DE3505651A1 - Verfahren zum entfernen von nitrat aus grundwasser - Google Patents
Verfahren zum entfernen von nitrat aus grundwasserInfo
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Description
- Verfahren zum Entfernen von Nitrat aus Grundwasser
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Nitrat aus Grundwasser.
- Aus gesundheitlichen Grunden wird gefordert, daß Trinkwasser Nitrat nur bis zu einem bestimmten Grenzwert enthalt.
- Aufgrund der hohen Loslichkeit aller Nitrate gibt es praktisch kein zum Zweck der Wasseraufbereitung einsetzbares Fallverfahren. Es konnen aber bekannte Entsalzungsverfahren eingesetzt werden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nitrat aus Grundwasser auf einfache Weise zu entfernen und dabei insbesondere ein wirtschaftliches Verfahren dafür zu finden, wie das nitrathaltige Konzentrat weiter zu behandeln ist.
- Erfindungsgemaß geschieht dies dadurch, daß man das Grundwasser einer Behandlung durch Umkehrosmose oder Ionenaustausch unterwirft und ein behandeltes Wasser sowie getrennt davon ein nitratreiches Konzentrat abzieht, wobei der Nitratgehalt im Konzentrat etwa 5 - 20 mal so hoch wie im unbehandelten Grundwasser ist, und daß man das Konzentrat einer biologischen Denitrifikation unterzieht.
- Die Umkehrosmose sowie der Ionenaustausch fuhren jeweils zu einem nitratreichen Abwasser, das nicht in einen Vorfluter geleitet werden kann. Wurde man das Grundwasser jedoch biologisch denitrifizieren, entstünde die Notwendigkeit, das denitrifizierte Wasser einer aufwendigen Nachbehandlung zu unterwerfen, um biologisch abbaubare Inhaltsstoffe und Bakterien zu entfernen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird dafür gesorgt, daß sich die Nachteile der verschiedenen Behandlungsstufen nicht storen auswirken, vielmehr fallt nur eine relativ kleine Menge an Schlamm an, der ohne weiteres deponierbar ist.
- Bei der an sich bekannten Umkehrosmose wird das zu behandelnde Grundwasser unter hohem Druck durch eine Membranwand gepreßt, welche außer für das molekular geloste Kohlendioxid für die anderen gelosten Wasserinhaltsstoffe nahezu undurchlassig ist. Bekannte Membranen sind z.B. auf der Basis von Zellulosetriacetat ausgebildet. Bei der Umkehrosmose fallt neben dem Konzentrat ein weitgehend salzfreies Wasser an, das anschließend entsprechend des gewünschten Salzgehaltes mit unbehandeltem Grundwasser gemischt wird. Aufgrund des nahezu vollstandigen Schlupfs des Kohlendioxids ist eine Entsaurung des behandelten Wassers erforderlich. Als Vorbehandlung des Rohwassers kann eine Filtration zum Entfernen suspendierter und kolloidaler Inhaltsstoffe sowie zur Elimination von Eisen, Mangan oder organischer Stoffe notwendig sein, um ein frühzeitiges Verstopfen der Membrane zu vermeiden. Zur Vorbehandlung kann auch eine Entsauerung und eine Desinfektion gehören.
- Ein Vorteil des Umkehrosmose-Verfahrens liegt darin, daß im behandelten Wasser der gesamte Salzgehalt und damit auch die Gesamtharte, was oft erwünscht ist, gegenüber dem Rohwasser erniedrigt ist.
- Wenn man das Grundwasser durch Ionenaustausch entsalzt, empfiehlt sich die Verwendung eines Mischbettes aus einem schwach sauren Kationenaustauscher in der H-Form und einem stark alkalischen Anionenaustauscher in der HCO3-Form.
- Das weiter zu behandelnde Konzentrat fallt beim Regenerieren der Austauscherharze an, das mit Hilfe von Kohlendioxid erfolgt. Das Konzentrat, das hier auch als Regenerat bezeichnet wird, enthalt insgesamt eine relativ geringe Salzfracht und ist besonders dann leicht weiter zu behandeln, wenn man bereits aus dem Rohwasser CaCO3 und CaSO4 entfernt hat. Eine Vorreinigung des Rohwassers zum Entfernen von Trübstoffen kann erforderlich sein, ferner wird beim Erzeugen von Trinkwasser darauf zu achten sein, daß im Ionenaustauschfilter keine Verkeimung auftritt. Man wird deshalb vorsorglich das behandelte Wasser nach dem Ionenaustausch ebenso wie nach der Umkehrosmose einer Desinfektion zu unterziehen haben.
- Einzelheiten des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert, in welcher die Verfahrensführung schematisch dargestellt ist.
- Aus der Leitung 1 kommt das zu behandelnde Grundwasser, von dem angenommen wird, daß sein Nitratgehalt etwa 100 bis 300 mg/l betragt. Hohere oder auch niedrigere Werte sind moglich. In der Behandlungsstufe 2 erfolgt die Entsalzung entweder durch Umkehrosmose oder durch ein Mischbett aus schwach saurem Kationenaustauscher und stark alkalischem Anionenaustauscher. Das behandelte Wasser in der Leitung 3 weist nun noch einen Nitratgehalt von hochsteins 1 mg/l auf, es wird zunachst im Mischbehalter 4 mit unbehandeltem Grundwasser aus der Leitung 6 gemischt, um den gewunschten Salzgehalt fur die spatere Verwendung als Trinkwasser einzustellen. Es folgt eine Entsauerung 5, um einen C02-Uberschuß zu entfernen. Je nach Erfordernis kann sich eine Desinfektion 7 anschließen, bevor das wasser in der Leitung 8 in ein Trinkwassernetz abgegeben wird.
