DE10201997A1

DE10201997A1 - Process for reducing nitrates on surface water or in groundwater comprises using biological-chemical-physical conversion and removing biomass produced to form de-nitrated drinking water completely free from solids and microorganisms

Info

Publication number: DE10201997A1
Application number: DE10201997A
Authority: DE
Inventors: Joachim Georgi; Ulrich Baeuerle
Original assignee: GEORGI WASSERTECHNIK GmbH
Current assignee: GEORGI WASSERTECHNIK GmbH
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2003-08-07

Abstract

Process for reducing nitrates on surface water or in groundwater comprises using a biological-chemical-physical conversion and removing the biomass produced to form de-nitrated drinking water completely free from solids and microorganisms. An Independent claim is also included for a device for carrying out the process comprising a de-nitrating container (3) having an internal mixing device (3.1) and an external mixing device (3.2), and an ultrafiltration device (7) for completely removing the biomass and the carbon source.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur biologisch-chemisch-physikalischen Behandlung von nitratbelastetem Oberflächen- und Grundwässern, insbesondere Trinkwasser, durch biologische Denitrifikation unter Zugabe eines Kohlenstoffträgers, der Abtrennung von Biomasse und gegebenenfalls überschüssigem Kohlenstoffträger mittels einer Ultrafiltrationsanlage, sowie einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. The invention relates to a method for biological-chemical-physical Treatment of nitrate-contaminated surface and ground water, in particular Drinking water, through biological denitrification with the addition of a carbon carrier, the separation of biomass and any excess carbon carrier by means of an ultrafiltration system and a device for carrying it out Process.

Es gibt mehrere Möglichkeiten der Denitrifikation von Trinkwasser, welche in der einschlägigen Literatur und diversen Patenten beschrieben sind. Es werden autotrophe Denitrifikationen mit gelöstem Kohlendioxid als Kohlenstoffquelle und Wasserstoff oder elementarem Schwefel als Elektronendonator sowie die heterotrophe Denitrifikation mit Zugabe von organischen Kohlenstoffträgern wie z. Bsp. Methanol, Äthanol, Essigsäure, Zucker oder Melasse beschrieben. There are several ways of denitrifying drinking water, which in the relevant literature and various patents are described. It will be autotrophic Denitrification with dissolved carbon dioxide as a carbon source and hydrogen or elemental sulfur as an electron donor and the heterotrophic denitrification with Add organic carbon carriers such as. E.g. methanol, ethanol, acetic acid, Sugar or molasses described.

Bei derartigen Verfahren werden die bei dem biologischen Prozess gebildete Biomasse mittels nachgeschalteter Reinigungsstufen durch eine Dichtetrennung in kombinierten Absetz- oder Flotationsanlagen mit teilweise anschließender Endfiltration über Flächenfilter, wie beispielsweise mit Sand- und Kiesfiltern abgetrennt, wodurch jedoch eine vollständige Fest-Flüssigtrennung nicht erreichbar ist. Die abgetrennte Biomasse wird in die Denitrifikationsbecken zurückgeführt und überschüssige Biomasse einer Schlammnachbehandlung zugeführt. In such processes, the biomass formed in the biological process by means of downstream cleaning stages through a density separation in combined Settling or flotation plants with partial final filtration via Surface filters, such as those separated by sand and gravel filters, however complete solid-liquid separation cannot be achieved. The separated biomass is returned to the denitrification basin and excess biomass one Sludge treatment supplied.

