DE3623484A1 - Regenerierung von kieselgur - Google Patents
Regenerierung von kieselgurInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiederaufbereitung von
gebrauchter, als Filtermittel verwendeter Kieselgur, vorzugsweise für
das Brauereiwesen.
Kieselgur, auch als Tripel, Bergmehl oder Diatomeenerde bezeichnet,
ist eine mehlige bis feste, kreideähnliche Masse von vorzugsweise
weißer oder grüner Farbe. Es handelt sich dabei um die aus Kieselsäure
bestehenden Panzer einzelliger, im Wasser lebender Algen (Diatomeen),
die nach dem Absterben auf den Grund absinken und dort abbaubare
Lagerstätten bilden. Die Panzer bestehen aus zwei Schalenhälften von
unterschiedlichster Form und Gestalt. Bisher sind mehrere Tausend
verschiedenartige Diatomeenarten bekannt.
Die große Bedeutung, die Kieselgur in der Technik heute einnimmt,
beruht auf dem großen Aufsaugevermögen, dem Einsatz als Träger für
Katalysatoren, flüssige, gelöste und feste Stoffe und vor allem auf der
Verwendung als Filterhilfsmittel sowie als Füllstoff.
In den Brauereien fällt verbrauchte Kieselgur bei der Filtration der
Würze und des gelagerten Bieres in erheblichen Mengen an.
Bei der Filtration der Würze werden Kieselgurfilter zur Entfernung des
Kühltrubs eingesetzt. Die Filtration der Würze wird jedoch häufig auch
durch Sedimentation im Kühlschiff oder Anstellbottich, durch Flotation
oder Zentrifugieren betrieben. Dabei wird der Kühltrub zu etwa 60%
zurückgehalten.
Vor dem Abfüllen muß das Bier noch einmal sorgfältig filtriert werden,
um es blank und biologisch haltbar zu machen. Lediglich bei einigen
obergärigen Bieren verzichtet man darauf, um den aromatischen Geschmack
voll zu erhalten.
Bei der Kieselgur-Anschwemmfiltration wird dem Bier ein Gemisch aus
feiner und grober Kieselgur als Filterhilfsmittel zugemischt. Zur
Verbesserung der Filtrationseigenschaften werden auch Aktivkohle,
Kieselgel und Perlite beigegeben. Auf einem Filtergewebe setzt sich die
Gur mit den Trübstoffen ab und wird nach vollendeter Filtration pastös
oder trocken ausgetragen.
Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wird sowohl im Hinblick auf die
Beseitigung als auch auf eine spätere Verwertung die Kieselgur
"trocken" aus den Filtern abgezogen. Auf diese Weise erspart man sich
einen Teil der Transportkosten und die erforderliche Entwässerung vor
der Deponierung.
Eine solche pastöse "Trockengur" hat nach dem Ausbringen aus dem Filter
etwa die folgende Zusammensetzung:
Feuchtegehalt68-75%
Kieselgur20-27%
Organische Bestandteile ca. 5%
Der Feuchtegehalt rührt von dem nach der Filtration verbleibenden
Restbier her.
Die von der Filtermasse aufgenommenen organischen Bestandteile setzen
sich aus Hefe, Eiweiß und Hopfenharzen zusammen. Sie haben einen
Brennwert von ca. 5000 kcal/kg.
Legt man zur Abschätzung der Anfallmenge einen Bierausstoß von
91 044 000 hl/jato zugrunde, so erhält man in der BRD eine Gesamtanfallsmenge
an Kieselgur von 13 jato.
Die bei den Brauereien anfallende Kieselgur wird praktisch vollkommen
beseitigt. Lediglich in einigen kleinen Brauereien wird sie dem Treber
zugesetzt oder als Düngemittel auf landwirtschaftliche Flächen
verteilt.
Die Beseitigung der Kieselgur erfolgt bisher durch folgende Maßnahmen:
- a. Einlassen in eine Kläranlage.
Hierbei wird die Kieselgur mit Wasser aus den Filtern ausgeschwemmt und in eine Kläranlage eingeleitet. Bei einer betriebseigenen Kläranlage muß die Kieselgur mittels Saugkesselfahrzeugen aus den Absetzgruben abgepumpt und zur Beseitigung gefahren werden. Die direkte Einleitung in das Kanalnetz führt zur Verschlammung.
Das Einleiten in die Kanalisation ist jedoch aus Umweltgründen auf die Dauer nicht tragbar. - b. Einlassen in einen Vorfluter.
Das Einlassen des Kieselgur in den Vorfluter ohne vorhergehende Klärung dürfte nicht mehr zulässig sein. - c. Ablagerung auf einer Deponie.
