DE19833405A1

DE19833405A1 - Verfahren zur Verwendung von Kieselgur zur Filtration

Info

Publication number: DE19833405A1
Application number: DE1998133405
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2000-02-03
Also published as: DE19981401D2; WO2000006283A1; AU5368999A

Abstract

Um mit einer thermisch vorbehandelten Kieselgur gute Filtrationsergebnisse zu erzielen, wird die Kieselgur bei Temperaturen von 200 DEG C bis 850 DEG C vorbehandelt und zur Voranschwemmung einer Filtration verwendet. DOLLAR A Dieses Verfahren eignet sich vor allem zur Filtration von Bier und durch Variationen der Behandlung der Kieselgur kann ein an das filtrierende Medium angepaßtes optimales Filtrationsverfahren bereitgestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwendung von Kieselgur zur Filtration, bei dem die Kieselgur bei Temperaturen von 200°C bis 850°C thermisch vorbehandelt wird.

Unter Filtration wird die selektive Abtrennung von bestimmten Inhaltstoffen des zu filtrierenden Mediums verstanden. Ein Verfahren zur Behandlung von Kieselgur bei Temperaturen von 200°C bis 850°C ist aus der DE 196 29 848 vorbekannt. Diese Schrift betrifft eine Anordnung zur Veredelung und Regenerierung von vorwiegend kieselgurenthaltenden Materialien, die insbesondere beim Filtrieren von Erzeugnissen der Getränkeindustrie, wie beispielsweise in Brauereien anfallen. Hierbei wird ein waagerecht angeordneter Drehofen zur thermischen Behandlung der kieselgurenthaltenden Materialien verwendet. In diesem Drehofen werden die Materialien aufgelockert und verrieselt und ein Heizgasstrom dient dem Verbrennen der der Kieselgur anhaftenden organischen Bestandteile. Der Heizgasstrom ist vom Austragende zum Eintragende des Drehofens gerichtet und der Drehofen weist im Inneren mindestens zwei Zonen mit unterschiedlichen mechanischen Fördermitteln auf, die sich vom Eintragende und Austragende zum Drehofeninneren erstrecken.

Die in einer derartigen Vorrichtung gemäß den Angaben in der Offenlegungsschrift thermisch behandelte Kieselgur wurde auch zur Filtration verwendet. Da wiederaufbereitete Kieselguren durch die thermische und mechanische Behandlung sehr feinkörnig sind und üblicherweise relativ schlechte Filtrationseigenschaften haben, wurde in umfangreichen Versuchsreihen zunächst eine grobe Kieselgur an ein Filtrationsträgermaterial angeschwemmt und anschließend die Regeneratkieselgur als feine Dosage dem zu filtrierenden Bier zugegeben. Trotz dieser bei der Bierfiltration üblichen Tiefenfiltration, die auch bei problematisch zu filtrierenden Stoffen üblicherweise zu sehr guten Ergebnissen führt, verblockte der Filter nach sehr kurzer Zeit, die Filterdrücke stiegen an und die Filtration mußte abgebrochen werden. Auch wiederholte Versuche mit unterschiedlichsten Dosagen konnten zu keinem besseren Ergebnis führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, mit dem eine derartig vorbehandelte, vorzugsweise regenerierte Kieselgur, zur Filtration verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Kieselgur als Voranschwemmung verwendet wird.

Völlig überraschend hat sich gezeigt, daß die noch nicht einmal als Dosage verwendbare Kieselgur als Voranschwemmung geeignet ist. Der Einsatz der thermisch behandelten Kieselgur als Voranschwemmung hat in einer anschließend durchgeführten Versuchsreihe mindestens so gute Filtrationsergebnisse bewirkt, wie die Verwendung einer typischen, üblicherweise für die Voranschwemmung verwendeten Kieselgur. Dies erlaubt es, die thermisch behandelte Kieselgur entweder zur Schichtenfiltration oder zur Tiefenfiltration einzusetzen. Bei der Schichtenfiltration wird auf eine Trägerschicht wie beispielsweise eine Filterschicht auf Zellulosebasis oder einen Draht oder ein Metallgitter mit definierter Spaltenweite eine Kieselgurschicht angeschwemmt, durch die das zu filtrierende Medium durchtritt. Zur Tiefenfiltration wird die thermisch behandelte oder eine andere Kieselgur dem zu filtrierenden Medium kontinuierlich während des Filtrationsvorganges zugegeben, so daß sich während des Filtrationsvorganges ein Filterkuchen aufbaut. Derartige Tiefenfiltrationen werden häufig in der Getränkeindustrie eingesetzt und dienen insbesondere zum Abtrennen von Hefen und Eiweißbestandteilen.

Der für den Filtrationsfachmann völlig widersprüchliche Sachverhalt, daß eine Kieselgur als Dosage einen schnellen Druckanstieg hervorruft und als Voranschwemmung besonders lange Filterstandzeiten ermöglicht, ist darauf zurückzuführen, daß die auf die beschriebene Art und Weise thermisch vorbehandelte Kieselgur bestimmte Stoffe passieren läßt, die sich an einer unbehandelten Kieselgur ablagern und zu einem Verblocken der freien Durchgangswege führen.

