Během exkurze po kongresu IWA v2022  Kodani jsem měl příležitost se podívat do recyklační úpravny procesních vod v pivovaru Carlsberg ve Fredericii. Exkurze probíhala v pátek 16. září 2022 po exkurzi na ČOV Odensee, která má posledních několik let kladnou energetickou bilanci. Přejezd mezi Odensee a Fredericií nás všechny příjemně naladil. O zábavu a osvětu se staral místní herec v roli Hanse Christiana Andersona, který bavil celý autobus úryvky z pohádek, vysvětlováním konotací a zpíváním písniček. No, a když si k tomu představíte náš cíl, exkurzi do světoznámého pivovaru, nálada byla skvělá a očekávání byly vysoké. Musím říct, že realita předčila mé očekávání.

Zatímco v roce 2015 byla spotřeba vody 3,5 l na 1 l vyrobeného piva, dnes je to méně než polovina, 1,65 l vody na jeden litr piva.  Pro výrobu piva se používá voda z podzemních zdrojů. Největší podíl na spotřebě vody v pivovaru představuje voda na mytí a čištění výrobních zařízení a hal, může to být až 6O – 65 procent z celkové spotřeby vody. V pivovaru firmy Carlsberg ve Fredericii se zaměřili na recyklaci těchto vod. Kapacita recyklační úpravny je 1 800 m³ vody/den. Recyklovaná voda se používá na čištění a mytí provozů. Na obr. 1 je celkový pohled na pivovar Carlsberg ve Fredericii, Dánsko. Nová recyklační úpravna vody je v popředí.

„V Carslbergu jsme velmi hrdí na uznání pivovaru ve Fredericii za pivovar s nejnižší spotřebou vody pro výrobu piva na světě. Voda je základní ingrediencí ve všech našich produktech, takže úspory vody jsou nejvyšší prioritou. S novou recyklační úpravnou vody jsme dosáhli snížení spotřeby vody v pivovaru ve Fredericii na polovinu a v podstatě eliminovali plýtvání vodou. Pro rok 2030 jsme si globálně stanovili cíl nulového plýtvání vodou a tato úpravna bude platformou pro školení personálu naších ostatních pivovarů po celém světe. To je velké uznání pro všechny partnery zapojené v tomto projektu“ - říká Peter Haahr Nielsen, generální ředítel Carlsberg Denmark (2).

Obr. 1 Celkový pohled pivovar Carlsbeg ve Fredericii, recyklační úpravna vody v popředí se skládá z čistírenské části, úplně vpředu, a vodárenské části v hale vedle obou válcových nádrží (1)

Pivovar ve Fredericii byl otevřen 25. září 1979. Nová recyklační úpravna procesních vod byla otevřena 6. května 2021. Projekt této úpravny byl zpracován ve spolupráci dánských firem. Inovativní přístup návrhu radikálně vylepšil bilanci spotřeby vody. Bilance vody do otevření této nové recyklační úpravny vody je na obr. 2. Do otevření nové recyklační úpravny vody bylo na výrobu jednoho litru piva potřeba 2,8 l vody, kterou pivovar nakupoval z veřejného vodovodu. Z přímé spotřeby 1,07 l na výrobu jednoho litru piva se 0,02 l odpaří ve varně, 0,08 l odchází s použitým mlátem a 0,02 v přebytečných kvasnicích. Výsledné pivo se skládá z 0,95 l vody a 0,05 l etanolu. Z 1,73 l procesní vody potřebné pro výrobu piva se 0,08 l odpaří v chladící lince a 0,04 mizí ve strojích, na podlahách apod. Zbylých 1,61 l vody je odpadní voda, která byla vypouštěna do veřejné kanalizace.

