BRAUWELT | WISSEN | WASSERUmkehrosmoseanlageentweder gesättigtes Kalkwasser, setzt Ionen<strong>aus</strong>t<strong>aus</strong>cherein oder bedient sich derUmkehrosmose.Diese Verfahren entsprechen der Trinkwasserverordnungund ermöglichen dem<strong>Brau</strong>meister, auf Wässer zurückzugreifen,ohne durch deren Zusammensetzung aufdie Produktion einer bestimmten Biersortefestgelegt zu sein.l<strong>Brau</strong>wasseraufbereitungZum <strong>Brau</strong>en von hellen Qualitätsbieren sindWässer mit einem weichen Härtegrad erwünscht.Diesen erzielt man durch Entkarbonisierenoder entsprechendes Entsalzen.Hierfür sind Ionen<strong>aus</strong>t<strong>aus</strong>cher, Elektro-Osmoseverfahren oder die Umkehrosmosegeeignet. Darüber hin<strong>aus</strong> ist es möglich,den aciditätsvernichtenden Einfluss derHydrogenkarbonat-lonen durch Zusatz vonKalzium-Ionen in Form von Gips oder Kalziumchloridzu kompensieren. Ebenso gelingtes mit Hilfe von Sauermalz oder Sauergut,die ungünstige Wirkung von Hydrogenkarbonatenaufzuheben.lEntkarbonisierung mitgesättigtem Kalkwasser [3]Entkarbonisiert wird meist bei kaltem odernur schwach erwärmtem Wasser. Der inForm von Kalkwasser zugesetzte Kalk bindetzunächst das freie und anschließenddas halbgebundene Kohlendioxid. DasKalziumhydrogenkarbonat wird dadurchin Form von Kalziumkarbonat <strong>aus</strong>geschieden.Dann folgt die Umsetzung des Magnesiumhydrogenkarbonats.Vorhandene Eisensalzesetzten sich mit den Kalzium- undMagnesiumsalzen ebenfalls ab. Ein Zusatzvon Kalziumsalzen (Gips, Kalziumchlorid)ermöglicht eine weitere Absenkung derKarbonathärte, allerdings unter gleichzei-tiger Bildung der entsprechenden Magnesiumsalzeder Nichtkarbonathärte.lKontinuierlich arbeitende Enthärtungsanlagen[3]Diese Anlagen setzen Rohwasserverhältnissevor<strong>aus</strong>, die keinen größeren Schwankungender Härtegegebenheiten unterworfensind. Sie ermöglichen aufgrund ihres konstruktivenAufb<strong>aus</strong> eine einfache Abschlämmungder Fällungsprodukte. EinstufigeAnlagen, die bei günstig zusammengesetzenWässern eingesetzt werden können,bestehen <strong>aus</strong> einem „Kalksättiger“ zur Herstellungdes gesättigten Kalkwassers, einemReaktor, in dem der Enthärtungsvorgangabläuft, und einem Kies- bzw. Sandfilter zurvollständigen Klärung. Ein großer Nachteildieser Anlagen ist ihr großer Platzbedarf.lIonen<strong>aus</strong>t<strong>aus</strong>cherSchwierige Wässer lassen sich mit Ionen<strong>aus</strong>t<strong>aus</strong>chernzu <strong>Brau</strong>wasser aufbereitenund sorgen so für die Entkarbonisierungmagnesiareicher Wässer, die EntsalzungEnthärtungsanlage in einem Getränke herstellenden BetriebRestalkalität (RA) für unterschiedliche Biertypenmineralreicher Rohwässer oder für diegezielte Entfernung von Anionen wie Nitrat,Chlorid oder Sulfat. Im Vergleich zuKalkentkarbonisierungsanlagen sind Ionen<strong>aus</strong>t<strong>aus</strong>cherwesentlich kleiner unddamit in Investition und Raumbedarf entsprechendgünstiger. Sie werden deshalbauch zur Enthärtung von Wässern herangezogen,die sich mit Kalkfällung aufbereitenlassen.Nach Enthärten durch lonen<strong>aus</strong>t<strong>aus</strong>cherkann das Wasser durch einen Verschnittmit Rohwasser auf die gewünschteRestkarbonathärte eingestellt werden.Eine gewisse Kalziumkarbonathärtelässt sich auch aufbauen, indem kohlensäurehaltigesWasser vom Aust<strong>aus</strong>chermit gesättigtem Kalkwasser verschnittenwird. In Abhängigkeit vom Gehalt an Magnesiumhydrogenkarbonatbringt der VerschnittMg-Ionen als Nichtkarbonathärteein.Ionen<strong>aus</strong>t<strong>aus</strong>cher sind durch die notwendigeRegeneration mit konzentriertenChemikalien kostenintensiv und aufwändig.