Obwohl die Anzahl der Weinbaugebiete von Jahr zu Jahr zunimmt, produzieren nur 10 Länder 80 % des Weins auf dem Planeten. Tatsächlich produzieren Frankreich, Italien und Spanien zusammen fast 50 % des weltweiten Weins. Die Liste der 10 größten Weinproduktionsregionen der Welt wird in dieser Reihenfolge durch die USA, Chile, Argentinien, Australien, Südafrika, Deutschland und Portugal ergänzt.
Die Weinproduktion erzeugt auch Abfälle und ein hohes Volumen an Abwasser. Das Abwasser der Weinindustrie entsteht hauptsächlich bei der Reinigung der Geräte und Maschinen, die mit den Rohstoffen oder den in den verschiedenen Prozessen verwendeten Produkten in Kontakt kommen (Behälter, Pressen, Empfangstrichter, Entrapper, Pumpen, Rohrleitungen, Filter usw.), beim Waschen der Gärtanks, Fässer und Flaschen sowie bei den versehentlichen Verschüttungen, die während der zahlreichen Transfers im Rahmen des Weinherstellungsprozesses auftreten.
Die Menge und die Eigenschaften der erzeugten Abwässer unterscheiden sich zwischen Ernte, Lagerung und Abfüllung.
- Ernte: Etwa die Hälfte des im Jahresverlauf erzeugten Abwassers entsteht in diesem Zeitraum, der in der Regel zwischen 2 und 6 Wochen dauert. Zudem weist dieses Abwasser die höchste Schadstoffbelastung auf. Es entsteht nach dem Pressen der Trauben, bei der Reinigung der verwendeten Geräte und infolge versehentlicher Verschüttungen. Der CSB dieses Abwassers liegt im Bereich von 20.000-25.000 mg O2/L.
- Lagerung: Abwasser entsteht während der Reifung des Weins bei der Reinigung der Gärtanks. Außerdem wird der Wein vor der Abfüllung kalt geklärt, und die abgetrennten Sedimente werden üblicherweise durch Filtration oder Zentrifugation konzentriert, wodurch ein Feststoffabfall und ein flüssiges Abwasser entstehen. Ebenso entsteht Abwasser, wenn die an den Tankwänden haftenden Kaliumbitartratkristalle mit Natronlauge gereinigt werden. Diese Abwässer haben einen sehr hohen pH-Wert.
- Abfüllung: Während dieses Prozesses entsteht Abwasser beim Waschen der Flaschen sowie bei der Reinigung und Desinfektion der Leitungen und Geräte zu Beginn und am Ende jedes Arbeitstages. Dieses Abwasser weist die geringste Schadstoffbelastung auf.
Die in dieser Art von Industrie erzeugten Abwässer enthalten eine hohe Schadstoffbelastung, weshalb sie nicht ohne geeignete Vorbehandlung eingeleitet werden dürfen. Im Allgemeinen enthalten sie eine hohe organische Belastung (CSB von 6.000-12.000 mg O2/L) aufgrund von Ethanol, organischen Säuren und/oder Zuckern, einen sauren pH-Wert (zwischen 4,5 und 5,5), sind nährstoffarm (Stickstoff und Phosphor), weisen moderate Konzentrationen an Schwebstoffen auf und enthalten Verbindungen wie Polyphenole, Tartrate usw. Mit Ausnahme der Polyphenole sind die meisten dieser Verbindungen leicht biologisch abbaubar.
Da dieses Abwasser durch Waschprozesse und versehentliche Verschüttungen während des Transports usw. entsteht, variieren deren Produktion und Eigenschaften erheblich je nach Jahreszeit und der verursachenden Tätigkeit. Somit ist das Abwasser dieser Industrie stark saisonal und hinsichtlich Durchfluss und Zusammensetzung variabel.
Angesichts dieser Eigenschaften der Abwasserproduktion in Weingütern sollte bei der Entscheidung, welche Art der Behandlung am besten geeignet ist, beachtet werden, dass der erste Schritt die Analyse der einzelnen betroffenen Abwässer sein sollte, um zu bewerten, wie deren Produktion reduziert werden kann. Je nach verschiedenen Faktoren wie Größe der Anlagen, Produktion, Reinigungsmethoden und Kosten verbraucht die Weinherstellung zwischen 1 und 6 Liter Wasser pro Liter produziertem Wein. Folglich ist die größtmögliche Reduzierung der erzeugten Abwassermengen (Minimierung versehentlicher Verschüttungen, Implementierung von Trockenreinigung wann immer möglich, Durchführung von Hochdruckreinigung, wenn Trockenreinigung nicht möglich ist usw.) entscheidend, um die Betriebskosten des Abwasserbehandlungssystems zu minimieren.
