Umgang mit Gärungsabfallflüssigkeit

Mit der rasanten Entwicklung der Biotechnologie hat die Fermentation in Bereichen wie Pharmazie, Lebensmittelindustrie, Landwirtschaft und Chemieingenieurwesen weite Verbreitung gefunden und beachtliche wirtschaftliche und soziale Vorteile gebracht. Die dabei entstehenden großen Mengen an Abfallflüssigkeiten – die sogenannte Fermentationsabfallflüssigkeit – können jedoch die Umwelt stark belasten, wenn sie nicht fachgerecht und effektiv behandelt werden. Daher ist die sichere, wirtschaftliche und effiziente Entsorgung von Fermentationsabfallflüssigkeit zu einer wichtigen Herausforderung für viele Unternehmen der Biotechnologie geworden.

Dieser Artikel stellt systematisch die Quellen, die Eigenschaften der Komponenten und die gängigen Behandlungstechnologien von Fermentationsabfallflüssigkeiten vor und soll Unternehmen dabei helfen, ihr Umweltschutzniveau zu verbessern und eine umweltfreundliche Produktion zu erreichen.

I. Was ist Gärungsabfallflüssigkeit?

Als Fermentationsabfallflüssigkeit bezeichnet man die flüssigen Abfälle, die nach der Trennung und Extraktion der während des biologischen Fermentationsprozesses entstehenden Produkte übrig bleiben. Sie stammen üblicherweise aus folgenden Quellen:

• Gärtank Restflüssigkeit: Die nach Abschluss der Fermentation verbleibenden Bakterien und das Kulturmedium, die nicht verbraucht wurden.
• Zwischentrennflüssigkeit: Das Filtrat nach der Extraktion der Wirkstoffe (wie Antibiotika, Aminosäuren, Vitamine usw.).
• Reinigung und Entwässerung: Das bei der Gerätereinigung entstehende Abwasser enthält Restkulturmedien, organische Stoffe und Mikroorganismen.

MIKEBIO Flüssigfermentationssystem

II. Hauptbestandteile der Fermentationsabfallflüssigkeit

Im Vergleich zu herkömmlichen Industrieabwässern weist die Fermentationsabfallflüssigkeit einige bemerkenswerte Eigenschaften auf:

Zutatenart	Merkmale
Hohe organische Belastung	Die Konzentrationen von CSB und BSB sind hoch und liegen üblicherweise über 2000 bis 10000 mg/L.
Reich an Stickstoff und Phosphor	Es enthält große Mengen an Protein, Ammoniakstickstoff und Phosphor und neigt dazu, zur Eutrophierung von Gewässern beizutragen.
Enthält mikrobielle Überreste	Einschließlich Bakterien, extrazellulärer Metaboliten und intrazellulärer Substanzen
Große pH-Wert-Schwankungen	Der Säure- und Basengehalt variiert und muss angepasst und neutralisiert werden.
Haben einen besonderen Geruch	Es wird aus organischen flüchtigen Substanzen und Sulfiden hergestellt.
Gute biologische Abbaubarkeit	Es begünstigt die Anwendung biologischer Behandlungstechnologien.

III. Allgemeine Ideen zur Behandlung von Gärungsabfallflüssigkeiten

Ziel der Behandlung von Gärungsabfallflüssigkeiten ist die Entfernung organischer Schadstoffe, die Reduzierung der Toxizität und die Erreichung von Standardableitungen oder Ressourcennutzung. Sie folgt üblicherweise einem dreistufigen Prozessablauf: „Vorbehandlung → Hauptbehandlung → weitergehende Behandlung“.

1. Vorbehandlungsphase

Ziel ist es, große Feststoffpartikel zu entfernen, den pH-Wert und die Wassertemperatur anzupassen und die nachfolgende Belastung zu reduzieren.

• Rost und Absetzbecken: Bakterienrückstände und große Partikel entfernen;
• Neutralisationstank: pH-Wert der Abfallflüssigkeit einstellen;
• Homogenisierungstank: Gleicht Schwankungen in Wasserqualität und -menge aus.

2. Hauptverarbeitungsphase

Biologische Behandlungsmethoden sind in der Regel der Hauptansatz, ergänzt durch physikalisch-chemische Verfahren.

(1) Aerobe biologische Behandlung

Es wird häufig zur Behandlung von Abwasser mittlerer und niedriger Konzentration eingesetzt und eignet sich für Fermentationsabwässer mit starker biologischer Abbaubarkeit.

Gängige Techniken:

Belebtschlammverfahren (A/O, A2/O, SBR)

Biofilter, biologische Kontaktoxidation

Membranbioreaktor (MBR)

✅ Vorteile: hohe Verarbeitungseffizienz, ausgereifter Betrieb;

❌ Nachteile: Benötigt Sauerstoff und verbraucht viel Energie.

(2) Anaerobe biologische Behandlung

Es eignet sich für hochkonzentrierte organische Abfallflüssigkeiten und kann in Kombination mit aeroben Prozessen eingesetzt werden.

Gängige Techniken:

UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)

IC-Reaktor

Anaerobe Filterbetten usw.

✅ Vorteile: Gasproduktion (Biogas), Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung;

❌ Nachteile: Lange Anlaufzeit, empfindlich gegenüber der Wasserqualität.

(3) Physikalische und chemische Verfahren zur Hilfsbehandlung

Es eignet sich für den Einsatz in Kombination mit feuerfesten Stoffen und unter hohen Belastungen.

