DE19963743C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten von Brauwasser - Google Patents

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.