• helle Biere im Bereich von 0 °dH*• für Export, Kölsch, Lager kleiner 5 °dH• für Pilsbiere teilweise bis –5 °dH• Weizenbier größer 5 °dH, jedoch kleiner 10 °dHÜberschlägig kann man die RA mit folgender Formel berechnen:Restalkalität [°dH] = Karbonathärte – (Gesamthärte: 3,5 oder 4)Eine genauere Berechnung ist mit folgender Formel möglich:Restalkalität [°dH] = Karbonathärte – (Kalziumhärte/3,5) – (Magnesiumhärte/7)Liegen Werte für Calcium und Magnesium in mg/l vor, wird Calcium durch 7,15 dividiertund Magnesium durch 4,34.Gibt das Wasserwerk in seiner Wasseranalyse die Gesamthärte in mmol/l an, so ergibtdieser Wert mit 5,6 multipliziert Grad Härte [°dH].*Ein deutscher Härtegrad (1°dH) entspricht 10 mg Kalziumoxid oder 7,<strong>19</strong> mgMagnesiumoxid/l H 2O536 BRAUWELT | NR. <strong>18</strong>-<strong>19</strong> (<strong>2013</strong>)
WASSER | WISSEN | BRAUWELTlElektrodiarese und ElektroosmoseDie Elektrodiarese ist ein Entsalzungsverfahren,dem das Prinzip der Dialyse zugrundeliegt. Es findet eine Wanderung von Ionen imelektrischen Feld durch zwischengeschaltetejeweils anionen- und kationensperrendeMembranen statt [4]. Dieses sowie ein weiteresVerfahren, dessen Prinzip darauf beruht,dass das zu reinigende Wasser durchdie Wirkung von Gleichstrom von Ionenbefreit wird – die Elektroosmose – kommennicht mehr oder nur noch sehr selten zur<strong>Brau</strong>wasseraufbereitung zum Einsatz (Beschreibungensind in der 6. und 7. Auflagedes Buches von Narziß [5] zu finden).lMembranfiltration –UmkehrosmoseDie Membranfiltration gewährleistet eineeffiziente und gleichzeitig umweltfreundlicheWasseraufbereitung, die nahezu ohneEinsatz von Chemikalien <strong>aus</strong>kommt. ZurVorbehandlung vor einer Entsalzung mitUmkehrosmose wird zunehmend die Ultrafiltrationeingesetzt. Sie dient dem Abscheidenfeinster Partikel und Trübstoffe. UmVerblockungen der Module zu verhindern,werden in regelmäßigen Zyklen Rückspülungendurchgeführt.Die Umkehrosmose, die sich zur Aufbereitungvon Trinkwasser bewährt hat, wirdebenfalls zunehmend in <strong>Brau</strong>ereien angewandt.Sie ermöglicht eine weitgehendeEntsalzung des Wassers [6, 7].Das Prinzip der Umkehrosmose basiertauf der Tatsache, dass der für Rohwassererforderliche Druck größer ist als der durchOsmose verursachte Druck. Aufgrund diesesDruckunterschieds müssen die Wassermoleküleeine halbdurchlässige Membrandurchqueren, wobei die gelösten Salze,organische Verunreinigungen und Mikroorganismenaufgrund ihrer Größe imKonzentrat zurückgehalten werden. Einsalzhaltiges Wasser wird dadurch in zweiStröme aufgeteilt, und zwar in das salzfreiePermeat und das salzhaltige Konzentrat.Dematerialisiertes Wasser ist nicht in derLage, Größe und Belastung der Salzmengedurch Ionen, die durch die Membran hindurchrutschen können, zu beeinflussen.Kleinere Ionen