Flockung und Sedimentation

Adsorptionsverfahren (z. B. Aktivkohle);

Elektrokoagulations- und Luftflotationstechnologien.

IV. Fortschrittliche Verarbeitungs- und Wiederverwendungstechnologie

Vor Erreichen der Standardentsorgungs- oder Wiederverwendungsnormen ist häufig noch eine Tiefenreinigung erforderlich.

1. Membrantrennungstechnologie

Verfahren wie Nanofiltration (NF), Umkehrosmose (RO), Ultrafiltration (UF) usw. können zur Wiederverwendung von Wasser oder zur Konzentration von Rückständen eingesetzt werden.

2. Adsorption an Aktivkohle

Entfernen von Spurenmengen an schwer abbaubaren organischen Stoffen, Gerüchen, Farbstoffen usw.

3. Ozonoxidation/Fortgeschrittene Oxidation (AOP)

Es wird verwendet, um die „letzte Meile“ zu bewältigen, wenn die COD-Entfernungsrate nicht dem Standard entspricht.

V. Ansätze zur Ressourcennutzung von Fermentationsabfallflüssigkeiten

Neben dem Modell „Aufbereitung bis zum Standard + Einleitung“ hat sich in den letzten Jahren die Ressourcennutzung zu einem Trend entwickelt:

1. Es wird zur landwirtschaftlichen Düngung verwendet.

Einige Aminosäuren, Proteinhydrolysate und Bakterien sind reich an Nährstoffen und können als Rohstoffe für organische Düngemittel verwendet werden (eine Entgiftung ist erforderlich).

2. Biogas-Stromerzeugung

Das durch anaerobe Behandlung erzeugte Biogas kann innerhalb der Fabrik zum Heizen und zur Stromversorgung genutzt werden, wodurch ein Energiekreislauf entsteht.

3. Bereiten Sie bioorganische Düngemittel oder Futtermittel vor.

Vermischen Sie die Gärreste mit anderen organischen Stoffen und wandeln Sie sie durch Kompostierung in Düngemittelprodukte um.

VI. Typischer Fall: Die Aufbereitung von Gärungsabfallflüssigkeit in einer Antibiotikafabrik

• Herkunft der Abfallflüssigkeit: Filtrat nach Extraktion aus Cephalosporin-Fermentationsflüssigkeit;
• Eigenschaften der Abfallflüssigkeit: CSB 6500 mg/L, Ammoniakstickstoff 150 mg/L;
• Verarbeitungsablauf:
• Vorbehandlung (Fällung + Neutralisation)
• UASB-Anaerobreaktor
• Kontaktoxidationstank
• MBR-Membranbehandlung
• Das Abwasser wird zur Toilettenspülung und Begrünung wiederverwendet.
• Ergebnis: Der CSB-Wert im Abwasser lag unter 50 mg/L und der Ammoniakstickstoffgehalt unter 10 mg/L, womit die örtliche Norm der Stufe A erfüllt wurde.

MIKEBIO Pilotanlage zur Fermentation von Probiotika

VII. Fazit: Ein entscheidender Schritt hin zu einer umweltfreundlichen Produktion

Angesichts der verschärften Umweltauflagen und der Förderung der ökologischen Transformation von Unternehmen ist die sachgerechte Behandlung von Gärungsabfallflüssigkeiten nicht nur eine umweltpolitische Verpflichtung, sondern auch eine der Kernkompetenzen für die nachhaltige Entwicklung von Unternehmen.

Moderne Biofabriken sollten wissenschaftlich fundierte und vernünftige Kombinationsverfahren auf der Grundlage der Zusammensetzung, des Outputs und der Behandlungsziele der Abfallflüssigkeit auswählen und dabei auf Ressourcennutzung und Energierückgewinnung achten, um das grüne Governance-Ziel der „Reduzierung, Unschädlichkeit und Ressourcennutzung in einer Dreifaltigkeit“ zu erreichen.

Andererseits, bei der Auswahl eines Bioreaktor GärbehälterUm die Produktqualität zu gewährleisten, ist es notwendig, einen zuverlässigen Hersteller mit gutem Ruf und entsprechender Leistungsfähigkeit zu finden. Jiangsu Mike Biotechnology Co., Ltd. wurde 2008 gegründet und ist ein Hightech-Unternehmen, das sich auf die Forschung und Entwicklung, Produktion und den Vertrieb von Anlagen zur biologischen Fermentation spezialisiert hat. Unser Unternehmen verfügt über eine Pilotfermentationsplattform mit integrierter Intelligenz und Automatisierung sowie ein ausgereiftes Fermentationssystem. Dieses ermöglicht die Optimierung des Pilotfermentationsprozesses, die Inbetriebnahme aller Prozessschritte von der Pilotfermentation bis zur Trennung und Reinigung der Fermentationsprodukte und die Einrichtung einer Doktorarbeitsstation sowie eines modernen Labors.

Unser Unternehmen verfügt über eine standardisierte Produktionsanlage mit kompletten Ausrüstungssätzen und Werkzeugen, die für die Installation erforderlich sind. Dazu gehören hauptsächlich verschiedene Werkzeugmaschinen, eine automatische Argon-Lichtbogenschweißanlage, eine automatische Poliermaschine, eine automatische Schneidemaschine und eine Fehlererkennungsmaschine sowie mehr als 60 weitere Produktions- und Prüfgeräte. Der gesamte Produktionsprozess entspricht modernen Standards, um den Kunden professionelle Qualität und technischen Support zu bieten.