Durch das im Vergleich zu anderen Verfahren langsamere Aufheizen und langsamere Abkühlen der Kieselgur und die Anwendung niedrigerer Temperaturen ergibt sich eine schonende Behandlung der Kieselgur und eine Zerstörung der Diatomeen wird verhindert. Deshalb werden zur Behandlung der Kieselgur Temperaturen von vorzugsweise weniger als 750°C vorgeschlagen.

Die thermische Behandlung eignet sich jedoch vor allem auch für die Rückgewinnung von Kieselgur aus Kieselgurschlämmen, die vor allem organische Substanzen enthalten, da während der thermischen Behandlung die brennbaren organischen Substanzen verbrannt werden können. Um eine möglichst weitgehende Verbrennung in kurzer Zeit zu erzielen, werden möglichst hohe Temperaturen angestrebt und es wird deshalb vorgeschlagen, daß die Kieselgur bei Temperaturen von über 350°C behandelt wird.

Insbesondere die Behandlung der Kieselgur in einem Drehofen führt zu einer schonenden thermischen Behandlung der Kieselgur, wobei ein Drehofen gemäß der DE 196 29 848 zu hervorragenden Ergebnissen geführt hat.

Dies ist insbesondere darauf zurückzufahren, daß bei der thermischen Behandlung der Heizgasstrom vom Austragsende zum Eintragsende des Drehofens gerichtet ist, wobei die in der DE 196 29 848 angegebenen Temperaturen zu einer hinreichenden Verbrennung der an der Kieselgur anhaftenden organischen Bestandteile im Heizgasstrom führen. Im Hinblick auf die Ausgestaltung eines vorteilhaften Drehofens, die Gas- und Temperaturführung wird vollständig auf die DE 196 29 848 Bezug genommen, in der auf die Einhaltung einer bestimmten Zusammensetzung der Ofengase hingewiesen wird.

Die beschriebene Kieselgur, die sich erfindungsgemäß ausgezeichnet als Voranschwemmung eignet, kann auch als Dosage während der Filtration für eine Tiefenfiltration verwendet werden, solange auch als Voranschwemmung eine thermisch behandelte Kieselgur verwendet wird. Insbesondere bei der Verwendung der gleichen thermisch behandelten Kieselgur als Voranschwemmung und Dosage wird die Arbeitsweise bei der Filtration stark erleichtert. Darüber hinaus sind die Kosten für die Lagerhaltung geringer, da nur noch eine Kieselgur für die Filtration benötigt wird. Neben dem Vorteil längerer Filterstandzeiten durch geringeren Anstieg der Druckdifferenz am Filter wurde auch ein geringerer Kieselgurverbrauch bei der Dosage gemessen, ohne daß die Filtrationsleistung oder Qualität beeinträchtigt wurde.

Weitere Einsatzmöglichkeiten für die erfindungsgemäße Kieselgurfiltration eröffnen sich, wenn die Kieselgur mit die Oberflächenaktivität beeinflussenden Substanzen behandelt wird. Diese Behandlung wird vorzugsweise nach der thermischen Behandlung durchgeführt und ermöglicht die selektive Abtrennung von bestimmten Inhaltsstoffen des zu filtrierenden Mediums durch eine gezielte Beeinflussung der Oberflächenaktivität wie beispielsweise der Adsorptionsfähigkeit der Kieselgur. Zur Beeinflussung der Oberflächenaktivität kommen je nach abzutrennendem Inhaltsstoff organische oder anorganische Zusatzmittel zum Einsatz, mit denen die Kieselgur entweder behandelt wird oder die der Kieselgur zugegeben werden.

Die Voranschwemmung wird üblicherweise mit im Kreislauf geführtem Wasser durchgeführt. Wenn beispielsweise diesem Wasser chemische Substanzen zugegeben werden, kann während der Voranschwemmung eine selektive Veränderung der Oberflächeneigenschaften herbeigeführt werden, die direkt im Anschluß bei der Filtration benötigt wird. Alternativ dazu kann die Kieselgur auch vor ihrer Verwendung als Voranschwemmung vorbehandelt werden, um eine selektive Abtrennung zu erzielen.

Eine bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Filtrationsverfahren findet sich bei der Filtration von Getränken, insbesondere von Bier. Bier wird nach der Lagerung und vor der Abfüllung filtriert, um vor allem Hefen, aber auch Eiweißstoffe und andere Mikroorganismen vom Bier zu trennen und somit die Haltbarkeit des Bieres zu erhöhen. Hierzu wird vor allem die Tiefenfiltration verwendet, mit der vor allem Hefe vom Bier abgetrennt wird. Meistens wird mit einer anschließenden Schichtenfiltration der Anteil an kleineren Stoffen, wie Eiweißpartikeln und kleineren Mikroorganismen abgetrennt. Das erfindungsgemäße Filtrationsverfahren eignet sich hierbei vor allem für die Tiefenfiltration und ermöglicht es, die gleiche Kieselgur für die Voranschwemmung und für die laufende Dosage zu verwenden.

