DE19963743C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten von Brauwasser - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten von BrauwasserInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von
Brauwasser, bei dem das zuströmende Rohwasser in einen an
teilsmäßig kleinen Teilstrom und einen Hauptstrom aufgeteilt
wird, dem Teilstrom Kalkmilch zugeleitet wird und Salzsäure
und Schwefelsäure zudosiert werden, danach der sich absetzen
de Kalkschlamm bei aufsteigender Strömung des Wassers in
einem Reaktionsbehälter separiert wird und anschließend das
so eingestellte Wasser mit dem Hauptstrom zu einem Brauwas
serstrom vermischt wird. In der Durchführung des Verfahrens
wird von einer Vorrichtung zum Aufbereiten von Brauwasser
ausgegangen, bei der ein zusammen mit einem Wasserhauptstrang
an eine Rohwasserleitung angeschlossener Wassernebenstrang
mit einem Kalkmilchspender sowie einer Salzsäuredosierstation
und einer Schwefelsäuredosierstation verbunden ist, wobei für
die Salzsäuredosierstation und die Schwefelsäuredosierstation
je eine von einem Durchflussmengen-Messer gesteuerte Dosier
pumpe vorgesehen ist, und der Wassernebenstrang vor seiner
Vereinigung mit dem Wasserhauptstrang einen für eine langsame
Aufwärtsströmung eingerichteten und an seinem unteren Ende
zum Sammeln und Ablassen von Kalkschlamm ausgestalteten Reak
tionsbehälter enthält.
Auf die Qualität eines Bieres hat die Salzfracht seines Brau
wassers einen großen Einfluss. Man bevorzugt weiche Rohwässer
oder Wässer mit reduzierter Karbonathärte, weil sich eine
hohe Karbonathärte insbesondere auf den Geschmack und die
Farbe des Bieres ungünstig auswirkt. Die Nichtkarbonathärte
des Brauwassers wird dagegen zumeist durch die Zugabe von
Calciumchlorid und/oder Calciumsulfat gezielt angehoben. Um
zu vermeiden, dass aus dem Malz stammendes Calciumoxalat
kristallisierte Keime zum Überschäumen des Bieres bilden
kann, muss es vorher entfernt werden, was vorzugsweise durch
Ausfällen mittels eines hohen Calciumgehaltes geschieht. Cal
ciumchlorid wurde bisher zumeist mittels einer separaten Do
sierstation dem Brauwasser zugegeben, wogegen Calciumsulfat
in Form von Braugips beim Einmaischen dem Sud beigefügt wur
de. Nachteilig ist daran, dass aufgrund der hohen Reinheits
anforderung an das zu verwendende Calciumchlorid unerwünschte
Mehrkosten entstehen und aufgrund der schlechten Löslichkeit
von Braugips die Dosiergenauigkeit und die Ausbeute recht
unbefriedigend ausfallen.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs angeführten
Art sind bereits aus der Publikation DE 44 20 685 C1 bekannt.
Der im Wassernebenstrang befindliche Reaktionsbehälter wird
dort als Kalksättiger betrieben, so dass der Teilstrom vor
seiner Einleitung in den Hauptstrom einen massiven Überschuss
an gelöstem Calciumhydroxyd enthält. Damit geht einher, dass
der Hauptstrom zunächst durch einen Kationenaustauscher ge
leitet wird, was einen hohen Kostenaufwand beinhaltet, zumal
wegen der Regenerierphase des Kationenaustauschers zwei wech
selweise betreibbare Kationenaustauscher bereitgehalten wer
den müssen. In dem sich konusförmig nach oben verbreiternden
Unterteil des Kalksättigers befindet sich jeweils in der
Kalksättigerachse ganz unten ein Kalkschlammauslass, darüber
ein zum Wassernebenstrang gehörender Rohwassereinlass und
noch weiter oben ein mit einem Kalkmilch-Ansetzbehälter ver
bundener Kalkmilcheinlass. Auch die Salzsäureleitung und die
Schwefelsäureleitung münden in die Kalkmilchzone des Kalksät
tigers ein, und zwar über eine gemeinsame Düsenanordnung zwischen
dem Rohwassereinlass und dem Kalkmilcheinlass. Bei al
ledem kann auf die Zusammensetzung des Fertigwassers nur nach
der mehrstündigen Durchlaufzeit für die Passage des Kalksät
tigers reagiert werden, weshalb die Salzsäure-Dosierpumpe und
die Schwefelsäure-Dosierpumpe ausschließlich von einem im
Fertigwasserstrang befindlichen Durchflussmengen-Messer ge
steuert werden. Die Überleitung von neuer Kalkmilch als der
feinteiligen Aufschlämmung des Calciumhydroxyds in Wasser er
folgt in größeren Zeitabständen, nachdem jeweils zuvor der
die Verunreinigungen enthaltende alte Kalkschlamm vom unteren
Ende des Kalksättigers über dessen Kalkschlammauslass ent
fernt worden ist.
