DE3010538A1

DE3010538A1 - Verfahren zur abscheidung von nitrat aus wasser

Info

Publication number: DE3010538A1
Application number: DE19803010538
Authority: DE
Inventors: Vaclav Dipl Ing Michek
Original assignee: STROJOPRAV OKRESNI PODNIK MIST
Current assignee: STROJOPRAV OKRESNI PODNIK MIST
Priority date: 1979-03-19
Filing date: 1980-03-19
Publication date: 1980-11-20
Also published as: JPS55142586A; DE3010538B2; CS200907B1; DD152262A3; SU963957A1

Description

Verfahren zur Abscheidung von Nitrat aus
Wasser Die Erfindung betrift ein Verfahren zur Abscheidung von Nitrat aus Wasser. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Abscheidung von Nitraten aus Wasser, in der Regel aus Trinkwasser, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Hauptkomponenten des Anionengehaltes, einschliesslich der Sulfate.
Ein Gehalt an Nitraten in Trinkwasser ist für den menschlichen Organismus sowie für den Organismus von Warmblütern (homoiotherme Tiere) schädlich. Ausserdem können die Nitrate bestimmte technische Störungen, insbesondere in Einrichtungen der Nahrungsmittelindustrie, hervorrufen. Der gesundheitsschädigende Einfluss der Nitrate wurde in überzeugender Weise im Fall der alimentären Hämatoglobinanämie der Säuglinge infolge von Nitrataufnahme des Organismus bestätigt. Zu dieser Erkrankung kommt es bei einer hoheren Konzentration als 15 mg/l N03 in Wasser, das für die Zubereitung von Säuglingsnahrung verwendet wird.
Die in letzter Zeit ausgeführten Arbeiten haben den Einfluss der erhöhten Nitratkonzentration auf den Speiseröhren-und Magenkrebs bewiesen. Es werden zugleich auch Ansichten verfochten, dass eine erhöhte Nitratkonzentration im Trinkwasser das Vorkommen von Herz leiden in ungünstiger Weise beeinflusst.
Angesichts der Intensivierung der landwirtschaftlichen Produktion und der erhöhten Kontamination der Anbauflächen kommt es in den technisch~ëntwickelten Industriestaaten zur unaufhaltsamen Anreicherung des Trinkwassers mit Nitralsalzen. Die diesbezüglichen Normen für Trinkwasser lassen eine unablässig höhere Nitratkonzentration zu. Die letzte tschechoslowakische Norm für Trinkwasser, die seit 1975 Gültigkeit hat, lässt den Säuglingsschutz schon ganz ausser Acht. Bei der Vorbereitung von künstlicher Säuglingsnahrung muss aus diesem Grund nitratloses ineralwasser oder destilliertes Wasser benutzt werden.
Die erstgenannte Lösung ist angesichts des hohen Salzgehaltes ungeeignet und die zweite wegen des absoluten Salzmangels unerwunscht.
Es gibt mehrere Methoden zur Nitratabscheidung aus dem Trinkwasser Die biologische Denitrierung wurde ursprünglich beim Abwasserklärprozess verwendet. Die Anwendung dieser Methode bei der Trinkwasseraufbereitung ist angesichts der Notwendigkeit geeigneter Denitrierungsorganismen, oxidierungsfähiger Stoffe, von geeigneten Temperaturen und einer anaeroben Umgebung schwierig. Die chemische Denitrierung erfordert ebenfalls ein aerobes Medium sowie die Anwesenheit von nichttoxischen Reduzierstoffen und ausserdem einen alkalischen pH-Wert, mindestens pH 8. Der gemeinsame Nachteil der biologischen und chemischen Denitrierung ist ferner die lange Reaktionszeit. Zu den Nitratabscheidungsmethoden können auch die nichtselektiven Salzabscheidungsmethoden allgemein, wie z.B.
die Destillationsvorgänge, Deionisierungs- und Demineralisierungsmethoden sowie die Umkehrosmose gerechnet werden.
Die Nachteile dieser Methoden sind die hohen Rosten und die ungenügende Selektivität. Die Produkte dieser Methoden sind vom Gesichtspunkt der biologischen Funktion des Trinkwassers als Denaturate aufzufassen.
Die Anwendung eines stark basischen Anionenaustauschers in Chloridform zur Wasserfiltrierung ist angesichts des hohen Anteils der Chloride im Filtrat, die in der Regel die genormten Werte übersteigen und somit physiologische Beschwerden hervorrufen, nachteilig. Erst im zweiten Drittel der Sorptionsphase beginnt der Gehalt an Hydrogencarbonaten anzusteigen. Die Sulfate werden im Verlauf der gesamten Sorptionsphase zusammen mit den Nitraten einwandfrei entfernt.
