DE19707404A1 - Biologisches Verfahren zur Verminderung des Wiederverkeimungspotentials von Trinkwasser durch die Begrenzung eines essentiellen Nährstoffes, z. B. des Phosphorgehaltes - Google Patents
Biologisches Verfahren zur Verminderung des Wiederverkeimungspotentials von Trinkwasser durch die Begrenzung eines essentiellen Nährstoffes, z. B. des PhosphorgehaltesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
Der Stand der Technik der Trinkwasseraufbereitung sieht in der letzten Behandlungsstufe eine
Desinfektion des Wassers z. B. durch Zugabe von Chemikalien oder durch ultraviolette
Bestrahlung vor um Bakterien und Viren abzutöten. Bei dieser Art der Wasseraufbereitung
werden nicht alle pathogenen Bakterien und Viren abgetötet, sondern ihre Zahl lediglich um
etwa vier Zehnerpotenzen reduziert (Bernhardt 1994). Durch die Zugabe der chemischen
Desinfektionsmittel soll die Wiederverkeimung während des Transportes im Leitungsnetz
verhindert bzw. minimiert werden. Die als Remanenz bezeichnete Dauer dieser Wirkung hängt
vor allem von den im Wasser verbliebenen reduzierenden Substanzen ab, weil diese in Redox
reaktionen während des Transportes das Oxidationspotential und damit die Wirkung der
desinfizierenden Chemikalien herabsetzen.
Stand der Technik ist weiterhin die Denitrifikation nitratbelasteter Rohwässer (Wurmthaler,
1994) sowie die biologische Eliminierung von Phosphat aus Wasser durch polymerfixierte
Mikroorganismen (EP 0 472 250 A2).
Die Nachteile der chemischen Desinfektion sind, daß einige im Wasser vorkommende
Substanzen durch den oxidativen Aufschluß durch die Desinfektionsmittel mikrobiell besser
verwertbar (Hambsch, Werner 1992) bzw. erst verfügbar werden (Grohmann 1991), wie z. B.
Huminstoffe.
Die Dauer der Remanenz beträgt für chemische Mittel einige Stunden bis zu einem Tag
(Bernhardt 1994). Daraus folgt für jedes vorhandene Rohrleitungsnetz ein Mindestwasser
verbrauch durch die Endverbraucher, um die Aufenthaltszeit des Wassers im Verteilungsnetz
unter der Remanenzzeit zu halten und dadurch die Wasserqualität zu garantieren.
Weiterhin werden einige toxikologisch bedenkliche Verbindungen wie Trihalomethane, Chlorit,
Chlorat u. a. durch den Zusatz chemischer Desinfektionsmittel gebildet (Roßkamp 1991).
Die Überdauerungsformen einiger Mikroorganismen, die Oocysten, werden nicht abgetötet. Das
Risiko der Resistenzbildung darf nicht unterschätzt werden (Grobe, Wingender 1995).
Problematisch bei der Desinfektion durch ultraviolette Bestrahlung ist die sichere Einhaltung
und Kontrolle der Mindeststrahlendosis für jedes einzelne Volumenelement des Wasserstromes
(Bernhardt 1994). Dieses Desinfektionsverfahren gewährt außerdem keine Remanenz für den
Transport im Rohrleitungsnetz, da die durch die Strahlendosis inaktivierten oder abgetöteten
Mikroorganismen im Wasser verbleiben und als Substrat für andere Organismen dienen.
Nachteilig bei den bekannten Verfahren der biologischen Denitrifikation ist die meist über
stöchiometrische Zugabe von Kohlenstoffquellen, Phosphor sowie Spurenelementen, da durch
nicht verstoffwechselte Restkonzentrationen die Wasserqualität abnimmt mit dem einher
gehenden Risiko der Wiederverkeimung. Die Betriebskosten steigen infolge der Chemikalien
kosten sowie der Zunahme der zu entsorgenden Schlammengen.
Die Nachteile des aus der Patentschrift EP 0 472 250 A2 bekannten Verfahrens der biologischen
Phosphatelimination aus Wasser sind der diskontinuierliche Betrieb, die im Anschluß an die
anaerobe Rücklösung benötigte chemische Fällung sowie die aufwendige Herstellung des
Biokatalysators.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Wachstum von Mikroorganismen im behandelten Wasser zu
minimieren und dadurch die mikrobiologische Qualität des Wassers von der Aufenthaltszeit im
Verteilungsnetz zu entkoppeln. Gleichzeitig sollen die beschriebenen negativen Effekte der
bekannten Desinfektionsmaßnahmen vermieden sowie die Betriebskosten minimiert werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches l gelöst.