Aus der Publikation DE 44 31 911 A1 ist ein Verfahren zum
Aufbereiten von weichen Wässern zu Trinkwasser bekannt, bei
dem kein Kationenaustauscher erforderlich ist und vermieden
wird, dass der pH-Wert zweimal angehoben werden muß, und zwar
zuerst zur Einstellung einer Grundhärte und dann nach einem
Abfiltern von Flockungsprodukten zum Aufhärten, d. h. Einstel
len eines Calcit-Gleichgewichts. Beides erfolgt mittels Zu
fuhr von hochreinem Kalkwasser durch eine von einem pH-Wert-
Messer gesteuerte Dosierpumpe, wobei zur Herstellung des
hochreinen Kalkwassers abgezweigtes Rohwasser verwendet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Brauwasserauf
bereitung der eingangs angeführten Art kostengünstiger zu
gestalten und unter Bevorzugung der Nichtkarbonathärte und
Vermeidung einer Alkalisierung die Genauigkeit beim Einstel
len der Nichtkarbonathärte zu verbessern.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung verfahrensmäßig dadurch
gelöst, dass Kalkmilch, Salzsäure und Schwefelsäure vor dem
Reaktionsbehälter dem Teilstrom zudosiert und über eine Reak
tionsleitung dem Reaktionsbehälter zugeführt werden, die Do
sierung der Kalkmilch in Abhängigkeit von der Durchflussmenge
des Teilstroms erfolgt und die Dosierung der Schwefelsäure in
Abhängigkeit von der Durchflussmenge des Teilstroms und des
pH-Wertes, der am Ende der Reaktionsleitung gemessen wird,
durchgeführt wird, um einen am Ende des Teilstroms verblei
benden Überschuss an gelöstem Calciumhydroxyd zumindest an
nähernd zu vermeiden, und im Hauptstrom und vor der Stromauf
teilung kein Kationenaustauscher zur Anwendung kommt.
