DE4207560C2

DE4207560C2 - Verfahren zur Entcarbonisierung und Denitrifizierung von Wasser

Info

Publication number: DE4207560C2
Application number: DE19924207560
Authority: DE
Inventors: Ruediger Boeckler
Original assignee: PREUSSAG WASSERTECHNIK GmbH
Current assignee: Pwt Wasser und Abwassertechnik 64673 Zwingen GmbH
Priority date: 1992-03-10
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 2001-06-07
Anticipated expiration: 2012-03-11
Also published as: DE4207560A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entcarbonisierung und Denitrifizie rung von Wasser.

Steigende Nitratbelastung von Grundwässern zusammen mit der Herabset zung des Grenzwertes für Nitrat im Trinkwasser bereiten einer großen An zahl von Wasserversorgungsunternehmen erhebliche Probleme, da eine kurzfristige Lösung seitens des Hauptverursachers Landwirtschaft nicht mög lich ist. Häufig stellt sich den Versorgungsunternehmen zusätzlich das Pro blem hoher Härte im abgegebenen Trinkwasser.

Zur Nitratentfernung sind verschiedene Aufbereitungsverfahren bekannt. Einsetzbar sind nach dem bisherigen Stand der Entwicklung die chemisch- physikalischen Verfahren Umkehrosmose und Ionenaustausch sowie als biologisches Verfahren die Denitrifikation. Ein Verfahren zur Denitrifizierung von nitrathaltigem Wasser ist beispielsweise aus der DE 25 49 415 C2 be kannt. Bei dem bekannten Verfahren wird der mit einem Kohlenstoffdonator versetzte Rohwasserstrom über ein Bett aus kugelförmigen, eine rauhe Oberfläche aufweisenden Körpern geleitet, die als Träger für die den Denitri fikationsprozeß bewirkenden Mikroorganismen dienen, wobei zur sicheren Bildung und Erhaltung der Biomasse und zur Gewährleistung einer beson ders einfachen Spülbarkeit des Betts schwimmfähige Körper verwendet wer den, die ein schwimmendes Festbett bilden.

Aus JP 1-4297, Referat aus Patents Abstracts of Japan, C-589, 1989 Vol. 13/No. 174 ist ein Verfahren zur Behandlung von phosphorsäurehaltigem or ganischen Abwasser bekannt. Der dabei anfallende Filterkuchen und die ab getrennte Flüssigkeit werden aus dem System entfernt.

In dem Artikel "Vollbiologische Abwasserreinigung" von U. Stoll et al, in CAV 1991, August, S. 83-84, wird ein Fließbettverfahren zur vollbiologischen Ab wasserreinigung beschrieben. Bei diesem Verfahren verbleibt die Biomasse im Reaktor und die Abtrennung des Überschußschlammes erfolgt system intern. Rücklaufschlammleitungen sind nicht vorgesehen.

Sämtliche bekannten Verfahren zur Denitrifizierung von Wasser sind im Ver gleich zu den andern, üblicherweise in der Trinkwasseraufbereitung eingesetzten Verfahren sehr teuer. Die Verfahren Umkehrosmose und Ionenaus tausch bringen zudem das Problem der Entsorgung salzhaltiger Abwässer mit sich, welches, falls eine Ableitung ausscheidet, mit zusätzlichen hohen Kosten verbunden ist. Die biologischen Verfahren haben hier entscheidende Vorteile, da ein praktisch abwasserfreier Betrieb möglich ist.

Zur Entfernung der Carbonathärte aus Wasser werden in der Praxis unter schiedliche Entcarbonisierungsverfahren angewendet. In der Regel werden dazu dem zu enthärtenden Rohwasser Fällungs- und/oder Flockungsmittel und Klockungshilfsmittel zugemischt und es werden dadurch durch Fällung, Flockung und Sedimentation gelöste und suspendierte Inhaltsstoffe als Schlamm abgeschieden. Bei Verfahren dieser Art ist es bekannt (Veröffentli chung der Abteilung und des Lehrstuhls für Wasserchemie, Leitung: Dr. H. Sontheimer, Heft 3, Teil II, Karlsruhe 1967, Seiten 190, 191 und 201) zur Vergrößerung der Feststoffmenge im Flockungsraum, einen Teil des durch Fällung, Flockung und Sedimentation gebildeten Schlamms im Kreislauf zu führen. Bei einer in der DE 28 02 066 C2 beschriebenen Variante dieses so genannten Kontaktschlammverfahrens wird dem mit Flockungshilfsmitteln und/oder Fällungsmitteln versetzten Rohwasser in der Schlammkontaktpha se unter Rühren sogenannter Kontaktschlamm zugemischt, der in einer Se dimentationszone vom Reinwasser kontinuierlich abgetrennt und in eine dem Schlammkontakt dienende Reaktionszone zurückgeführt wird. Daneben sind zur Enthärtung von Wasser auch die Verfahren Umkehrosmose und Ionen austausch möglich, wobei diese jedoch aufgrund der Abwasserproblematik und der hohen Kosten nur in Ausnahmefällen einsetzbar sind.