Das Prinzip von Liebig, nach dem ein einziger limitierender Faktor ausreicht, um das Wachstum
von Mikroorganismen zu unterbinden, wird im vorgeschlagenen biotechnologischen Verfahren
zur Trinkwasseraufbereitung genutzt, um das Wachstum von Mikroorganismen im Verteilungs
netz zu minimieren.
Eine Desinfektion durch Chemikalien oder UV-Bestrahlung wird dadurch überflüssig.
Das Verfahren ist flexibel auf verschiedene Rohwasserzusammensetzungen anwendbar. Es
ermöglicht z. B. die simultane Denitrifikation und den Abbau anderer unerwünschter Wasser
inhaltsstoffe.
Die verbrauchten Mengen an Kohlenstoffen, Nährstoffen und Spurenelementen liegen unter
denen der bekannten Verfahren mit überstöchiometrischer Zugabe.
Dadurch vermindert sich auch die zu entsorgende Biomasse, Rückspülzeiten in Festbettreaktoren
können verkürzt und/oder die Intervalle verlängert werden.
Vorhandene Filtrationsstufen können, ggf. nach Umbaumaßnahmen, als Reaktionsräume genutzt
werden.
Abb. 1 zeigt Ausführungsbeispiele des Verfahrens.
In mindestens einem Reaktionssystem (1) werden Mikroorganismen kultiviert, die wachstums
bedingt Kohlenstoffverbindungen, Nährstoffe und Spurenelemente aus dem Wasser aufnehmen.
Bevorzugt wird als Reaktor ein Festbett verwendet.
Zum Reaktionssystem gehören weiterhin nicht dargestellte Vorrichtungen zur Dosierung von
Kohlenstoffquellen, Nährstoffquellen und Spurenelementequellen, Vorrichtungen zur pH-Wert-
Einstellung, ggf. Vorrichtungen zum Umwälzen und/oder Durchmischen des Reaktorinhaltes.
Das im Reaktionssystem behandelte Wasser wird anschließend einem Abscheidesystem (2)
zugeführt, das Feststoffe und Mikroorganismen aus dem Wasser abtrennt.
Bevorzugt wird hierzu eine Ultrafiltrationseinheit verwendet, deren Membran den Rückhalt von
Partikeln in der Größe der Mikroorganismen (ca. 0,45 µm Porenweite) oder sogar von Viren (ca.
0,01 µm Porenweite) sichert.
Durch die Verschaltung mehrerer Fermentationssysteme läßt sich das Gesamtsystem sowohl an
die hydraulische Belastung als auch an schwankende Rohwasserqualitäten oder geänderte
Reinigungsziele anpassen. Ein quasikontinuierlicher Betrieb des Gesamtsystems ist auch
während erforderlicher Wartungs- und Reinigungsarbeiten an Teilsystemen gewährleistet.
Durch die Vermischung von Rohwasser und Ablauf anderer Stufen kann ein Zulauf mit gegen
über dem Rohwasser verminderten Konzentrationen hergestellt werden. Dieser Zulauf kann zur
Sicherung des Erhaltungsstoffwechsels der Organismen dienen oder bei Einstellung optimaler
Milieubedingungen zur Etablierung spezialisierter Organismenarten führen, die selbst Spuren
der unerwünschten Substanz eliminieren können.
Bevorzugt wird die Phosphorkonzentration als limitierender Faktor verwendet, da Phosphor in
Gewässern natürlicherweise limitierender Faktor ist und daher spezialisierte Mikroorganismen in
der Lage sind, auch geringste Phosphorkonzentrationen ihrer Umgebung noch weiter zu senken.
Andererseits ist biologisches Wachstum ohne den essentiellen Stoff Phosphor nicht möglich. Bei
entsprechender Absenkung der Phosphorkonzentration in der Wasseraufbereitung ist daher eine
Wiederverkeimung des Wassers beim Transport im Rohrleitungsnetz ausgeschlossen.