Mit dem Verzicht auf einen Kationenaustauscher und der Ver
meidung eines Überschusses an gelöstem Calciumhydroxyd wird
die im Rohwasser vorhandene Karbonathärte unverändert hinge
nommen, was beim Aufbereiten von Brauwasser aus weichem Roh
wasser unkritisch ist, zumal sich die Gesamthärte des Brau
wassers mit der Nichtkarbonathärte einstellen lässt. Die Er
zeugung von Calciumchlorid-Lösung und Calciumsulfat-Lösung im
Wassernebenstrang erfüllt mit geringeren Kosten wesentlich
höhere Reinheitsanforderungen als die Zugabe von Calcium
chlorid und Braugips. Dadurch, dass außer dem Zudosieren von
Salzsäure und Schwefelsäure auch eine geregelte Kalkmilch
zuleitung vorgesehen ist, wird die Genauigkeit beim Einstel
len der Nichtkarbonathärte weiter verbessert. Der hohe Cal
ciumgehalt des gewonnenen Brauwassers begünstigt das Ausfäl
len von Calciumoxalat und vermindert damit die Gefahr, dass
das mit dem Brauwasser erzeugte Bier überschäumt. Die Bevor
zugung der Nichtkarbonathärte bei der Calciumzufuhr wirkt
sich vorteilhaft auf den Maische-pH-Wert aus. Sofern auf Roh
wässer mit höheren Härtegraden zurückgegriffen werden muss
und wenn die Salzfracht des Rohwassers einen hohen Anteil
unerwünschter Natrium- und Magnesiumsalze enthält, lässt sich
vor der Verzweigung in den Wasserhauptstrang und den Wasser
nebenstrang eine Umkehrosmosestation vorschalten, die ent
entsprechend der Trenncharakteristik ihrer Membranen gelöste
Stoffe verschiedener Art breitbandig abtrennt. Da dem für
eine langsame Aufwärtsströmung eingerichteten und an seinem
unteren Ende zum Sammeln und Ablassen von Kalkschlamm ausge
stalten Reaktionsbehälter die Funktion eines Kalksättigers
genommen ist, kann er insbesondere durch die Befreiung von
Einbauten baulich vereinfacht werden. Mit der Erfindung er
zielte Vorteile bestehen aber auch darin, dass aufgrund der
vor dem Reaktionsbehälter eingerichteten Kurzzeitreaktion die
Zusammensetzung des erzeugten Brauwassers vor der mehrstün
digen Durchlaufzeit für die Passage des anteilsmäßig kleinen
Teilstroms durch den Reaktionsbehälter beurteilt und beein
flusst werden kann.
Ein aufgrund der in den Unteransprüchen angegebenen Erfin
dungsausgestaltungen bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Er
findung wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnung
näher beschrieben.
Die Zeichnung zeigt den bereits erwähnten Sonderfall, dass
vor der Verzweigung 10 in den Wasserhauptstrang 11 und den
Wassernebenstrang 12 eine Umkehrosmosestation 13 mit ein
gangsseitiger Druckpumpe 14 vorgeschaltet ist. Das Aufprägen
eines den osmotischen Druck übersteigenden Druckes kehrt den
Osmoseprozess um, so dass die konzentriertere Lösung entwäs
sert und damit einen aufkonzentrierten Ablauf 15 abtrennt.
Beim Vorhandensein eines weichen Rohwassers befindet sich die
Verzweigung 10 unmittelbar an der Rohwasserleitung 16, tritt
also das Rohwasser an die Stelle des hinter der Membran 17
der Umkehrosmosestation 13 befindlichen Permeats 18.
Im Wassernebenstrang 12 folgen in der durch einen Pfeil ge
kennzeichneten Durchflussrichtung hinter dem Durchflussmen
gen-Messer 19 und außerhalb des Reaktionsbehälters 20 der
Reihe nach der Kalkmilchzufluss 21, der Salzsäurezufluss 22
und der Schwefelsäurezufluss 23 aufeinander. Daran schließen
sich ebenfalls noch vor dem Reaktionsbehälter 20 eine Misch
strecke 24, eine Reaktionsleitung 25, ein pH-Wert-Messer 26
und ein Probenentnahmeventil 27 an, so dass die Zusammen
setzung des erzeugten Brauwassers sehr früh beurteilt und
beeinflusst werden kann, d. h. noch vor der mehrstündigen
Durchlaufzeit für die Passage des anteilsmäßig kleinen Teil
stroms durch den Reaktionsbehälter 20.
Die Dosierpumpe 28 der Schwefelsäuredosierstation 29 ist über
die Signalleitung 30 mit dem pH-Wert-Messer 26 und über die
Signalleitung 31 mit dem Durchflussmengen-Messer 19 verbun
den. Zur Dosierpumpe 32 der Salzsäuredosierstation 33 führt
dagegen außer der Signalleitung 34 des Durchflussmengen-Mes
sers 19 eine Signalleitung 35 des am vereinigten Brauwasser
strang 36 hinter einer Mischstrecke 37 vorgesehenen Chlorid
messers 38. Die Dosierpumpe 39 des vorzugsweise als Kalk
milch-Ansetzbehälter ausgebildeten und wie die Salzsäuredo
sierstation 33 und die Schwefelsäuredosierstation 29 mit
einem Rührwerk 40 ausgestatteten Kalkmilchspenders 41 wird
lediglich von dem Durchflussmengen-Messer 19 über die Signal
leitung 42 gesteuert.