fließen automatisch durchdie Membran hindurch, während die größerenIonen leichter zurückgehalten werdenkönnen. Im Vergleich zu anderen Systemender Wasserenthärtung werden alle Ionen– Kationen und Anionen – gleichmäßigEinfluss der Salze/Ionen• Kalzium: Kalziumionen (Ca2+) verbessern die Arbeit der stärkespaltenden Enzymewährend des Maischprozesses• Magnesium: Magnesiumionen (Mg2+) führen in höheren Konzentrationen zu einembitteren Geschmack•Natrium: Natriumionen (Na+) führen als Natriumchlorid in hohen Konzentrationen zueinem salzigen/sauren Geschmack. Besonders aciditätsvernichtend als Natriumhydrogenkarbonat.Vorsicht bei Enthärtungsanlagen als Vorbehandlung zur Umkehrosmose.Es werden 1 mol Ca 2+ und Mg 2+ gegen 2 mol Na + get<strong>aus</strong>cht. Dadurch sind besonders beiWässern mit hoher Ausgangshärte oft nach der Umhekrosmose noch höhere Natriumgehalteals im Rohwasser zu verzeichnen. Hier sind Scaleinhibitoren zu bevorzugen.BIERTYPENHelle, hopfenstarkeBiere (Pilsner)Dunkle Biere (Münchner)Karbonhärte geringe hoch hochNichtkarbon-härte fast keine kaum vorhanden hochbei geringem Salzgehaltund geringerRestalkalität<strong>aus</strong> dem Wasser entfernt. Dies ist sonst nurmit mehrstufigen Aufbereitungsverfahrenmöglich. Auch einwertige Ionen wie Natrium,Chlorid und Nitrat werden weitgehendeliminiert. Damit die Nichtkarbonathärtezurückgewonnen werden kann, ist die Dosierungvon Kalziumchlorid oder Kalziumsulfatwichtig.lAusblickFür <strong>Brau</strong>wasser kann eine Aufhärtungwünschenswert sein: so mit Rohwasser.Mittels der im Wasser befindlichen freienKohlensäure könnte mit gesättigtem Kalkwassereine gewisse Karbonathärte aufgebautwerden. Meist wird jedoch Kalziumchloridoder Kalziumsulfat zugesetzt unddamit die Nichtkarbonathärte und mit ihrder Kalziumgehalt eines Wassers aufgebaut.Das letztlich angestrebte günstige <strong>Brau</strong>wasserlässt sich durch einen Verschnittmit Rohwasser plus Zugabe von Kalziumchloridbzw. Gips erzielen. In einem zweitenTeil dieser Artikelserie wird die <strong>Brau</strong>wasseraufbereitungan einem praxisnahenBeispiel beschriebenwerden,und zwar durchden Einsatz vonUmkehrosmoseanlagenin der KönigLudwig Schlossbrauerei.■hoher Gehalt an Hydrogenkarbonatund hoheRestalkalitätDortmunderlLiteratur1. Heyse, K.-U.: Handbuch der <strong>Brau</strong>erei-Praxis, 3. verb. u. erw. Aufl. (<strong>19</strong>95), VerlagHans Carl, Nürnberg, <strong>19</strong>95.2. Heyse, K.-U.: Praxishandbuch der <strong>Brau</strong>erei,7. Aufl., Hamburg: Behr’s Verlag,2002.3. Schuster; Weinfurtner; Narziß: DieBierbrauerei: Die Technologie der Würzebereitung:Bd. II. Verlag: Wiley-VCHVerlag; Auflage: 7., durchges. u. erw. A.(April 2009).4. Nörpel, C.: „Elektrodiarese“, BRAUWELT122 (<strong>19</strong>82), S. 1615-1616.5. Narziß, L.; Back, W.: Die Bierbrauerei:Band 2: Die Technologie der Würzebereitung,Wiley-VCH Verlag; 8. überarb. underg. Auflage, 2009.6. Marquardt, K.: „Umgekehrte Osmose– Ein neues Verfahren zur <strong>Brau</strong>- undGetränkewasseraufbereitung“, BRAU-WELT 117 (<strong>19</strong>77), S. 1033-1040.7. Marquardt, K., Zeitschrift für praktischeEnergietechnik, 32. Jahrgang, <strong>19</strong>80,S. 329.BRAUWELT | NR. <strong>18</strong>-<strong>19</strong> (<strong>2013</strong>) 537