DE3440619A1

DE3440619A1 - Verfahren zum entfernen von nitrat aus wasser

Info

Publication number: DE3440619A1
Application number: DE19843440619
Authority: DE
Inventors: Uwe Ing.(grad.) 6109 Mühltal Rütze; Norbert Prof. Dr.rer.nat. 6078 Neu-Isenburg Wolters
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1984-11-07
Filing date: 1984-11-07
Publication date: 1986-05-07

Description

Verfahren zum Entfernen vonNitrat aus Wasser
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Nitrat aus Wasser, das weitgehend frei von kohlenstoffhaltigen Verbindungen ist, durch bakterielle Reduktion des Nitrats zu Stickstoff, wobei man das Wasser in einer Behandlungszone in Kontakt mit einem Bakterien tragenden Feststoffträger und den Feststoffträger in Kontakt mit einer kohlenstoffhaltigen Substanz bringt.
Steigende Nitratgehalte im Grund- und Oberflächenwasser machen es erforderlich, in entsprechenden Aufbereitungsanlagen das Nitrat zu entfernen. Dazu sind bereits verschiedene Verfahren bekannt, die auf physikalischer, physikalisch-chemischer oder biologischer Grundlage arbeiten, wie z.B. Ionenaustausch, Osmose sowie die biologischen Verfahren, bei denen nitratreduzierende Bakterien genutzt werden.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art, das mit nitratreduzierenden Bakterien arbeitet, ist aus der europäischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 102 584 bekannt. Hierbei werden Trägermaterialien benutzt, die nicht oberflächenaktiv sind, wie z.B. Sand, Kies, Plastikfüllkörper oder Polyurethan-Schaumstoffteilchen. Als kohlenstoffhaltige Substanzen, die für den Stoffwechsel der Bakterien notwendig sind, verwendet man beim bekannten Verfahren wasserlösliche oder auch teilweise wasserunlösliche, biologisch abbaubare Verbindungen, z.B. Kohlenwasserstoffe oder Zellulose, sowie Zucker, Gelatine, Stärke oder Alkohole. Hierbei besteht die Befürchtung, daß das behandelte Wasser einen zu hohen Gehalt organischer Inhaltsstoffe behält, die auch lebensmittelrechtlich bedenklich sein können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das sowohl wirtschaftlich durchführbar ist, einen geringen Anstieg organischer Wasserinhaltsstoffe gewährleistet und lebensmittelrechtliche Gesichtspunkte berücksichtigt. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß man als kohlenstoffhaltige Substanz natürliches Öl und/oder natürliches Fett und als Feststoffträger feinkörnige erdalkalihaltige Mineralien verwendet.
Auf diese Weise lassen sich Grundund Oberflächenwässer, sowie andere Wässer, deren Inhaltsstoffe allein nicht geeignet sind, eine biologische Nitratreduzierung zu ermöglichen, wirksam behandeln. Dabei hydrolisiert das Öl oder Fett im Wasser in Gegenwart der erdalkalihaltigen Mineralien teilweise, wobei üblicherweise eine Erdalkaliseife entsteht. Diese Erdalkaliseifen sind weitgehend wasserunlöslich, sie werden aber unter Ausnutzung des Nitratsauerstoffs z.B. zu Calciumhydrogencarbonat abgebaut. Die Wasserunlöslichkeit der Erdalkaliseifen bewirkt, daß keine nennenswerte Erhöhung der organischen Inhaltsstoffe im behandelten Wasser auftritt.
Die in der Behandlungszone zugegebenen natürlichen Öle oder Fette sind lebensmittelrechtlich unbedenklich, gleichzeitig besitzen sie ein im Sinne des Verfahrens hohes Reduktionsvermögen. Zweckmäßigerweise verwendet man als natürliches Öl ein Speiseöl und als natürliches Fett ein Speisefett.