Die Art der Abwasserbehandlung in einem Weingut hängt von der geforderten Qualität des behandelten Wassers ab, die wiederum davon abhängt, ob es in das öffentliche Kanalisationsnetz, in ein natürliches Gewässer eingeleitet oder im Prozess wiederverwendet oder zur Bewässerung des Weinbergs genutzt wird. Die Schritte sind in aufsteigender Reihenfolge der Behandlungskomplexität wie folgt:
Vorbehandlung und Neutralisation
Die im Abwasser enthaltenen Feststoffe werden in diesem Schritt getrennt, da sie den nachfolgenden Behandlungsprozess aufgrund ihrer Größe behindern können. Der pH-Wert wird ebenfalls angepasst, um sicherzustellen, dass das Abwasser entweder behandelt oder in das öffentliche Kanalisationsnetz eingeleitet werden kann, sofern die entsprechenden Bedingungen erfüllt sind.
Primärbehandlung
Ein erheblicher Teil der organischen Substanz (etwa 30-40 %) wird in diesem Schritt durch Abtrennung der meisten Schwebstoffe entfernt. Diese Feststoffe können durch natürliche Sedimentation oder durch Fällung in Koagulations-/Flockungsprozessen getrennt werden.
Sekundärbehandlung
Die in dem Abwasser gelösten organischen Stoffe und Nährstoffe werden in diesem Schritt entfernt. Das am besten geeignete Verfahren hängt vom zu behandelnden Durchfluss und der Qualität des behandelten Abwassers ab, die wiederum von dessen Verwendungszweck abhängt. Die Art des Systems, das je nach diesen Faktoren am besten geeignet ist, ist in der Tabelle zusammengefasst. Unabhängig vom gewählten System gibt es eine Wasserlinie und eine Schlammlinie. Die Wasserlinie umfasst im Wesentlichen den biologischen Reaktor und die vorhergehenden Schritte, während in der Schlammlinie eine Eindickungsstufe und anschließend eine Entwässerungsstufe vorhanden sein sollten.
Es ist zu beachten, dass für den biologischen Prozess die Zugabe von Stickstoffquellen (Harnstoff) und Phosphorquellen (Ammoniumphosphat) erforderlich ist, da dieses Abwasser ein unausgewogenes Verhältnis von Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor für das Wachstum der Mikroorganismen aufweist.
Erweiterte Behandlungen
Wenn das Abwasser aus der Sekundärbehandlung zur Bewässerung des Weinbergs wiederverwendet werden soll, muss es zuvor desinfiziert werden. Die Desinfektionsarten, die am besten mit den nachfolgenden Verwendungen dieses Wassers kompatibel sind, sind ozonbasierte Oxidation und ultraviolette Strahlung. Im Gegensatz dazu ist eine umfassendere Behandlung erforderlich, wenn das Wasser im Prozess selbst wiederverwendet werden soll, um dessen Qualität zu verbessern. Das Abwasser aus der Sekundärbehandlung muss als Vorbehandlung gefiltert werden (z. B. durch ein granuläres Sandbett oder Ähnliches), bevor ein Membranfiltrationsverfahren, in der Regel Ultrafiltration, gefolgt von Umkehrosmose, angewendet wird. Die Qualität des Umkehrosmose-Permeats ist ausgezeichnet und ermöglicht jede Verwendung innerhalb des Weinherstellungsprozesses.
Eine Technologie, die sich noch in der Entwicklung befindet, aber hervorragende wirtschaftliche Ergebnisse liefern könnte, besteht darin, eine Fermentation im Abwasser zu induzieren, um alle vorhandenen Zucker in Ethanol umzuwandeln, das durch ein Vakuumkonzentrations-/Verdampfungsverfahren getrennt werden kann. Das getrennte Ethanol entspricht etwa 85 % des ursprünglichen CSB. Dieses Verfahren liefert Ethanol als rückgewinnbares Nebenprodukt und teilweise dekontaminiertes Abwasser mit einem CSB von etwa 250-300 mg O2/L. Diese Reduktion des CSB bedeutet eine erhebliche Verringerung des Sauerstoffbedarfs im biologischen Prozess, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führt.
Folglich und unter Berücksichtigung, dass der Großteil des Abwassers durch Waschprozesse erzeugt wird, müssen bewährte Verfahren angewendet werden, um das produzierte Volumen so weit wie möglich zu reduzieren. Allgemein muss das Abwasser mit einem biologischen Verfahren behandelt werden, um die darin enthaltene hohe organische Belastung zu beseitigen. Die Art des Verfahrens und ob eine tertiäre Behandlung hinzugefügt werden muss, hängt weitgehend vom Verwendungszweck des behandelten Wassers ab, also davon, ob es in das öffentliche Kanalisationsnetz, in ein natürliches Gewässer eingeleitet, zur Bewässerung wiederverwendet oder sogar im gleichen Prozess erneut verwendet wird.
F: Durchflussrate (m3/Tag); CBP: konventionelles biologisches Verfahren; SBR: Sequenzieller Batch-Reaktor; BMR: Biomembranreaktor; UF: Ultrafiltration; RO: Umkehrosmose.