungsanwendungen üblich).
Die vom System erzeugte Wasserqualität übertrifft die herkömmlichen Verfahren bei Weitem: < 0,1 NTU Trübung, 0,1 mg/l Gesamt-Schwebstoffe (Total Suspended Solids, TSS) und ein Silt Density Index (SDI, ein Indikator für faulende Kolloide) von < 3. Zur Sicherstellung einer konsistenten und zuverlässigen Filtrationsleistung der Membranen kann täglich ein Funktionstest durchgeführt werden.
Wasser und seine löslichen Bestandteile passieren die Membranen als Filtrat bei einer Fließrichtung von innen nach außen. Während der direkten Filtration („Dead-End-Filtration“) sammeln sich abgeschiedene Feststoffe auf der Membranoberfläche und werden in einem geringen Abwasserstrom aus dem System abgeleitet. Hohe mikrobiologische Sicherheit wird zusätzlich durch die hygienische Edelstahlausführung und automatische Desinfektion nach einer Stillstandzeit von über 24 Stunden gewährleistet. Die hohe Systemregeneration (Wasserausbeute) von 95–98 % dieses vollautomatischen Systems wird durch einen einmaligen dreistufigen Ansatz ermöglicht:
- regelmäßige automatische Luftreinigung und mechanische Umkehrfiltration (AS/RF, air scrubbing/reverse flow), eingestellt auf 2–3 Minuten zwischen Filtrationszyklen von 45 Minuten
- kurze Enhanced Flux Maintenance (EFM, Wartung zu Verbesserung der Filtrationsleistung) mit basischen und sauren Mitteln sowie Desinfektion alle 7 Tage
- Cleaning-in-Place-Verfahren (CIP, Reinigung vor Ort) mit basischen und sauren Mitteln sowie Desinfektion einmal monatlich. Durch diese Schritte ist ein konstanter Flux während des Betriebs und eine lange Lebensdauer der Membran von typischerweise über drei Jahren sichergestellt.
Viele Endnutzer berichten von einer problemfreien Lebensdauer der Membranen von 5–10 Jahren bei korrektem Betrieb und korrekter Wartung des Systems. Die einzigen laufenden Betriebskosten während der Lebensdauer der Membranen sind Stromkosten für die Versorgung der Pumpe des Systems und Druckluft für die Luftreinigung sowie Kosten für Chemikalien zur Reinigung und Desinfektion der Ausrüstung. Dabei handelt es sich nur um minimale laufende Ausgaben. Die gesamten Ausgaben für Strom und Chemikalien zuzüglich der geschätzten Kosten für den Austausch der Membranen werden bei dieser Anwendung auf 0,03 USD je m3 (0,01 / 100 USD je US gal)2 geschätzt. Das Pall Aria FB–4 System beim Quellwasserlieferanten liefert nun bis zu 22,7 m3/Stunde (100 US gal/min) Wasser bei konstant hoher Qualität von der Quelle für Endnutzer3. Mit einer Stellfläche von ca. 22 m2 (237 ft2) ist das System kompakt und kann eigenständig eingesetzt werden. Es verfügt über 4 Filtrationsmodule, ein Bedienfeld, ein Vorfiltersieb, eine Pumpe, Rohrleitungen, Ventile, Durchfluss-, Druck- und Temperatursensoren sowie eine CIP-Station. Jedes der Hohlfasermodule hat eine Filterfläche von 50 m2 (538 ft2) für insgesamt 200 m2 (2152 ft2). In diesem Beispiel wurde das Wasser aus der Quelle zuvor nicht nennenswert behandelt.
In anderen Fällen, wo konventionelle Ansätze zur Wasseraufbereitung verfolgt werden (etwa Sand- und Multi-Medien-Filter), erzeugen Pall Aria Systeme Filtrate von hervorragender Qualität bei erwiesenermaßen hoher Wirtschaftlichkeit. Üblicherweise rechnet sich die Anlage nach ungefähr 1–2,5 Jahren, je nach Größe und Art. Tabelle 1 zeigt einen Vergleich. Der Hauptkunde des Quellwasserlieferanten, der Wasserabfüller, profitierte von der höheren und konstanteren Wasserqualität, die unmittelbar zu einer Verbesserung seines Verfahrens und geringeren Kosten für die Filtration führte.