Es ist bekannt, das bei den bestehenden Verfahren die zudosierten Kohlenstoffquellen bei Überdosierung und teilweise die daraus resultierenden biologischen Abbauprodukte nicht von den biologischen Stufen vollständig im System gehalten werden können und aufwendige Nachreinigungs- und Überwachungssysteme installiert werden müssen. Weiterhin es nicht möglich ist, die Mikroorganismen vollständig abzutrennen. It is known that the carbon sources metered into the existing processes in the event of an overdose and in some cases the resulting biodegradable products cannot be kept completely in the system by the biological stages and elaborate post-cleaning and monitoring systems have to be installed. Furthermore, it is not possible to completely separate the microorganisms.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art, dahingehend auszubilden, dass durch eine vollständige Abtrennung aller überschüssiger zudosierter Kohlenstoffquellen inklusive der Biomasse, ein Trinkwasser zu erzeugen, welches einen hohen Abreicherungsgrad bezogen auf den Nitratgehalt, einen hohen mikrobiologischen Reinheitsgrad sowie eine einfachst aufgebaute Anlagentechnik aufweist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. In contrast, the invention has for its object a method of the beginning mentioned type, in such a way that by a complete separation of all excess carbon sources including the biomass, a drinking water to produce which has a high degree of depletion in relation to the nitrate content, a high level of microbiological purity as well as the simplest Has plant technology, and a device for performing this method.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die biologische Umsetzung des Nitrates zu elementarem Stickstoff mittels einer Denitrifikationsanlage in Form eines biologischen Reaktionsbehälters, mit oder ohne Trägermaterialeinbauten für die Biomasse und anschließender Biomasseabtrennung über Ultrafiltrationswickelmodule ausgeführt wird. Als Kohlenstoffquelle werden physiologisch unbedenkliche hochmolekulare organische Stoffe, z. Bsp. Polysaccharide oder Polyalkohole etc. verwendet, die vollständig an der Ultrafiltrationsmembran zurückgehalten werden können. Hierdurch lassen sich ein hygienisch unbedenkliches von allen ungelösten Stoffen befreites Trinkwasser erzeugen, welches bei den bekannten Verfahren nicht erreicht wird. Die vollständige Abtrennung der überschüssigen Kohlenstoffquelle, aller ungelösten Feststoffe sowie der Biomasse und eventuell vorhandener Keime und Viren, ermöglicht neben der Nitratreduktion eine gleichzeitige Einhaltung extrem hoher Reinheitsgrade, die bis zur Rückhaltung sämtlicher pathogener Mikroorganismen geht, so dass nur noch eine Schutzdesinfektion als Nachbehandlung zur Einspeisung ins Trinkwassernetz erforderlich wird. This object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned at the outset solved in that the biological conversion of the nitrate to elemental nitrogen by means of a denitrification system in the form of a biological reaction container, with or without built-in support material for the biomass and subsequent Biomass separation is carried out via ultrafiltration winding modules. As a carbon source physiologically harmless high molecular weight organic substances, e.g. For example, polysaccharides or polyalcohols etc. used that are completely attached to the ultrafiltration membrane can be held back. This makes it hygienically safe for everyone produce undissolved substances free drinking water, which in the known Procedure is not achieved. The complete separation of the excess Carbon source, all undissolved solids as well as the biomass and any existing Germs and viruses, in addition to nitrate reduction, enables simultaneous compliance extremely high levels of purity, up to retention of all pathogenic Microorganisms go, so that only a protective disinfection as aftertreatment Feeding into the drinking water network is required.

Eine im Rahmen der Erfindung vorgesehene Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, weist eine als eine Einheit fungierende Feststoffabtrennung in Form einer Ultrafiltrationseinrichtung auf. A device provided within the scope of the invention for carrying out the method according to the invention has a function as a unit Solid separation in the form of an ultrafiltration device.

Eine für den kontinuierlichen Betrieb besonders geeignete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Ultrafiltration feststoffunempfindliche Wickelmodule aufweist. A particularly suitable embodiment for continuous operation of the The device according to the invention is characterized in that the ultrafiltration has solids-insensitive winding modules.

Zur Optimierung des biologischen Denitrifikationssystems wird das in der Ultrafiltration erzeugte biomasschaltige Konzentrat vollständig in den Denitrifikationsreaktor zurückgeführt. Die Ausschleusung überschüssiger Biomasse aus dem System erfolgt allein durch diskontinuierliche Ausschleusung der Biomasse in einen externen Bioschlammspeicher. Aus diesem kann der überschüssige Bioschlamm einer weiteren Behandlung zugeführt werden. To optimize the biological denitrification system, this is done in ultrafiltration generated biomass-containing concentrate completely in the denitrification reactor recycled. Excess biomass is removed from the system solely by discontinuous discharge of the biomass into an external biosludge storage. From this, the excess organic sludge can be fed to a further treatment become.

Weitere Merkmal, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in der eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, auf die bezüglich einer erfindungswesentlichen Offenbarung aller im Text nicht erwähnten Einzelheiten ausdrücklich hingewiesen wird, beispielhaft erläutert ist. Further features, details and advantages of the invention result from the following description in which an implementation of the method according to the invention suitable device with reference to the drawing, with respect to a disclosure essential to the invention of all details not mentioned in the text is expressly pointed out, is exemplified.

