DE19607800A1 - Reinigungsmittel für Anlagen der Lebensmittelindustrie, seine Verwendung und Verfahren zum Reinigen dieser Anlagen - Google Patents
Reinigungsmittel für Anlagen der Lebensmittelindustrie, seine Verwendung und Verfahren zum Reinigen dieser AnlagenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein wäßriges alkalisches Reinigungsmittel für Anlagen der
Lebensmittelindustrie, enthaltend Kalilauge.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Reinigen von Anlagen der
Lebensmittelindustrie unter Einsatz einer alkalischen Reinigungslauge, die mittels
Membranfiltration regeneriert wird, wobei man das Permeat zurückführt.
Zur Reinigung von Anlagen der lebensmittelverarbeitenden Industrie, z. B. Tanks,
Rohrleitungen, Füllanlagen und dergleichen, ist es bekannt, alkalische Reini
gungslösungen einzusetzen. Diese Reinigungslaugen bestehen im wesentlichen
aus einer 2%-igen Natronlauge mit einem Zusatz von Reinigungsverstärkern,
z. B. Entschäumern und Emulgatoren. Prinzipiell wäre es zwar auch möglich,
anstelle von Natronlauge Kalilauge einzusetzen, da diese ein gleichwertiges
Reinigungsergebnis erbringt. Aus Kostengründen wird jedoch Natronlauge ver
wendet. Nur im Falle niedriger Außentemperaturen wird der Natronlauge im
geringen Umfang Kalilauge zugesetzt, um den Kristallisationspunkt des Reini
gungsmittelkonzentrates zu erniedrigen. Der Anteil der Kalilauge an den
gesamten Hydroxid-Bestandteilen liegt jedoch auf jeden Fall deutlich unterhalb
von 20 Gew.-%.
Als Reinigungsverfahren hat sich eine integrierte Reinigungs- und Desinfektions
technik, das "Cleaning In Place", abgekürzt CIP, in den letzten Jahren durch
gesetzt. Die entsprechenden vollautomatischen Reinigungssysteme reinigen alle
Lagertank- und Leitungssysteme automatisch nach jedem Produktionsvorgang.
Das erfindungsgemäße Reinigungsmittel und Reinigungsverfahren ist besonders
gut zum Einsatz im CIP-Verfahren geeignet.
Zur Verringerung der Abwasserbelastung durch verbrauchte Reinigungslaugen
sowie zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Reinigungsvorgangs ist es
bekannt, die verbrauchte Reinigungslauge über Membranfiltrationsanlagen
wieder aufzuarbeiten. Dazu wird ein Teil der Reinigungslauge aus einem
Sammelbehälter in einen Puffertank ausgeschleust und von dort im Kreis über ein
Membransystem gepumpt, wobei die Filtration im Querstrom erfolgt. Ein der
artiges Aufbereitungsverfahren ist aus der WO 95127681 A1 bekannt. Das aus
Wasser und Natronlauge bestehende Permeat wird zum Sammelbehälter für die
Reinigungslauge zurückgeführt. Im Puffertank der Membranreinigungsanlage
reichern sich die organischen Verunreinigungen an, die von Zeit zu Zeit ent
nommen werden, um sie zu entsorgen. Im Falle von Reinigungsanlagen für die
Milchwirtschaft ist es außerdem bekannt, das Konzentrat mittels Diafiltration von
den alkalischen Bestandteilen zu befreien und dann als Viehfutter bzw. als Zusatz
zum Viehfutter zu verwenden. Die Diafiltration ist notwendig, um den für den Ein
satz als Viehfutter zu hohen Natriumgehalt des Konzentrats herabzusetzen.
Nachteilig ist jedoch die große bei der Diafiltration anfallende Menge an Ab
wasser sowie der Aufwand für die Durchführung der Diafiltration.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alkalisches Reinigungsmittel sowie
ein Verfahren zum Reinigen von Anlagen der Lebensmittelindustrie der eingangs
genannten Art bereitzustellen, das eine erheblich wirtschaftlichere Reinigung als
im Stand der Technik ermöglicht.
Diese Aufgabe wird beim wäßrigen alkalischen Reinigungsmittel dadurch gelöst,
daß das Reinigungsmittel als Hydroxid-Bestandteil ausschließlich Kalilauge oder
eine Mischung aus Kalilauge und einem anderen Alkali, insbesondere Natron
lauge, mit mindestens 20 Gew.-% Kalilauge enthält, berechnet als Hydroxid und
bezogen auf die gesamte im Reinigungsmittel enthaltene Hydroxidmenge.