Der Teilstrom ist proportional zu der im Hauptstrom gemesse
nen Durchflussmenge mit etwa einem Zehntel des Hauptstroms
bemessen, was eine Bandbreite zwischen einem Fünftel und
einem Zwanzigstel abdecken kann. Dazu ist in den Wasserhaupt
strang 11 nach einem Zwischenventil 43 und vor der Einleit
stelle 44 des veränderten Wassernebenstrangs 12 ein Durch
flussmengen-Messer 45 eingefügt, über dessen Signalleitung 46
ein nach dem Reaktionsbehälter 20 eingefügter Durchflussreg
ler 47 gesteuert wird. Der an seinem unteren Ende mit einem
Ablassventil 48 für den sich absetzenden Kalkschlamm ver
sehene Reaktionsbehälter 20 ist von jeglichen Einbauten be
freit.
Mit der dem Reaktionsbehälter 20 vorgeordneten Reaktionslei
tung 25 wird dafür gesorgt, dass ein im Teilstrom zwischen
der Langzeitreaktion und einer vorausgehenden Kurzzeitreak
tion gemessener pH-Wert zusammen mit der im Teilstrom gemes
senen Durchflussmenge zur Regelung der Schwefelsäurezuleitung
verwendet ist, wogegen ein im Brauwasser gemessener Chlorid
wert zusammen mit der im Teilstrom gemessenen Durchflussmenge
zur Regelung der Salzsäurezuleitung verwendet ist und die
Zuleitung der Kalkmilch allein mit der im Teilstrom gemesse
nen Durchflussmenge geregelt ist. Alle diese Maßnahmen dienen
insbesondere dem Zweck, unter Bevorzugung der Nichtkarbonat
härte und Vermeidung einer Alkalisierung die Genauigkeit beim
Einstellen der Nichtkarbonathärte des Brauwassers zu verbes
sern.
Claims (4)
1. Verfahren zum Aufbereiten von Brauwasser, bei dem das zu
strömende Rohwasser in einen anteilsmäßig kleinen Teil
strom und einen Hauptstrom aufgeteilt wird, dem Teilstrom
Kalkmilch zugeleitet wird und Salzsäure und Schwefelsäure
zudosiert werden, danach der sich absetzende Kalkschlamm
bei aufsteigender Strömung des Wassers in einem Reak
tionsbehälter separiert wird und anschließend das so ein
gestellte Wasser mit dem Hauptstrom zu einem Brauwasser
strom vermischt wird, dadurch gekenn
zeichnet, dass Kalkmilch, Salzsäure und Schwefel
säure vor dem Reaktionsbehälter dem Teilstrom zudosiert
und über eine Reaktionsleitung dem Reaktionsbehälter zu
geführt werden, die Dosierung der Kalkmilch in Abhängig
keit von der Durchflussmenge des Teilstroms erfolgt und
die Dosierung der Schwefelsäure in Abhängigkeit von der
Durchflussmenge des Teilstroms und des pH-Wertes, der am
Ende der Reaktionsleitung gemessen wird, durchgeführt
wird, um einen am Ende des Teilstroms verbleibenden Über
schuss an gelöstem Calciumhydroxyd zumindest annähernd zu
vermeiden, und im Hauptstrom und vor der Stromaufteilung
kein Kationenaustauscher zur Anwendung kommt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
ein im Brauwasserstrom gemessener Chloridwert zusammen
mit der im Teilstrom gemessenen Durchflussmenge zur Rege
lung der Salzsäurezuleitung verwendet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der Teilstrom proportional zu der im Hauptstrom
gemessenen Durchflussmenge mit etwa einem Zehntel des
Hauptstroms bemessen ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, dass vor der Stromaufteilung eine Umkehros
mosebehandlung des Wassers vorgesehen ist.
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