Die Kieselgur kann trocken, d. h. durch vorsichtiges Abschaben von den Filtertüchern aus den Filterrahmen entfernt werden. Bei moderneren Anlagen erfolgt dies bereits automatisch. Sie wird dann im dickbreiigen Zustand auf die Deponie gefahren.
Es ist auch üblich, nur einen Teil der Kieselgur zu trocknen und auf
die Deponie zu bringen. Der verbleibende Rest wird dann ausgeschwemmt
und in das Abwasser gegeben.
Der Trockenaustrag der Kieselgur ist innerbetrieblich einfach zu lösen
und bringt die vollständige Lösung der Abwasserfrage. Bei der Beseitigung
sind jedoch einige Gesichtspunkte zu berücksichtigen.
Eine Deponierung des Kieselgur wird in Zukunft grundsätzlich nur
möglich sein, wenn sie im stichfesten Zustand angeliefert wird.
Ansonsten sind zusätzliche Gebühren für die Entwässerung zu bezahlen.
Der Transport der Gur bereitet jedoch ebenfalls Schwierigkeiten. Wegen
des breiigen Zustandes können keine LKW mit offener Ladefläche
eingesetzt werden, da erfahrungsgemäß die Entladung und die Reinigung
einen großen Aufwand erfordert. Der Hefegehalt und die dadurch, vor
allem in den Sommermonaten, entstehenden Gase führen zu Aufblähungen
der Gur und zu starken Geruchsbelästigungen. Ein Transport kann daher
nur in Spezialfahrzeugen erfolgen, wodurch erhebliche Kosten entstehen.
Zur Lösung dieser vielfältigen Probleme wurde auch bereits der
Vorschlag unterbreitet, zur Aufarbeitung des in Brauereien oder in
chemischen Reinigungen verwendeten Kieselgur eine zentrale Anlage mit
einem großen Durchsatz zu errichten. Hierzu wird auf den Forschungsbericht
T 77-09 des Bundesministeriums für Forschung und Technologie
vom Juli 1977 verwiesen. Mit Hilfe eines Wirbelbettofens sowie einem
Zyklonabscheider, Elektrofilter und weiterer großtechnischer Geräte
erfolgt eine Verbrennung der unschädlichen Inhaltsstoffe.
Die erforderlichen Temperaturen erreichen eine Größe von etwa 700°C
und der Durchsatz einer solchen Anlage beträgt 40 t Filterrückstand pro
Tag, entsprechend einem Bierausstoß von 16 Mio hl pro Jahr.
Neben den hohen Transportkosten des verbrauchten und aufgearbeiteten
Kieselgur sind hohe Energiekosten für den Verbrennungsvorgang aufzubringen.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die verbrauchten Kieselgurmengen
von den verschiedensten Brauereien der Großanlage zugeführt
werden müssen, wobei die unterschiedlichen Korngrößen des eingebrachten
Gutes vermischt werden.
Es hat sich herausgestellt, daß für den Filtriervorgang bestimmter
Biersorten ein definiertes Mischungsverhältnis der Korngrößen des
Kieselgur vorteilhaft ist. Die aufgearbeitete Kieselgur weist ein davon
abweichendes und nicht mehr ohne weiteres feststellbares Mischungsverhältnis
der Korngrößen auf, so daß die Wiederverwendung nicht mehr
die maximale Wirkung bei dem Filtriervorgang erzielt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Aufarbeitung
von Kieselgur anzugeben, welches vorzugsweise in Brauereien anfällt,
welches kostengünstig und umweltfreundlich ist und in der Brauerei
selbst durchgeführt werden kann, wobei die hierfür erforderlichen
Anlagen jedem Durchsatz angepaßt werden können.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine chemische
Naßaufbereitung der Filtergur direkt im verarbeitenden Betrieb sich
wesentlich kostengünstiger durchführen läßt.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die gebrauchte Kieselgur
mit einer 2- bis 8%igen Natronlauge bei einer Reaktionstemperatur von
ca. 60 bis 90°C versetzt und einer Reaktionszeit von 30 bis 120 Minuten
unter schonendes Rühren ausgesetzt wird.
Die Konzentration der Natronlauge beträgt vorzugsweise 4 bis 5%, die
Reaktionstemperatur 80 bis 90°C und die Reaktionszeit ca. eine Stunde.
Bei einer solchen einstündigen Behandlung der Kieselgur werden
praktisch alle eiweißhaltigen Substanzen sowie die Hefe nahezu
vollständig entfernt. Die Kieselgur enthält dann nur noch ca. 1 bis 2%
organische Substanz, die überwiegend aus Polysacchariden besteht. Diese
können bei Bedarf durch eine Säurehydrolyse mit Schwefelsäure oder
Salzsäure entfernt werden.