Wie aus der Zeichnung 1 hervorgeht, wird das zu behandelnde nitratbelastete Grund- oder Oberflächenwasser 1 mittels einer Zulaufpumpstation 2 einer biologischen Denitrifikationsstufe 3 zugeführt. Die Denitrifikationsstufe 3 weist eine Mischeinrichtung auf die entweder intern 3.1 oder extern 3.2 am Denitrifikationsbehälter angeordnet sein kann. Zum Grund- oder Oberflächenwasser 1 werden die erforderliche Kohlenstoffquelle 4 und falls erforderlich weitere Chemikalien 5 zur biologischen Umsetzung, im besonderen Phosphat, zudosiert. As can be seen from drawing 1, the nitrate-contaminated ground or surface water 1 to be treated is fed to a biological denitrification stage 3 by means of a feed pump station 2 . Denitrification stage 3 has a mixing device which can be arranged either internally 3.1 or externally 3.2 on the denitrification container. The required carbon source 4 and, if necessary, further chemicals 5 for biological conversion, in particular phosphate, are metered into groundwater or surface water 1 .

Das aus dem Denitrifikationsbehälter 3 abfließende denitrifizierte Grund- oder Oberflächenwasser wird mittels einer Speisepumpstation 6 der Ultrafiltrationsanlage 7 zugeführt. Die Ultrafiltrationsanlage 7 wird mit Wickelmembranen zur Biomasseabtrennung bestückt. Die Ultrafiltrationsanlage 7 verfügt zur Erzielung einer optimalen Anströmgeschwindigkeit an der Oberfläche der Ultrafiltrationsmembran über eine eigene Rezirkulationseinrichtung 8. Das vollständig von Feststoffen, das heißt auch von Bakterien und Keimen befreite Klarwasser 14 der Ultrafiltration 7 wird zur weiteren Verwendung abgeleitet oder alternativ einer weitergehenden Behandlungsstufe 16 zugeführt. The denitrified ground or surface water flowing out of the denitrification tank 3 is fed to the ultrafiltration system 7 by means of a feed pump station 6 . The ultrafiltration system 7 is equipped with winding membranes for biomass separation. The ultrafiltration system 7 has its own recirculation device 8 in order to achieve an optimal flow velocity on the surface of the ultrafiltration membrane. The clear water 14 of the ultrafiltration 7 , which is completely freed from solids, that is to say also from bacteria and germs, is discharged for further use or alternatively fed to a further treatment stage 16 .

Für die Einstellung und Überwachung der Anlage werden Durchflussmesseinrichtungen zur Ermittlung der Durchsatzmengen sowohl im Zulauf 1 der Gesamtanlage als auch in allen Umwälz- und Recyclingkreisläufe 3.2, 10, 11 sowie im Reinwasserablauf 14 und falls eine weitergehende Behandlung installiert wird, im Reinwasser- 17 und Konzentratablauf 18 eingesetzt. For the setting and monitoring of the system, flow measuring devices are used to determine the throughput quantities both in inlet 1 of the entire system and in all circulation and recycling circuits 3.2 , 10 , 11 and in pure water outlet 14 and, if further treatment is installed, in pure water outlet 17 and concentrate outlet 18 used.

Der Überschussschlamm wird diskontinuierlich aus dem Kreislaufstrom der Ultrafiltration 11 in einen Schlammspeicher 12 abgeleitet und gegebenenfalls nach einer weitergehenden Behandlung entsorgt. The excess sludge is discontinuously discharged from the circulation flow of ultrafiltration 11 into a sludge storage 12 and, if necessary, disposed of after further treatment.