Bei Fällen, in denen sowohl eine Entfernung der Wasserhärte als auch eine Entfernung von Nitrat aus Wasser gewünscht ist, kann der angestrebte Auf bereitungseffekt weder durch biologische Verfahren noch durch ein Entcar bonisierungsverfahren allein erreicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein wirtschaftliches Verfahren anzugeben, durch das aus Wasser sowohl die Carbonathärte als auch Nitrat entfernt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Rohwasser in einer Reaktionszone gleichzeitig durch Einwirkung von Calciumhydroxid entcarbonisiert und durch eine Biomasse unter Zugabe von Nährstoffen de nitrifiziert wird. Das dabei bei der Entcarbonisierung entstehende Carbonat dient als Besiedlungsfläche für die denitrifizierende Biomasse. Zur Aufkon zentrierung von ausgefälltem Calciumcarbonat wird der Reaktionszone ent nommener Calciumcarbonatschlamm in den Reaktor zurückgeführt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren laufen folgende Reaktionen gleich zeitig ab:

1. Entcarbonisierung
Ca2+ + HCO₃ ^- + Ca(OH)₂ = 2 CaCO₃ + 2 H₂O
2. Denitrifikation (heterotroph) Ethanol als Substrat
0,613 C₂H₅OH + NO₃ ^- = 0,102 C₂H₇O₂N + 0,714 HCO₃ ^- + 0,286 OH^- + 0,98 H₂O + 0,449 N₂
- a) Essigsäure als Substrat
  0,819 CH₃COOH + NO₃ ^- = 0,068 C₂H₇O₂N + HCO₃ ^- + 0,301 CO₂ + 0,902 H₂O + 0,466 N₂

Wie aus den vorstehenden Gleichungen ersichtlich, werden bei der Entcar bonisierung HCO₃ ^-- und OH-Ionen verbraucht, während diese bei der Deni trifikation wiederum entstehen. Bei der erfindungsgemäßen Kombination bei der Reaktionen entsteht somit ein Synergieeffekt, der sich in einer Leistungs steigerung und einer Stabilisierung der Reaktionsbedingungen auswirkt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Verfahrensaufwand durch den Wegfall eines durch fremdes Trägermaterial gebildeten Festbetts vorteilhaft reduziert. Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, dass die mit der Denitrifikation verbundene Erhöhung der Carbonathärte durch die simultane Carbonatfällung vermieden wird. Dies ist insbesondere bei Wässern von Bedeutung, deren Nitratgehalt hoch ist und bei denen aus der Denitrifikation somit eine erhebliche Erhöhung der Carbonathärte resul tiert.

Bei dem neu entwickelten Verfahren wird die Denitrifikation und die Entcar bonisierung vorzugsweise in einem Schwebebett durchgeführt. Das aufzube reitende Wasser wird am konisch ausgeführten Boden des Reaktors einge speist, wobei gleichzeitig die Nährstoffe (Ethanol bzw. Essigsäure und Phosphat) und als Fällungsmittel Calciumhydroxid zudosiert werden. Es bildet sich im Reaktor eine Wirbelschicht aus, die für einen intensiven Stofftransport sorgt. Zur Unterstützung kann zusätzlich gerührt werden.

Über die Zufuhr von Rückführschlamm kann der erforderliche Feststoffgehalt in der Reaktionszone eingestellt werden. Der Rückführschlamm wird vor zugsweise am oberen Teil des Reaktors entnommen. In bestimmten Fällen empfiehlt sich auch eine Schlammrückführung aus einem den späteren Auf bereitungstufen nachgeschalteten Eindicker.

An den Reaktor schließen sich vorzugsweise eine oder mehrere Flockungs stufen an. Die im Ablauf des Reaktors enthaltenen Schwebstoffe werden hier ausgeflockt und anschließend durch Sedimentation abgetrennt.

Nach der Sedimentation ist das entcarbonisierte und denitrifizierte Wasser nur noch mit geringen Trübstoffgehalten belastet und kann durch Mehr schichtfiltration bis unter die für Trinkwasser zulässigen Gehalte feingereinigt werden.

Ein weiterer, synergistischer Effekt des Verfahrens ergibt sich durch die hier bei gemeinsame Entwässerung von Carbonat- und Bioschlamm, da die zur Verbesserung der Entwässerbarkeit von Bioschlamm üblicherweise erforder liche Zugabe von Carbonat entfallen kann.

Claims

1. Verfahren zur Entcarbonisierung und Denitrifizierung von Wasser, da durch gekennzeichnet, dass Rohwasser in einer Reaktionszone gleich zeitig durch Einwirkung von Calciumhydroxid als Fällungsmittel entcarbo nisiert und durch eine Biomasse unter Zugabe von Nährstoffen denitrifi ziert wird und dass durch die Entcarbonisierung ausgefälltes Calciumcar bonat als Trägermaterial für die Biomasse verwendet wird, und zur Auf konzentrierung von ausgefälltem Calciumcarbonat der Reaktionszone entnommener Calciumcarbonatschlamm in den Reaktor zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Nährstoffe für die Biomasse Ethanol oder Essigsäure eingesetzt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufkonzentrierung von ausgefälltem Calciumcarbonat im Reak tor ein Schwebebett gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Schwebe bett gerührt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Calciumcar bonat vorzugsweise als Schlamm dem Reaktor an dessen oberen Ende entnommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zurückge führtes Calciumcarbonat oder Calciumcarbonatschlamm am Reaktorbo den zugeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass dem Reaktor eine Flockungsstufe und/oder Sedimentati onsstufe mit Eindicker nachgeschaltet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Flockungsstufen vorgesehen werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass Flockungsmittel und Flockungshilfsmittel zugegeben werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Eindicker Calciumcarbonatschlamm entnommen und in den Reaktor zurückgeführt wird.