Es ist ferner eine Methode zur Ausscheidung der Nitrate aus Trinkwasser bekannt, bei der ein stark basischer Anionenaustauscher angewandt wird, dessen Funktionsgruppen zu 20 bis 80 % in die Chloridform, zu 20 bis 80 % in die Hydrogencarbonat- und gegebenenfalls noch zu 15 bis 50 % in die Sulfatform übergeführt werden. Auf diese Weise kann die Qualität des Filtrates besser den biologischen Erfordernissen des menschlichen Wesens angepasst werden, da schon am Anfang der Sorptionsphase sowohl die Chloride als auch die Hydrogencarbonate vertreten sind.
Weil jedoch sowohl die Chlorid- als auch die Hydrogencarbonatform des Anionenaustauschers gemeinsam mit den Nitraten zugleich auch die Sulfate abscheiden, ist der Sulfatanteil in der ersten Hälfte der Sorptionsphase minimal oder gleich Null und beginnt erst mit der Zunahme der Nitrate anzuwachsen. Durch Beimengen von 15 bis 50 % Sulfatform in das Filterbett wird das Fehlen der Sulfate in der ersten Hälfte der Sorptionsphase nicht gelöst, es wird jedoch eine kleinere Filtrierkapazität des Filters erzielt, da die Denitrierungskapazität des Filters ausser den Sulfaten im Eintrittswasser zugleich auch durch diejenigen Nitrate herabgesetzt wird, die aus der Sulfatform des Anionenaustauschers frei werden.
Das Problem der Sulfate kann im Rahmen dieser Methode teilweise so gelöst werden, dass diejenige Schicht, die überwiegend oder ausschliesslich Funktionsgruppen in Sulfatform enthält, im Filter als letzte eingereiht wird. Die Ergebnisse sind - in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Eintrittswassers und der Zusammensetzung des Filterbettes - in vielen Fällen zufriedenstellend, führen jedoch in manchen Fällen zu einer stark veränderten Zusammensetzung des Filtrats im Verlauf der Sorptionsphase bei zumeist niedrigem Durchscnittsgehalt an Sulfaten.
Das Bestreben nach Erhaltung der Sulfate im Filtrat ist nicht dadurch motiviert, dass die Sulfate eine wichtige Komponente des Trinkwassers bilden, sondern dadurch, dass, falls ausser den Nitraten zugleich auch die Sulfate gegen Chlorid- und Hydrogencarbonationen ausgetauscht werden, die Konzentration dieser Ionen über die-in den diesbezüglichen Normen oder anderen Forderungen festgelegten Grenzwerte ansteigt. Dieser Gesichtspunkt ist insbesondere bei solchen Filterfüllungen wichtig, die universell sein - also auch Wassern mit höherem oder hohem Salzgehalt entsprechen - müssen. In solchen Fällen übersteigt das Filtrat in starkem Mass die Forderungen der Norm in bezug auf den Chloridgehalt. Zugleich werden die technischen Forderungen bezüglich des Hydrogencarbonatgehaltes überstiegen, da beim Abkochen des Wassers ein erheblicherCarbonatanteil durch die thermische Wasserdecarbonisierung ausgefällt wird.
Diese Methode kann also lediglich für Wasser mit niedrigerem Salzgehalt - aber keinesfalls universell - angewandt werden.
Die angeführten Unzulänglichkeiten werden durch das Nitratabscheidungsverfahren der Erfindung unter Verwendung eines stark basischen Anionenaustauschers vermieden, dessen Funktionsgruppen zu 50 bis 100 % in die Sulfatform, zu 0 bis 50 % in die Chloridform und zu 0 bis 50 % in die Hydrogencarbonatform überführt werden. Der Vorzug der in der Erfindung geschilderten Methode besteht darin, dass die Nitrationen als Ersatz für die Hydrogencarbonationen, Chlorid- sowie Sulfationen bei Einhaltung des Gesamtgehalts an Salzen aus dem Wasser entfernt werden. Da im Filtrat ein hoher Anteil an Sulfaten erhalten bleibt, kommt es zu keinem plötzlichen Ansteigen des Chlorid- und Hydrogencarbonatgehaltes. Die Zusammensetzung der im Wasser enthaltenen Salze ist ausgeglichener, so dass diese Art der Wasseraufbereitung für Wasser verschiedenster Zusammensetzungen, einschliesslich solcher mit hohen Salzgehalten, geeignet ist.
Das in der Erfindung geschilderte Verfahren wird nachfolgend anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels beschrieben, wo Wasser der folgenden Zusammensetzung benutzt wurde: N03: 0,80 mval/l; Cl : 2,76 mval/l; S04: 5,41 mval/l; HC03: 6,30 mval/l; getrockneter Abdampfrückstand: 980 mg/l.
Das Wasser wurde in zwei Kolonnen geleitet. Die erste Kolonne wurde in den oberen drei Vierteln mit einem gut vermischten Gemisch aus stark basischem Anionenaustauscher angefüllt, der zu 65 % aus Chloridform und zu 35 % aus Hydrogencarbonatform bestand. Im unteren Viertel wurde die erste Kolonne mit demselben Anionenaustauscher in Sulfatform angefüllt. In der Kolonne ist ein stark basischer Anionenaustauscher mit insgesamt 25 % Sulfaten, 28 % Hydrogencarbonaten und 47 % Chloriden enthalten.