Im Falle des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens wird die genannte Auf
gabe dadurch gelöst, daß man eine Reinigungslauge einsetzt, deren Hydroxid-
Bestandteil ausschließlich aus Kalilauge oder aus einer Mischung aus Kalilauge
und einem anderen Alkali, insbesondere Natronlauge, mit mindestens 20 Gew.-%
Kalilauge besteht, berechnet als Hydroxid und bezogen auf die gesamte in der
Reinigungslauge enthaltene Hydroxidmenge.
Überraschenderweise haben die Erfinder nämlich festgestellt, daß ein teilweiser
oder vollständiger Ersatz von Natriumhydroxid durch Kaliumhydroxid die Leistung
der Membrananlage um mindestens 10 bis 50% steigert. Die Leistung bezieht
sich hier auf die erreichten Permeatflüsse. Dadurch läßt sich die Anlagenin
vestition sowie der Energieverbrauch der Membranfiltrationsanlage reduzieren.
Höhere Konzentrationen der abgetrennten Schmutzfracht sind möglich, so daß
die Menge der Schmutzfracht verringert und die Ausbeute an regenerierter Lauge
erhöht wird.
Zusätzlich wurde ein weiterer Vorteil festgestellt. Im Gegensatz zum Stand der
Technik, in welchem man als Konzentrat eine bei Raumtemperatur relativ feste
Masse erhält, die zu Problemen beim Austrag aus dem Puffertank sowie bei der
Weiterverarbeitung führt, erhält man beim Einsatz des erfindungsgemäßen Reini
gungsmittels bzw. bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine
bei Raumtemperatur und sogar noch bei einer Temperatur von 0°C flüssige, die
Verunreinigungen enthaltende Masse. Zum einen wird die Abfallogistik erleichtert,
und zum anderen kann eine höhere Aufkonzentrierung und damit ein höherer
Nährstoffgehalt im Fall der Tierfutterverwertung und ein höherer Energiegehalt im
Falle der thermischen Verwertung erreicht werden.
Die genannten Vorteile wurden bereits einem Anteil von mindestens 20 Gew.-%
Kalilauge, berechnet als Hydroxid und bezogen auf die gesamte im Reini
gungsmittel enthaltene Hydroxidmenge beobachtet. Der Nachteil der höheren
Kosten beim Einsatz von Kalilauge anstelle von Natronlauge fällt nicht ins
Gewicht, da die Kalilauge größtenteils regeneriert wird.
Vorzugsweise enthält das Reinigungsmittel eine Mischung aus Kalilauge und
einem andere Alkali, vorzugsweise Natronlauge, mit mindestens 50 Gew.-% Kali
lauge, berechnet und bezogen wie oben genannt.
Der Vorteil des Reinigungsmittel mit mindestens 50 Gew.-% Kalilauge liegt in der
Möglichkeit, die abfiltrierten Verunreinigungen unmittelbar ohne weitere Nach
behandlung als Tierfutter, z. B. als Schweinefutter, einzusetzen, da ein erhöhter
Salzgehalt im Falle von Kaliumsalzen eher als ein erhöhter Natriumsalz-Gehalt
toleriert werden kann.
In einer besonderes bevorzugten Ausführungsform enthält das Reinigungsmittel
als Hydroxid-Bestandteil ausschließlich Kalilauge. Das in diesem Fall bei der
Membranfiltration enthaltene Konzentrat stellt wegen seines hohen Anteils an
Kaliumionen einen wertvollen Zusatzstoff für Tierfutter, insbesondere für
Schweinefutter dar.
Vorteilhaft im Hinblick auf eine Verwertung der abgetrennten Verunreinigungen
als Tierfutter ist es außerdem, wenn das Reinigungsmittel Additive enthält, die
sämtlich als Zusatzstoffe für Tierfutter geeignet sind. Als solche speziellen,
physiologisch unbedenklichen Reinigungsverstärker, die in den bekannten Reini
gungsmitteln nicht eingesetzt werden, werden insbesondere Phosphate,
Gluconate und/oder lebensmittelrechtlich zugelassene Entschäumer und Emul
gatoren vorgeschlagen.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn das Reinigungsmittel neben den Hydroxid-
Bestandteilen Additive enthält, die in der Form von Kaliumsalzen vorliegen. Zum
einen läßt sich die Leistung der Membranfiltrationsanlage in diesem Fall zusätz
lich erhöhen. Wenn der Permeatfluß bei einem herkömmlichen, auf Natronlauge
basierenden Reinigungsmittel z. B. 50 l/m² h beträgt wird diese Leistung durch
den Ersatz der Natronlauge durch Kalilauge auf 70 l/m² h gesteigert. Enthält das
Reinigungsmittel als Reinigungsverstärker zusätzlich noch Kalium-Tripolyphos
phat, so steigt der Permeatfluß zusätzlich auf 74 l/m² h an.