Obr. 2, a Bilance spotřeby vody do vybudování nové recyklační úpravny vody
(City Water – voda z veřejného vodovodu, Product water – voda pro výrobu piva, Brewhouse – varna, Product, B&P – produkt – pivo a nápoje, Cooliong Plant – chladící linka, Machines, flors etc. – stoje, podlahy atd., Product – pivo, Spent grain – použité mláto, Surplus yeast – přebytečné kvasnice;  Process water – provozní voda, CIP, Utilities & others – čištění potrubí a technologických zařízení, úklid a další, Wastewater – odpadní voda do veřejné kanalizace

Obr. 2. b Bilance spotřeby vody po uvedení nové recyklační úpravny vody do provozu (City Water – voda z veřejného vodovodu, Product water – voda pro výrobu piva, Brewhouse – varna, Product, B&P – produkt – pivo a nápoje, Cooliong Plant – chladící linka, Machines, flors etc. – stoje, podlahy atd., Product – pivo, Spent grain – použité mláto, Surplus yeast – přebytečné kvasnice; Process water – provozní voda, CIP, Utilities & others –čištění potrubí a technologických zařízení, úklid a další, Wastewate r – odpadní voda, WRP – recyklační úpravna vody, Excess sludge – přebytečný kal, Concentrate to public wastewater – koncentrát do veřejné kanalizace.

Po uvedení nové recyklační úpravny vody do provozu se bilance vody podstatně změnila. Zatímco množství vody potřebné přímo pro výrobu piva se nezměnilo, pro procesní účely se nově odebírá pouze 0,29 l vody na 1 l piva (tj. 16,75 procenta). Do odpadu odchází 0,002 l vody na 1 l piva v podobě přebytečného kalu a 0,17 l na 1 l piva v podobě koncentrátu do veřejné kanalizace. 1,44 l vody/l vyrobeného piva se vrací zpět do procesu. Celková spotřeba vody tak klesla z 2,8 na 1,36 l vody na jeden litr vyrobeného piva.

Pro výrobu piva je používána podzemní voda z veřejného vodovodu. Recyklovaná voda je použita výhradně na čištění technologických zařízení na výrobu piva, na mytí provozů, a další podobné účely.

Obr. 3 Detailní letecký pohled na recirkulační úpravnou (3)

Obr. 4 Technologické schéma recyklační úpravny (Wastewater form carlsberg pruduction – opdandí vody z výroby piia Carlsberg, Pump Fit & Mechanical Screens – čerpání a jemná bubnová síta, Buffer tank – vyrovnávací nádrž, Anaerobic Treatment – anaerobní čištněí, Aerobic Treatmetn – aerobní čištněí, SLudge treatment – úprava kalu, Excess Sludge Removal – odvoz přebytečného kalu,  Chemical dosing – dávkování chemikálií, UF Filtration – ultrafiltrace, RO Filtration . Reversní osmóza, Post Treatment - doúprava

Obr. 5. Umístění jednotlivých procesů v recyklační úpravně
Fine screens – jemná síta, Calamity tank – havarijní nádrž, Balancing tank – vyrovnávací nádrž, UASB – (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) – metan produkující vyhnívací zařízení, Aerobic reactor – aerobní reaktor, MBR – membránový bioreaktor, RO . reversní osmóza.

Na obrázcích 4 a 5 je přehled použité technologie. Na obr. 5 vpravo od haly jsou umístěny rozvaděče a nádrže na chemikálie, naproti nim je dávkování.

Proces

Z čištění a mytí výrobních zařízení a provozů se do recyklační úpravny vody dostává voda přes vyrovnávací nádrž. Účelem vyrovnávací nádrže o objemu 800 m3 je vyrovnávat rozdíl mezi přítokem a průtokem úpravnou, vyrovnávat kvalitu vody a okyselování odpadní vody.

Odpadní voda s obsahuje zbytky piva, kvasnic, etiket ad. Nejdříve prochází hrubým předčištěním - sítovými filtry. Shrabky mají rezavou barvou a příjemně voní po chmelu a po pivu. Intenzivní vůně, nedá se to popsat jako zápach, by se líbila i laikům v čistírenství. Kapacita dvou sít je 160 m3.hod-1. Síta jsou samočistící s velikostí ok 0,5 mm.