Bernhardt, H.; et al.:
Desinfektion aufbereiteter Oberflächenwässer mit UV- Strahlen, gwt, 12/94 (vom BMFT gefördertes Verbundforschungsvorhaben "Untersuchungen zur hygienischen Sicherheit der Trinkwasserdesinfektion mit UV- Strahlung")
Wurmthaler, J.:
Biologische Nitratelimination mit einem Festsubstrat bei der Trinkwasseraufbereitung, Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft, Bd. 132, 1994
Grobe, S.; Wingender, J.:
Ursachen der Resistenz schleimbildender und nichtschleimbildender Wasserbakterien gegenüber Chlor und Wasserstoffperoxid, Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft, Bd. 133, 1995
Hambsch, B.; Werner, P.:
Verhinderung der Bakterienvermehrung im Trinkwasser ohne bzw. bei minimalem Einsatz von Desinfektionsmitteln, Abschlußbericht des BMFT-Forschungsvorhabens 02 WT 9003, 1992
Grohmann, A.:
Zusatzstoffe für die Desinfektion von Trinkwasser, in: Die Trinkwasserverordnung, Erich Schmidt Verlag, 1991, S. 496-505
Roßkamp, E.:
Biologische Relevanz der Trihalogenmethane und leichtflüchtiger Chlorkohlenwasserstoffe, in: Die Trinkwasserverordnung, Erich Schmidt Verlag, 1991, S. 285-297
Desinfektion aufbereiteter Oberflächenwässer mit UV- Strahlen, gwt, 12/94 (vom BMFT gefördertes Verbundforschungsvorhaben "Untersuchungen zur hygienischen Sicherheit der Trinkwasserdesinfektion mit UV- Strahlung")
Wurmthaler, J.:
Biologische Nitratelimination mit einem Festsubstrat bei der Trinkwasseraufbereitung, Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft, Bd. 132, 1994
Grobe, S.; Wingender, J.:
Ursachen der Resistenz schleimbildender und nichtschleimbildender Wasserbakterien gegenüber Chlor und Wasserstoffperoxid, Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft, Bd. 133, 1995
Hambsch, B.; Werner, P.:
Verhinderung der Bakterienvermehrung im Trinkwasser ohne bzw. bei minimalem Einsatz von Desinfektionsmitteln, Abschlußbericht des BMFT-Forschungsvorhabens 02 WT 9003, 1992
Grohmann, A.:
Zusatzstoffe für die Desinfektion von Trinkwasser, in: Die Trinkwasserverordnung, Erich Schmidt Verlag, 1991, S. 496-505
Roßkamp, E.:
Biologische Relevanz der Trihalogenmethane und leichtflüchtiger Chlorkohlenwasserstoffe, in: Die Trinkwasserverordnung, Erich Schmidt Verlag, 1991, S. 285-297
Claims (7)
1. Verfahren zur Behandlung von Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß
durch mikrobiologische Behandlung dem Wasser ein Nährstoff soweit entzogen wird, daß
eine Verkeimung des behandelten Wassers durch Mikroorganismen verhindert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Wasser Phosphor weitestgehend entzogen wird.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
trägerfixierte Organismen eingesetzt werden.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
simultan nitratbelastetes Wasser denitrifiziert wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
durch die Beaufschlagung nachfolgender Stufen mit einer Mischung aus behandeltem Wasser
und Rohwasser die Mikroorganismen der nachfolgenden Stufen an die Reduzierung
geringster Konzentrationen adaptiert werden.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
beliebige weitere unerwünschte Wasserinhaltsstoffe biologisch eliminiert werden.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das behandelte Wasser nach dem Reaktionssystem in einem Abscheidesystem von
Mikroorganismen und sonstigen Feststoffen getrennt wird.
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| DE4409435A1 (de) * | 1994-03-19 | 1994-09-08 | Ott Peter | Vorrichtung und Verfahren zur simultanen biologischen Phosphor- und Stickstoffelimination aus Abwasser |
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| EP0287088A2 (de) * | 1987-04-17 | 1988-10-19 | Zabion Ltd. | Verfahren für die Behandlung von wässerigem Strom |
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| Ref. 84-241236/39 zu JP 9145-098 A * |
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| Ref. 93-211573/26 zu JP 05138186 A * |
| Ref. 94-071205/09 zu JP 06023390 A * |
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| DE10201997A1 (de) * | 2002-01-21 | 2003-08-07 | Georgi Wassertechnik Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Nitratentfernung aus Grund- und Oberflächenwasser |
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