Ein weiterer Vorteil dieser in Form von Kaliumsalzen vorliegenden Additive ist die
besonders gute Eignung als Tierfutterzusatz.
Wie bereits oben ausgeführt worden ist, läßt sich das erfindungsgemäße Reini
gungsmittel vorteilhaft für Anlagen der Lebensmittelindustrie verwenden, die mit
einer Regenerierungsanlage für verbrauchte Reinigungslaugen ausgerüstet sind.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung des Reinigungsmittels in Anlagen der
Milchwirtschaft, da das anfallende Konzentrat ohne weitere Nachbehandlung als
Tierfutter verwendet werden kann. Eine Diafiltration oder eine andere zusätzliche
Aufarbeitung ist in der Regel nicht notwendig. Es entfällt nicht nur eine auf
wendige Entsorgung der abgetrennten Verunreinigungen, sondern diese
"Verunreinigungen" stellen einen neuen Wertstoff dar. Sollte der erhöhte Salz
gehalt jedoch mittels Diafiltration herabgesetzt werden, so läßt sich diese
Aufarbeitung im Falle des erfindungsgemäßen Reinigungsmittels bzw. Reini
gungsverfahrens wesentlich schneller und damit wirtschaftlicher durchführen.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden zur Regenerierung der Reinigungs
lauge vorzugsweise alkalibeständige Nanofiltrationsmembranen mit einem D-Wert
von 100 bis 2000 Dalton eingesetzt. Derartige Membrane sind für Moleküle mit
einem Molekulargewicht bis zu dem genannten D-Wert durchlässig, halten aber
Moleküle mit höheren Molekulargewichten zurück.
Insbesondere betreibt man die Membranfiltration im Querstrom mit einer trans
membranen Druckdifferenz von 8 bis 25 bar.
Weiterhin ist es im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, daß man zum
Reinigen von Anlagen der Milchwirtschaft eine Reinigungslauge einsetzt, die
neben dem Hydroxid-Bestandteilen ausschließlich Zusätze enthält, die als
Zusatzstoffe für Tierfutter geeignet sind, und daß man das bei der Membran
filtration anfallende Konzentrat als Tierfutter oder Zusatz zum Tierfutter verwen
det.
Ein Konzentrat mit besonders hohem Kaliumanteil ist wesentlich besser als
Konzentrate mit hohen Natriumanteilen zum Einsatz als Tierfutter, z. B. als
Schweinefutter geeignet. Daher wird außerdem vorgeschlagen, daß die Hydroxid-
Bestandteile der Reinigungslauge ausschließlich aus Kalilauge bestehen.
Im folgenden wird zunächst das bekannte Reinigungsverfahren anhand der ein
zigen Zeichnung näher erläutert, die ein vereinfachtes Fließbild eines CIP-Reini
gungssystems mit nachgeschalteter Regenerierungsanlage für die Reinigungs
lauge darstellt. Im Anschluß daran werden einige Ausführungsbeispiele ange
führt, die die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Reini
gungsmittels gegenüber dem Stand der Technik zeigen.
Aus einem Sammeltank 1 für die Reinigungslauge mit einem Volumen von 5 bis
30 m³ wird die Lauge, die etwa 2 Gew.-% Natronlauge im Stand der Technik und
2 Gew.-% Kalilauge entsprechend der Erfindung enthält und auf 60 bis 70°C tem
periert ist, den zu reinigenden Anlagen, Tanks, Rohrleitungen, usw. zugeleitet,
die in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet sind. Die Reinigungslauge
wird im Kreislauf gefahren.
Die sich im Laufe der Zeit anreichernden Verunreinigungen der Reinigungslauge
werden mit dem rechts in Fig. 1 dargestellten Aufbereitungsteil entfernt. Dazu
wird über eine Leitung 3 ein Teil der Reinigungslauge in den Puffertank 4 aus
geschleust. Dieser Anteil der Reinigungslauge wird im Kreislauf über eine Druck
pumpe 5 und ein Membranmodul 6 im Kreislauf gefahren. Die sich im Puffertank 4
ansammelnden und absetzenden Verunreinigungen werden von Zeit zu Zeit über
eine Leitung 7 entnommen. Das aus dem Membranmodul austretende Permeat
wird über die Rückführleitung 8 in den Sammeltank 1 zurückgeführt.
Eingesetzt wurde eine den Praxisbedingungen entsprechende, künstlich ver
schmutzte Lauge mit einer Temperatur von 60 bis 65°C, die durch ein Einrohr-
Modul mit einer Membranfläche von 0,042 m² und einer Nanofiltrationsmembran
MPT 34 der Firma Membrane Products bei 18 bar Eingangsdruck und 14 bar
Ausgangsdruck und einem Durchsatz von 1000 l/h über 75 bis 120 min geleitet
worden ist. Die Permeatseite der Membran stand unter Atmosphärendruck.