Es empfiehlt sich, als feinkörnigen Feststoffträger Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Kalkstein oder Dolomit zu verwenden, die kostengünstig verfügbar sind. Üblicherweise besitzt der feinkörnige Feststoffträger Korngrößen im Bereich von etwa 0,05 bis 1 mm, so daß er in der Behandlungszone ein Wirbelbett oder Schwebebett bilden kann.
Eine Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, daß man der Behandlungszone ein Gemisch aus Erdalkaliseife enthaltendem Material und natürlichem Öl oder Fett zugibt.
Diese Zugabe kann kontinuierlich oder periodisch erfolgen.
Als Erdalkaliseife enthaltendes Material bietet sich ein Schlamm an, der sich beim Verfahren bildet und entweder als Schwimmschlamm auf der Behandlungszone entsteht und dort abgeführt wird oder aus einer der Behandlungszone nachgeschalteten Klärung stammt. Vorteilhafterweise mischt man diesen Schlamm, der feinkörnigen Feststoffträger und Erdalkaliseife enthält, außerhalb der Behandlungszone mit natürlichem Öl oder Fett und leitet das Gemisch zurück in die Behandlungszone. Pro kg entferntem Stickstoff trägt man in die Behandlungszone im allgemeinen etwa 0,8 bis 1,5 kg und im allgemeinen etwa 1 kg natürliches Öl oder Fett ein.
Ein Beispiel für die Verfahrensführung wird mit Hilfe der Zeichnung erläutert.
Das zu behandelnde Wasser kommt aus der Leitung 1 und wird in ein Behandlungsgefäß 2 gegeben. Dieses Gefäß enthält ein Wirbelbett aus feinkörnigem Feststoffträger, z.B. gemahlenem Kalkstein. Natürliches Öl oder Fett wird dem Gefäß 2 durch die Leitung 3 zugeführt. Um im Behandlungsgefäß eine ausreichende Verweilzeit des Wassers von etwa 20 bis 120 min und vorzugsweise 30 bis 80 min zu gewährleisten, wird ständig ein Teil des Wassers aus einer Ableitung 4 oberhalb der Mitte des Gefäßes 2 abgeführt und durch die Pumpe 5 dem zufließenden Wasser der Leitung 1 zugegeben. Dadurch entsteht ein Kreislauf, wobei die Mündung der Leitung 1, die sich wenig oberhalb des Bodens 2a des Gefäßes 2 befindet, dafür sorgt, daß das Wasser ständig zurück in den Bereich der intensivsten Behandlung geführt wird. An die Stelle eines Wirbelbettes aus feinkörnigem Feststoffträger kann dieser auch ein Schwebebett im Gefäß 2 bilden.
Behandeltes Wasser wird in der Leitung 8 abgeführt und einer Nachklärung 9 aufgegeben. Das Wasser der Leitung 8 kann auch noch Schlamm enthalten, der sich auf der Oberfläche des Wassers des Gefäßes 2 angesammelt hat. In der Nachklärung 9 wird Schlamm vom Wasser getrennt und geklärtes Wasser in der Leitung 10 abgezogen. Der Schlamm verläßt die Nachklärung 9 durch die Leitung 11, wobei man bevorzugt einen Teil des Schlammes durch die Leitung 12 in ein Mischgefäß 13 gibt. Diesem Mischgefäß leitet man durch die Leitung 14 natürliches Öl oder Fett zu und vermischt das Ganze intensiv mit Hilfe des Rührers 15. Das Gemisch wird dann durch die Pumpe 16 über die Leitung 3 zurück in das Behandlungsgefäß 2 gegeben.
Anstelle des in der Nachklärung 9 abgesetzten Schlammes kann man auch Schlamm aus dem Behandlungsgefäß 2 abnehmen und direkt in das Mischgefäß 13 geben. Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung von Schlamm, insbesondere auch Schwimmschlamm, der feinkörnigen Feststoffträger und Erdalkaliseife enthält, im Gemisch mit natürlichem Öl oder Fett die Nitratentfernung sehr wirksam fördert. Gleichzeitig entstehen keinerlei lebensmittelrechtliche Probleme.
Die Erdalkaliseife bildet sich durch chemische Reaktion zwischen dem Öl oder Fett und dem Kalkstein im wäßrigen Medium.