Havarijní nádrž má objem 1 000 m3 a je určena pro odpadní vody, které jsou mimo rozsah, který je možné zpracovat v recyklační úpravně. Jedná se například o vody s příliš vysokým nebo příliš nízkým pH, s vysokou chemickou spotřebou kyslíku a účelem je vyrovnat kvalitu odpaní vody.

Obr. 6 Anaerobní stupeň/UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) – metan produkující vyhnívací zařízení, model. V popisované úpravně je použita válcová nádrž
Upstream – průtok směrem vzhůru, 3-phase separator – třífázový separátor, Gas domes – plynové kopule, Effluent street – odtokové trasy, Biogas – bioplyn, Off-gas – odplynění, Effluent overflow gutter – odtok bezpečnostního přelivu.

Voda bez hrubých nečistot, které jsou odstraněny na sítech, natéká do anaerobního reaktoru, který je protékán směrem vzhůru a je založen na technologii kalové pokrývky a slouží k maximalizaci produkci bioplynu/metanu. Metan je dále používán v tepelném hospodářství pivovaru.

UASB reaktor má objem 2 300 m3, odstraňuje 80-90 % organického znečištění, což je asi 15 t/den  v podobě CHSK. Odplynění je vyústěno do aerobního reaktoru. Do tohoto reaktoru se nepřidávají žádné chemikálie. Teplota vody v reaktoru je cca 25 o C. Vygenerovaný bioplyn se upravuje za pomoci aktivovaného kalu s cílem odstranit sulfidy. Vygenerovaný bioplyn nahrazuje ve stávajících kotlích asi 10 % zemního plynu

Dále následuje aerobní stupeň, který slouží k odstranění biodegradabilních organických látek, k oxidaci amoniaku a k částečnému biologickém odstranění fosforu, chemickému srážení fosforu. Reaktor je vybaven jemnou bublinovou aerací. Řízení reaktoru probíhá za online sledování kyslíku, amoniaku, fosforu a rozpuštěných látek.

Dalším stupněm jsou membránové bioreaktory. Jedná se o mikrofiltrační technologii vyvinutou firmou Blue Foot Membranes. Reaktory jsou osazeny plochými listovými membránami, které lze proplachovat pouze zpětně. Chemické čištění membrán probíhá na místě. Celá sad bioreaktorů funguje v nepřetržitém provozu, chemické čištění membrány probíhá vždy jen na jednom reaktoru. Membrány z PVDF poskytují výbornou chemickou stabilitu. Jedná se o nejkompaktnější MBR systém. Uspořádání je vhodné pro úpravu vody v systémech na opětovné využití vody. Systém má vysoké průtoky 20-30 l/m2/hod a nízkou specifickou spotřebu energie, 0,4 – 0,6 kWh/m3.

Vlastní aerobní čištění v MBR reaktorech probíhá v dvou paralelních MBR jednotkách s 2 x 24 membránovými moduly. Objem je 2 x 1 800 m3. Průtok jednotkou je 2x 45m3/hod při rychlosti 25 l/m2.hod. Spotřeba chemikálií pro chemicky vylepšené čištění je 250 l NaOcl a 1 000 l kyseliny citronové na jednu MBR jednotku za týden.

Obr. 7 Konfigurace uzavřeného okruhu reversní osmózy
Feed pump – napájecí čerpadla, Cartridge filtres – karušové filtry, Recirculation pump – recirkulační čerpadla, 24 pressure vessels 5 membranes/PV – 24 tlakových nádob s 5 membránami na nádobu

Dalším stupněm úpravy je reverzní osmóza s uzavřeným okruhem. (viz. obr.). Reverzní osmóza s uzavřeným oběhem umožňuje dosáhnout vysoké výtěžnosti díky svému specifickému návrhu a provozu, který umožňuje přerušovaný provoz s ohledem na generování koncentrátu, který veda k menší inkrustaci zanášení membrán (termodynamická vs. kintická stabilita), k menšímu  biologickému zanášení (proměnné hodnoty konduktivita) a rychlejšímu čištění (schopnost provozu za vyšších koncentrací soli), což v důsledku znamená nižší frekvenci čištění.