Im Falle einer ausschließlich 2%ige Natronlauge enthaltenden Reinigungslauge
betrug der Permeatfluß 50 l/h m².
Beim Einsatz von ausschließlich aus 2%iger Kalilauge bestehender Reinigungs
lauge stieg der Permeatfluß auf 70 l/h m² an.
Bei Zusatz von 0,1 Gew.-% Gluconsäure zu der die Kalilauge enthaltenden Reini
gungslauge wurde ein Permeatfluß von 65 l/h m² beobachtet. Bei einem Zusatz
von 0,25 Gew.-% Kaliumtripolyphosphat zur kalilaugehaltigen Reinigungslauge
stellte man einen Permeatfluß von 73 bis 75 l/h m² fest.
Diese Ergebnisse zeigen die deutliche Überlegenheit des erfindungsgemäßen
Reinigungsmittels bzw. Reinigungsverfahrens über dem Stand der Technik, da
deutlich höhere Leistungen erreicht werden. Ein zusätzlicher Vorteil liegt in dem
nur geringen Natriumgehalt des anfallenden Konzentrats, so daß eine Verwertung
als Tierfutter problemlos ohne weitere Aufarbeitung des Konzentrates möglich ist.
Insbesondere entfällt die aufwendige Diafiltration, die in dem Verfahren nach dem
Stand der Technik erforderlich ist, um den Natriumgehalt auf tolerable Werte
herabzusetzen.
Claims (13)
1. Wäßriges alkalisches Reinigungsmittel für Anlagen der Lebensmittel
industrie, enthaltend Kalilauge,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Reinigungsmittel als Hydroxid-Bestandteil ausschließlich Kali
lauge oder eine Mischung aus Kalilauge und einem anderen Alkali, ins
besondere Natronlauge, mit mindestens 20 Gew.-% Kalilauge enthält,
berechnet als Hydroxid und bezogen auf die gesamte im Reinigungsmittel
enthaltene Hydroxidmenge.
2. Reinigungsmittel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es eine Mischung aus Kalilauge und einem anderen Alkali, vorzugs
weise Natronlauge, mit mindestens 50 Gew.-% Kalilauge enthält,
berechnet und bezogen wie in Anspruch 1.
3. Reinigungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß es als Hydroxid-Bestandteil ausschließlich Kalilauge enthält.
4. Reinigungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß es Additive enthält, die sämtlich als Zusatzstoffe für Tierfutter geeignet
sind.
5. Reinigungsmittel nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
daß es als Additive Phosphate, Gluconate und/oder lebensmittelrechtlich
zugelassene Entschäumer und Emulgatoren enthält.
6. Reinigungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß es neben den Hydroxid-Bestandteilen Additive enthält, die in der Form
von Kaliumsalzen vorliegen.
7. Verwendung eines Reinigungsmittels nach einem der vorhergehenden
Ansprüche für Anlagen der Lebensmittelindustrie, wobei diese Anlagen mit
einer Regenerierungsanlage für verbrauchte Reinigungslaugen aus
gerüstet sind.
8. Verwendung eines Reinigungsmittels nach dem vorhergehenden Anspruch
für Anlagen der Milchwirtschaft.
9. Verfahren zum Reinigen von Anlagen der Lebensmittelindustrie unter Ein
satz einer alkalischen Reinigungslauge, die mittels Membranfiltration rege
neriert wird, wobei man das Permeat zurückführt,
dadurch gekennzeichnet,
daß man eine Reinigungslauge einsetzt, deren Hydroxid-Bestandteil aus
schließlich aus Kalilauge oder aus einer Mischung aus Kalilauge und
einem anderen Alkali, insbesondere Natronlauge, mit mindestens 20 Gew.-%
Kalilauge besteht, berechnet als Hydroxid und bezogen auf die gesamte
in der Reinigungslauge enthaltene Hydroxidmenge.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß man zur Regenerierung der Reinigungslauge alkalibeständige Nano
filtrationsmembranen mit einem D-Wert von 100 bis 2000 Dalton einsetzt.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Membranfiltration im Querstrom mit einer transmembranen
Druckdifferenz von 8 bis 25 bar betreibt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß man zum Reinigen von Anlagen der Milchwirtschaft eine Reinigungs
lauge einsetzt, die neben den Hydroxid-Bestandteilen ausschließlich
Zusätze enthält, die als Zusatzstoffe für Tierfutter geeignet sind, und daß
man das bei der Membranfiltration anfallende Konzentrat als Tierfutter oder
Zusatz zum Tierfutter verwendet.
13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hydroxid-Bestandteile der Reinigungslauge ausschließlich aus
Kalilauge bestehen.
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