Bei den Filtrationsversuchen stellte es sich jedoch heraus, daß diese
Polysaccharide die Filtration nicht stören, so daß sie nicht unbedingt
entfernt werden müssen.
Bei der Wiederaufarbeitung von Kieselgur ist mit einem Zusatz von
ungebrauchter Gur in Höhe von 10 bis 20% zu rechnen. Aus diesem Grunde
kann der Gehalt an organischer Substanz in der aufbereiteten Kieselgur,
auch bei ununterbrochener Aufbereitung, nicht über 8% ansteigen.
Hierdurch wird die Filtrationswirkung der Kieselgur in keiner Weise
ungünstig beeinträchtigt.
Das Verfahren nach der Erfindung wird wie folgt durchgeführt.
Die gebrauchte Kieselgur aus dem Filter wird in ein beheizbares Gefäß
ausgetragen und mit ca. 4- bis 5%iger Natronlauge versetzt. Die Reaktionstemperatur
beträgt dabei ca. 80 bis 90°C und die Reaktionszeit
etwa eine Stunde. Durch schonendes Rühren oder Einblasen von Luft wird
das Substrat während der Reaktionszeit gleichmäßig durchmischt.
Die Entfernung der Natronlauge und das Klarspülen der Kieselgur erfolgt
vorzugsweise mit Hilfe eines Vakuum- bzw. Druckbandfilters im
Gegenstrom in etwa 4 bis 5 Extraktionsstufen. Zur restlosen Entfernung
der Lauge kann dem Spülwasser der letzten Extraktionsstufe bis zu 0,1%
Schwefelsäure oder Salzsäure zugesetzt werden.
Bis zur Wiederverwendung wird die gereinigte und regenerierte Kieselgur
unter Wasser aufbewahrt.
Zur Ergänzung der Verluste bei der Aufbereitung ist mit einem Zusatz
von 10 bis 20% neuer Gur zu rechnen.
Die durchgeführten Filtrationsversuche mit bis zu fünfmal
regenerierter Kieselgur ohne Zusatz von ungebrauchter Gur zeigten keine
Veränderungen gegenüber der normalen Filtration.
Die Filtrationsergebnisse von regenerierter Kieselgur im Vergleich zur
Originalkieselgur, die mit Hilfe eines Laborversuchsfilters gewonnen
wurden, sind in den folgenden Tabellen dargestellt.
Da in dem untersuchten Betrieb mit einer Vor- und Nachfiltration mit
Kieselgur gearbeitet wird, erfolgte eine getrennte Aufbereitung der
Kieselguren aus den beiden Filtern.
In mehreren Vergleichen wurde die gebrauchte Kieselgur des Betriebes
nach dem beschriebenen Verfahren aufbearbeitet und im Vergleich
zur ungebrauchten Kieselgur geprüft (Versuch Nr. 1 bis 3).
Zusätzlich wurde in einem weiteren Versuch die Kieselgur fünfmal
regeneriert und ohne Zusatz von neuer Gur zur Filtration
eingesetzt (Versuch Nr. 4 bis 8).
Die Angabe Δ p bezieht sich auf den Differenzdruck bei gleicher
Filtrationszeit.
Die Filtrationsergebnisse zeigen klar, daß die Regenerierung keine
nachteilige Wirkung auf die Filterleistung hatte.
Bei der feineren Gur konnte sogar eine deutliche Erhöhung der Filterleistung
erzielt werden, ohne daß sich Trübung und Kältetrübung des
Bieres verschlechterten.
Die gemäß der Erfindung gestellten Aufgaben werden damit vollständig
gelöst.
Claims (6)
1. Verfahren zur Wiederaufbereitung von gebrauchter, als Filtermittel
verwendeter Kieselgur, vorzugsweise für das Brauereiwesen, dadurch
gekennzeichnet, daß die gebrauchte Kieselgur mit einer 2- bis 8%igen
Natronlauge bei einer Reaktionstemperatur von ca. 60 bis 90°C
versetzt und einer Reaktionszeit von 30 bis 120 Minuten unter
schonendes Rühren ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration
der Natronlauge 4 bis 5% beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Reaktionstemperatur 80 bis 90°C beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die gebrauchte Kieselgur in ein beheizbares Gefäß ausgetragen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, dadurch
gekennzeichnet, daß die Entfernung der Natronlauge nach Ablauf der
Reaktionszeit und das Klarspülen der Kieselgur mit Hilfe eines
Vakuum- bzw. Druckbandfilters in mehrere Extraktionsstufen erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, dadurch
gekennzeichnet, daß zur restlosen Entfernung der Lauge dem Spülwasser
in der letzten Extraktionsstufe Schwefel- oder Salzsäure mit
einer Konzentration bis zu 0,1% zugesetzt werden.
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