Die Ausgaben für Einwegfilter im -Werk halbierten sich. Außerdem konnte die Häufigkeit der Rückspülungen von 4 Mal pro Woche bei einem Wasserverbrauch von 34–38 m3 (9.000–10.000 US gal) je Rückspülung auf einmal alle 2 Wochen gesenkt werden, wodurch bei diesem Verfahren 87,5 % bzw. 54.600 USD pro Jahr an Wasserkosten eingespart wurden. Zu guter Letzt haben die Kosteneinsparungen insgesamt, u. a. bei Lohnkosten, Reinigungschemikalien und damit zusammenhängenden Prozessen, das Ruder herumgerissen und den Standort gerettet. Die Installation des Pall Aria FB–4 Systems beim Quellwasserlieferanten hat für ihn einen solchen Mehrwert gebracht, dass sich das System bereits in weniger als 1,5 Jahren amortisiert hat.
Die Vorteile
Das Pall Aria FB–4 System wurde zur Grundlage einer weiteren Zusammenarbeit zwischen dem Quellwasserlieferanten und dem Abfüller.
Die Vorteile für den Wasserlieferanten sind:
- Ein neuer Mehrwert für seine Kunden durch konstant hohe Wasserqualität, weitestgehend unabhängig von Schwankungen beim Quellwasser oder Trübungsspitzen
- Geringe Betriebskosten (Strom, chemische Reinigungsmittel) des Pall Aria Systems • Effizienter Betrieb bei langer Betriebszeit • Einfacher und unkomplizierter Betrieb, da vollautomatisch (für konstanten und zuverlässigen Flux, berechenbare Leistung, minimalen Wartungsaufwand und marginale Personalkosten)
- Nachweis der Filterleistung mit einem einfachen Funktionstest
- Einfache und platzsparende Installation dank geringer Stellfläche von 22 m2 (237 ft2)
Die Vorteile für den Abfüllbetrieb sind:
- Ein wesentlich wirtschaftlicherer Betrieb durch halbierte Kosten für Einwegfilter und beträchtliche Einsparungen bei Wasser, Reinigungschemikalien und Personalkosten
- Positiver Effekt für die Umwelt durch Wassereinsparung von 87,5 % bei der Reinigung des Aktivkohlebetts
- Gesteigerte Rentabilität, die den Betrieb des Werks wieder rechtfertigt und Personalabbau verhindert
Pall Aria Systeme reinigen in Hunderten weiteren Betrieben der Getränke- und Lebensmittelindustrie weltweit Wasser verschiedenen Ursprungs (Quellen, Oberflächenwasser, Brunnen, aus der kommunalen Wasserversorgung), ermöglichen prozessinternes Wasserrecycling und bieten die direkte Filtration von abgefülltem Wasser, Verschnittwasser sowie Ausgangwasser für Lebensmittel und Getränke. Das geringere Risiko von Produktkontaminationen und den damit verbundenen Verlusten, die geringen Betriebskosten für die Wasseraufbereitung und der minimale Bedienaufwand machen diese Systeme so außergewöhnlich.
Fußnoten
- Die Vorschriften können im Hinblick auf die für die Gewinnung, den Transport und die Verarbeitung von abgefülltem Quellwasser verwendeten Methoden je nach Region variieren. Die im Prozessflussdiagramm gezeigten Schritte zeigen beispielhaft den Ansatz eines einzelnen Herstellers.
- Bei Stromkosten von 0,11 USD je kWh
- Die Kapazität beruht auf der Rohwasserqualität.
- Die Zahl beruht auf monatliche CIP-Reinigung. Tägliche EFM, würde normalerweise nur bei der Behandlung von Kläranlagenablauf zusätzlich 0,1 kWh/m3 (0,038 kWh/100 US gal) verbrauchen.
- Die Zahl beruht auf die Aufbereitung von Rohwasser mit Pall Aria FB bei typischen Quellen, Stromkosten von 0,11 USD je kWh und typischer Membran-Lebensdauer, je nach Anwendung
Über Pall Corporation
Die Pall Corporation ist weltweit führend im Bereich Filtration, Separation und Reinigung und erfüllt die anspruchsvollen Anforderungen der Kunden aus der Life Sciences-Branche und der Industrie an das Fluidmanagement. Gemeinsam mit unseren Kunden arbeiten wir an der Modernisierung von Technologien in den Bereichen Gesundheit, Sicherheit und Umwelt. Pall Food and Beverage bietet Produkte und Services zur Sicherung der Produktqualität und Prozesszuverlässigkeit in der Lebensmittel- und Getränkebranche. Unsere Lösungen tragen auch zum Verbraucherschutz, zur Senkung der Betriebskosten und zur Abfallminimierung bei.