Die gesamte Anlage weist mehrere in der Zeichnung 1 nur durch gestrichelte Linien schematisch angedeutete Mess- und Regeleinrichtungen 19.1, 19.2 und 19.3 zur Ermittlung weiterer betrieblicher Regelgrößen auf. Hierdurch kann beispielsweise die Dosierung von Chemikalien 4 und 5 in den Denitrifikationsreaktorbehälter 3 eingestellt werden. Im Mess- und Regelkreis 19.2 der Ultrafiltrationsanlage 7 ist schematisch durch die gestrichelte Linie zusätzlich eine angedeutete Spüleinrichtung beinhaltet. Durch diese erfolgt in gewissen Intervallen eine Spülung, wodurch die Laufzeit und der Wirk- ungsgrad der Ultrafiltrationsanlage 7 erhöht wird. The entire system has a plurality of measuring and control devices 19.1 , 19.2 and 19.3, which are only schematically indicated in dashed lines in order to determine further operational control variables. In this way, for example, the metering of chemicals 4 and 5 into the denitrification reactor vessel 3 can be set. In the measuring and control circuit 19.2 of the ultrafiltration system 7 , an indicated rinsing device is additionally shown schematically by the dashed line. This rinses at certain intervals, which increases the running time and the efficiency of the ultrafiltration system 7 .

Das erzeugte feststoff- und keimfreie Trinkwasser 14 der Ultrafiltration 7 kann je nach Bedarf für die weitere Abtrennung von gelösten Wasserinhaltsstoffen und zur Verhinderung von Verkeimungen, direkt ohne Zwischenbehälter oder Pumpvorlage, einer weiteren Membranstufe 16 zugeführt werden. Eine Verkeimung der nachfolgenden Membranstufe 16 ist durch die direkte Zuführung stark reduziert und das erzeugte Reinwasser 17 wird zur Verwendung abgeleitet. Das mit aufkonzentrierten gelösten Wasserinhaltsstoffen versehene Konzentrat 18 dieser Membranstufe 16 wird ebenfalls zur weiteren Verwendung abgeleitet. Die Membranstufe 16 wird mit Nanofiltrations- oder Umkehrosmosemembranen bestückt. The solids-free and germ-free drinking water 14 of the ultrafiltration 7 can, depending on the need, be fed to a further membrane stage 16 for the further separation of dissolved water constituents and for the prevention of germs, directly without an intermediate container or pump template. Contamination of the subsequent membrane stage 16 is greatly reduced by the direct supply and the pure water 17 generated is drained off for use. The concentrate 18 of this membrane stage 16 provided with concentrated dissolved water constituents is also derived for further use. The membrane stage 16 is equipped with nanofiltration or reverse osmosis membranes.

Claims

1. A process for nitrate reduction from surface or groundwater using a multi-stage cleaning system, characterized in that the biological-chemical-physical conversion and separation of the biomass produced is carried out in such a way that a denitrified drinking water which is completely free of solids and microorganisms is produced.

2. The method according to claim 1, characterized in that the upper An organic carbon source is metered into surface or groundwater, which can be retained by an ultrafiltration membrane.

3. The method according to claims 1 to 2, characterized in that an external circuit is installed to improve biodegradation and Concentrate of ultrafiltration is returned to the denitrification tank.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the excess sludge discontinuously directly with the concentrate of ultrafiltration can be removed.

5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that in the entire process, each individual process step via its own internal Circulation.

6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that the process is carried out in several stages and with any adjustable Biomass concentration is operated.

7. The method according to claims 1 to 6, characterized in that the denitrified and completely biomass-free ultrafiltration water directly without further intermediate storage or pumping a downstream one additional membrane stage can be supplied.

8. Device for performing the method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the surface or ground water 1 by a biological conversion of the nitrate serving denitrification tank 3 , the internal 3.1 or externally used 3.2 mixing device, a complete separation of the Biomass and the metered carbon source serving ultrafiltration system 7 .

9. The device according to claim 8, characterized in that the ultrafiltration device 7 has longitudinally flow through solids-insensitive winding modules, which are operated in cross-flow or dead-end operation.

10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that the ultrafiltration device 7 has a recirculation pump device 8 for setting the optimal flow velocity on the membrane.

11. The device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the feed water 1 in the denitrification tank 3 , the ultrafiltration concentrate is fed via a return line 10 to the denitrification tank.

12. The device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the completely solid-free pure water 14 of the ultrafiltration 7 , a further membrane system 16 is supplied without an additional intermediate container or pumping device if necessary.

13. Device according to one of claims 8 to 12, characterized in that the ultrafiltration device 7 has a rinsing device 19.3 .

14. Device according to one of claims 8 to 13, characterized in that the ultrafiltration device 7 has a number of selectively connectable and disconnectable modules.