Tab: 1 Charakteristiky reversní osmózy s uzavřeným oběhem

Po reverzní osmóze následuje dezinfekce a hyginické zabezpečení vody pomocí UV záření a dávkování chlordioxidu. Jedná se o tzv. pokročilý oxidační process. Na závěr je voda remineralizována filtrací přes jemný vápencovýštěrk.

Vygenerovaný bioplyn (kapacita 260 m3/hod) je spalován v duálních hořácích v kotlích napřípravu teplé užitkové vody v pivovaru.

Přebytečný kal je v kontejnerech, jedná se o 2 – 6 kontejnerů za týden, odvážen do bioplynové stanice a zbytky z ní do zemědělství.

V tabulce č. 2 je představena účinnost recyklační úpravny provozní vody po jednotlivých stupních.

Tab. 2 Účinnost recyklační úpravny vody pivovaru Carlsberg ve Fredericii, Dánsko

Exkurze pokračovala od jemných sítových bubnů k anaerobní nádrži UASB procesem. Při přijezdu a příchodu na úpravnu drobně pršelo, ale v okamžiku, kdy jsme vyšli ven pršet přestalo a tak jsme mohli techologii obdivovat za pěkného počasí s dobrýmis větelnými podmínkami. Prošíli jsme okolo UASB reaktoru,vystoupali na vrchol, abychom si prohlídli I aerobní reactor a reaktory s MBR procesem. Dále jsme pokračovlai dovnitř haly, kde se nachází reverzní osmóza, UV dezifnekce a remineralizace vody. Na závěr jsme si na boku této haly prohlédli chemické hospodářství . dávkovací nádrže s dávkvoacími čerpadly a zásobníky na chemikálie. Před zásobníky stojí rozvaděče.

Na konci exkurze jsme vrátili zapůjčené přilby, reflexní vesty a pracovní boty a chili poseděli, ochutnali čerstvě uvařené místní pivo a vyslechli krátkou přednášku o historiii pivovaru a recyklašční úpravny vody I o záměrech do budoucna.

Celá recykalnší úpravna vody na mně udělala velký dojem, Obdivoval jsem  technologické procesy a vlastní stavbu. Budete-li mít možnost se sem podívat, velmi doporučuji. Tak na zdraví!

Literatura

(1) Carlsberg’s Fredericia Brewery water recycling plant nominated for prestigious Global Water Awards https://www.niras.com/news/carlsberg-s-fredericia-brewery-water-recycling-plant-nominated-for-prestigious-global-water-awards/ 2.11.2022

(2) The water recycling plant at Carlsberg‘s Fredericia Brewery in Denmark has just been shortlisted for the prestigious Global Water Awards as the world’s best Industrial Project of the Year. NIRAS had a crucial role as responsible for end-to-end development of the project.

(3) Carlsberg and NIRAS win prestigious Global Water Awards, https://www.niras.com/news/ carlsberg-and-niras-win-prestigious-global-water-awards/ 2.11.2022

(4) WELCOME TO FREDERICIA BREWERY & THE TOTAL WATER RECYCLING PLANT, 15. 11. 2022         

Recyklační úpravna vody pivovaru Carlsberg ve Fredericii, Dánsko získala prestižní Global Water Awad jako nejlepší světový průmyslový projekt roku 2022.

Obr. 8 Pivo Carslberg (bohemiabeer.eu/cs/pivo/503, 2.1.2022)

Lubomír Macek, ing., CSc., MBA, autorizovaný inženýr pro vodohospodářské stavby

Aquoin, s.r.o., Osadní 324/12a, 170 00 Praha, Czech Republic
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.