Das Filtrationsverfahren ist jedoch auch zur Abtrennung des Jungbiers nach der Gärung einsetzbar und erlaubt sogar eine Immobilisierung der Hefe oder anderer Mikroorganismen und Enzyme, da je nach Behandlung der Kieselgur Mikroorganismen oder Enzyme an die Kieselgur gebunden werden können und anschließend das zu behandelnde Substrat leicht von der Kieselgur getrennt werden kann.

Ein Anwendungsbeispiel für eine Filtration mit der erfindungsgemäßen vorbehandelten Kieselgur ist in der Figur dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Auf einen Schichtenfilter mit einer Filterfläche von 0,1 m² werden in der ersten Voranschwemmung 6 g behandelte Kieselgur aufgebracht. Diese 6 g Kieselgur verteilen sich bei dem verwendeten Versuchsfilter auf vier Filterschichten. Um die Kieselgur gleichmäßig auf die Filterschichten zu verteilen, wird sie in 20 l des zu filtrierenden Bieres (helles Vollbier, Stammwurze 12%) dispergiert und anschließend wird das Bier-Kieselgur-Ge misch durch den Filter geleitet. Das zu filtrierende Gemisch wird auf einer konstanten Temperatur von 2°C gehalten. Beim Durchfließen des Filters wird am Filtereinlauf ein Druck von 2 bar angelegt und am Filterauslauf wird ein Gegendruck von 1,9 bar erzeugt. Dies führt zu einer Druckdifferenz von 0,1 bar, die in Fig. 1 dargestellt ist.

Die Fig. 1 zeigt den Differenzdruck in bar, der über der Zeit in Minuten aufgetragen ist.

Zunächst wird das Gemisch bei einem Differenzdruck von 0,1 bar durch den Filter geleitet. Danach werden die angegebenen Drücke aufrechterhalten und an diese erste Voranschwemmung schließt sich eine zweite Voranschwemmung an. Hierfür werden 8 g der behandelten Kieselgur in zwanzig Litern des zu filtrierenden Bieres dispergiert und ebenfalls durch den Filter geleitet. Drücke und Temperaturen bleiben weiterhin konstant. Diese Voranschwemmungen führen dazu, daß sich auf der Filterfläche eine Kieselgurschicht ablagert, die gleichmäßig die Filterfläche bedeckt.

Nach Beendigung der zweiten Voranschwemmung ist eine homogene durchgehende Schicht aufgebaut, so daß die eigentliche Filtration beginnen kann. Hierfür wird dem zu filtrierenden Bier während der Filtration eine definierte Menge der behandelten Kieselgur kontinuierlich zugesetzt. Im Ausführungsbeispiel werden 25 g pro 100 Liter zu filtrierendem Bier beigemengt. Das zu filtrierende Bier wird mit der beigemengten Kieselgur infolge der Druckdifferenz zwischen Filtereinlauf und Filterauslauf durch die auf den Filterschichten gebildete Kieselgurschicht hindurchgedrückt.

Die dem Bier kontinuierlich zugesetzte Kieselgur führt dazu, daß die auf den Filterschichten abgelagerte Kieselgurschicht kontinuierlich dicker wird. Um einen über die gesamte Filtration gleichbleibenden Volumenstrom des Filtrats zu gewährleisten, muß die Druckdifferenz während der Filtration erhöht werden. Im vorliegenden Fall wird ein Volumenstrom von ca. 30 Liter pro Stunde angestrebt und hierzu wird - wie in der Figur gezeigt - der Druck am Filtereinlauf nach bestimmten Zeiten erhöht. Der Druck am Filterauslauf wird konstant gehalten. Die sich dadurch ergebende stufenweise erhöhte Druckdifferenz ist in der Figur über den gesamten Filtrationsvorgang abgebildet. Nach 9 Stunden wird die Filtration abgebrochen und das im Filter verbleibende Bier mit Wasser herausgedrückt.

Die beschriebene Filtration erlaubt es, in einem Zeitraum von 9 Stunden auf einer Filterfläche von 0,1 m² 270 Liter Bier zu filtrieren. Dieses hervorragende Ergebnis ist auf die erfindungsgemäße Verwendung der Kieselgur zurückzuführen und konnte bei größeren Filteranlagen entsprechend erzielt werden.

Claims

1. Verfahren zur Verwendung von Kieselgur zur Filtration, bei dem die Kieselgur bei Temperaturen von 200°C bis 850°C thermisch vorbehandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselgur als Voranschwemmung verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselgur bei Temperaturen von weniger als 750°C behandelt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselgur bei Temperaturen von über 350°C behandelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselgur in einem Drehofen behandelt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der thermischen Behandlung in einem Heizgasstrom der Kieselgur anhaftende organische Bestandteile verbrannt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizgasstrom vom Austragende zum Eintragende des Drehofens gerichtet ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselgur als Dosage einer Filtration verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselgur mit die Oberflächenaktivität beeinflussenden Substanzen behandelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit die Oberflächenaktivität beeinflussenden Substanzen nach der thermischen Behandlung durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselgur zur Filtration von Bier verwendet wird.