Die zweite Kolonne wurde mit stark basischem Anionenaustauscher mit Anteilen von 83 % Sulfatform, 9 % Chloridform und 8 % Hydrogencarbonatform angefüllt, wobei alle Formen vermischt wurden. Das Wasser wurde in beiden Kolonnen bei einer spezifischen Belastung von s = 45 l/h von oben nach unten geführt. Die Zusammensetzung des Filtrates hinter beiden Kolonnen ist in der nachstehenden Tabelle angeführt, in der die Filtratmenge als Vielfaches des Volumens des Anionenaustauschers in der Kolonne (V/VO) ausgedrückt ist. Tabelle VERLAUF DER ANIONENZUSAMMENSETZUNG DES FILTRATES IN ABHÄNGIGKEIT VON DER FILTRATMENGE

Filtrat- Zusammensetzung des Filtrates mval/l
menge
hinter der ersten Kolonne hinter der zweiten Kolonne
(geschichtetes Mischbett) (Mischbett gemäss Erfindung)
V/V0 NO3- Cl- SO4= HCO3- NO3- Cl- SO4= HCO3-
10 0,01 4,50 3,80 6,50 0,06 2,70 5,02 7,45
20 0,01 6,05 2,41 6,80 0,06 2,75 5,30 7,10
30 0,01 7,03 1,51 6,75 0,06 2,81 5,52 6,90
40 0,01 7,35 1,20 6,75 0,06 2,85 5,65 6,70
60 0,02 7,50 1,00 6,75 0,08 2,90 5,80 6,50
80 0,03 7,40 0,95 6,90 0,10 2,90 5,90 6,40
100 0,07 6,90 1,25 7,00 0,12 2,90 5,90 6,40
120 0,16 6,00 2,10 7,00 0,19 2,80 5,85 6,40

Aus den ermittelten Werten folgt: Hinter beiden Kolonnen kommt es zu einem markanten Absinken des Nitratgehaltes unter den Grenzwert von 15 mg/l (0,24 mval/l) N03. Hinter beiden Kolonnen ergibt sich ein nicht allzu hoher und nicht allzu schwankender Gehalt an Hydrogencarbonaten. Obwohl die Anorndung der einzelnen Vorkommformgen des Anionenaustauschers in der ersten Kolonne absichtlich derart gewählt wurden, dass die Sulfate im Filtrat erhalten bleiben - die Sulfatform wurde als letzte eingereiht, kommt es. im ersten Drittel des gemessenen Intervalls zu einem starken Absinken des Sulfatgehaltes und im zweiten Drittel zum Konzentrationsausgleich auf niedrigerem Niveau und im letzten Drittel zum langsamen Anstieg des Sulfatgehaltes. Umgekehrt verläuft die Konzentration des Chloridions. Infolgedessen übersteigt sie im ganzen Filtratvolumen die Chloridkonzentration hinter der~ersten Kolonne und übersteigt in starkem Mass den Grenzwert der betreffenden Normen für Trinkwasser, die 100 mg/l (2,82 mval/l) Cl beträgt. Hinter der zweiten Kolonne ist der Verlauf der Chloride und Sulfate ausgeglichen.

Die nach der Erfindung ausgearbeitete Methode findet überall dort Anwendung, wo Wasser mit höherem Salzgehalt aufbereitat werden soll oder in denjenigen Fällen, wo solche Wasseraufbereitungsfilter erzeugt werden sollen, die für Wasser verschiedenster Zusammensetzung verwendet werden sollen, und vor allem dort, wo eine stabile Zusammensetzung des Filtrates gefordert wird.

Claims

Verfahren zur Abscheidung von Nitrat aus Wasser PATENTANSPRUCH Verfahren zur Abscheidung von Nitraten aus Wasser unter Verwendung von stark basischen Anionenaustauschern, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das aufzubereitende Wasser mit einer Schicht stark basischen Anionenaustauschers in Kontakt gebracht wird, dessen Funktionsgruppe um 50 bis 100 % in die Sulfate form, tun 0 bis 50 % in die Chloridform und um 0 bis 50 % in die Hydrogencarbonatform überführt wird.