Beispiel Ein städtisches Leitungswasser wird durch Zugabe von Nitrat auf einen Nitratgehalt von 130 mg/l gebracht. Der gesamte organische Kohlenstoffgehalt (TOC) beträgt 0,7 mg/l.
Im Labor wird das Wasser in einen Reaktor 2 mit einem Volumen von 10 1 geleitet. Der Durchsatz an zu denitrifizierendem Wasser beträgt pro Stunde etwa 15 1, so daß sich eine mittlere Aufenthaltszeit von 40 min im Reaktor ergibt. Im Reaktor befindet sich gemahlener Kalkstein mit einer Körnung im Bereich von etwa 0,05 bis 1 mm mit einem Absetzvolumen von etwa 1 1. Unterhalb des Abflusses 8 wird eine Rückführwassermenge von pro Stunde etwa 75 1 durch die Ableitung 4 entnommen, die zusammen mit dem aufzubereitenden Wasser der Leitung 1 in den Reaktor in Bodennähe eingespeist wird, wodurch sich ein Schwebebett des Kalksteins mit ca. 7 1 Volumen ausbildet.
Zur Nachklärung ist dem Reaktor ein dreikammeriges Klärbecken für eine Aufenthaltszeit des Wassers von ca. 30 min nachgeschaltet. Täglich wird der Schlamm aus der Nachklärung abgezogen, mit Speiseöl in einem Mischgefäß 13 gemischt und das Gemisch dem Reaktor 2 zudosiert. Nach einer der biologischen Einarbeitung dienenden Anlaufzeit ergeben sich in der Leitung 10 Ablaufwerte von unter 4 mg/l an Nitrat sowie ein Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff von unter 1,0 mg/l. Hieraus errechnet sich eine tägliche De-3 nitrifikationsleistung von etwa 1 kg Stickstoff pro m Versuche über eine längere Zeitdauer ergeben, daß pro kg entferntem Stickstoff etwa 1 kg Speiseöl erforderlich ist.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Entfernen von Nitrat aus Wasser, das weitgehend frei von kohlenstoffhaltigen Verbindungen ist, durch bakterielle Reduktion des Nitrats zu Stick- -stoff, wobei man das Wasser in einer Behandlungszone in Kontakt mit einem Bakterien tragenden Feststoffträger und den Feststoffträger in Kontakt mit einer kohlenstoffhaltigen Substanz bringt, dadurch gekennzeichnet, daß man als kohlenstoffhaltige Substanz natürliches öl und/oder natürliches Fett und als Feststoffträger feinkörnige erdalkalihaltige Mineralien verwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als natürliches öl oder Fett Speiseöl oder Speisefett verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als feinkörnigen Feststoffträger Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Kalkstein oder Dolomit verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der feinkörnige Feststoffträger Korngrößen im Bereich von etwa 0,05 bis 1 mm aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der feinkörnige Feststoffträger mit dem natürlichen öl oder Fett in Wasser mindestens teilweise unter Bildung von Seife reagiert.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man der Behandlungszone ein Gemisch aus Erdalkaliseife enthaltendem Material und natürlichem Öl oder Fett zugibt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlamm, der feinkörnigen Feststoffträger und Erdalkaliseife enthält, außerhalb der Behandlungszone mit natürlichem öl oder Fett gemischt und in die Behandlungszone geleitet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungszone ein Wirbelbett oder Schwebebett des feinkörnigen Feststoffträgers enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man in die Behandlungszone pro kg entferntem Stickstoff etwa 0,8 bis 1,5 kg natürliches öl oder Fett einträgt.
10. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des Wassers im der Behandlungszone etwa 20 bis 120 min beträgt.