- In der Behandlungsstufe 2 fallt ein nitratreiches Konzentrat an, dessen Nitratgehalt etwa 5 - 20 mal so hoch ist wie im Grundwasser der Leitung 1. Arbeitet die Behandlungsstufe 2 mit der Umkehrosmose, so handelt es sich beim Konzentrat um den nicht durch die Membran gegangenen Teil des Grundwassers, dessen Salzgehalt entsprechend erhoht ist. Ist das Grundwasser der Leitung 1 in der Stufe 2 aber durch ein Ionenaustausch-Verfahren behandelt worden, so fallt in der Leitung 10 das als Regenerat bezeichnete Konzentrat an, das beim Reinigen und Regenerieren der Ionenaustauscherharze entsteht. Zum Zwecke dieser Regenerierung wird dem zeitweilig außer Betrieb geschalteten Teil des Mischbettes CO2 aus der Leitung 11 zugeführt. Die Nitratkonzentration in der Flüssigkeit in der Leitung 10 liegt auch in diesem Fall im Bereich vom 5 bis 20-fachen und vorzugsweise 8 bis 15-fachen des Nitratgehalts des Wassers der Leitung 1.
- Die Flüssigkeit in der Leitung 10 wird nun zum Entfernen von Nitrat einer biologischen Denitrifikation 12 unterzogen. Fur die Arbeitsfahigkeit der heterotrophen Bakterien in der Denitrifikation 12 ist die Zufuhr einer kohlenstoffhaltigen Verbindung aus der Leitung 13 notig. Bei dieser kohlenstoffhaltigen Verbindung kann es sich in bekannter Weise z.B. um Alkohol, etwa Methanol, Zucker, Melasse, Speiseöl oder Speisefett handeln. Der biologischen Denitrifikation 12 wird in der Leitung 15 ein nitratarmes Abwasser mit einem Nitratgehalt von höchstens 10 mg/l entnommen, das in einen Vorfluter gegeben werden kann. In der Leitung 16 fallt ein Schlamm an, dessen Volumen relativ gering ist und der deshalb ohne Schwierigkeilen deponiert werden kann.
- Beispiel 1: In einer der Zeichnung entsprechenden Anordnung wird pro 3 Stunde 1 in Rohwasser, das bereits desinfiziert ist, behandelt. Deshalb kann die Desinfektion 7 entfallen. Die Behandlungsstufe 2 ist als Umkehrosmose ausgestattet, wobei man Cellulose-Triacetat-Membranen verwendet. Dem Mischbehälter 4 führt man durch die Leitung 6 pro Stunde 3 0,1 m Rohwasser zu. Die Entsauerung 5 erfolgt dadurch, daß man in einem Behalter durch Belüften überschüssige freie Kohlensäure bis zur Einstellung des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichts entfernt. Die biologische Denitrifikation 12 arbeitet als Wirbelbett mit Festkorpern als Träger des biologischen Rasens, durch die Leitung 13 wird pro Stunde 84 g Methanol zugeführt.
- Der Gehalt an NO3 - -- Cl und Der Gehalt an NO3 , SO4 , C1 und HCO3 , jeweils in mg/1 in den verschiedenen Leitungen sowie die Flüssigkeitsmengen in m /h sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen: Leitung 1 3 8 10 15 Menge 1 0,75 0,85 0,25 0,25 NO3 150 15 30 555 1 SC;4 80 8 16 296 1 CL 120 12 24 444 444 C, 108 11 22 400 Das Wasser der Leitung 15 enthalt organische Bestandteile entsprechend einem chemischen Sauerstoffbedarf von 1 mg/l; in der Leitung 16 wird Uberschußschlamm abgezogen.
- Beispiel 2 Rohwasser, das bereits weitgehend frei von Eisen und Mangan ist, wird mit einem Nitratgehalt von 150 mg/l über ein Mischbett aus einem schwach sauren Kationenaustauscher in der H-Form und einem stark basischen Anionenaustauscher in der HCO3-Form geleitet. Dabei fallt ein behandeltes 3 Wasser in einer Menge von 10 m an, das pro Liter weniger als 1 mg NO3 enthalt und praktisch keine Harte mehr aufweist. Um daraus ein für Trinkzwecke geeignetes Wasser zu bereiten, wird es mit 4 m3 Rohwasser gemischt. Anschließend wird die überschüssige freie Kohlensaure in bekannter Weise durch Belüftung so weit entfernt, daß sich das Wasser im Kalk-Kohlensaure-Gleichgewicht befindet. Die 14 m3 Trinkwasser enthalten nunmehr 44 mg NO3 /1; nach Entkeimung mit Chlor kann das Wasser abgegeben werden.
- Der beladene Mischbettaustauscher wird mit Kohlendioxid und Wasser regeneriert. Dabei fallt pro 14 m3 Trinkwas-3 ser 1 in Regenerat an, das neben Chlorid- und Sulfationen pro Liter 1500 mg NO3 - enthalt. Unter Zusatz von 3',7 kg Methanol wird das Regenerat biologisch in einer Wirbelbettreaktor bei einer Verweilzeit von 20 Minuten denitrifiziert. Das aus der biologischen Denitrifikationsstufe ablaufende Abwasser weist noch einen Nitratgehalt von etwa 1 mg/l auf und hat einen chemischen Sauerstoffbedarf von unter 50 mg/l.
Claims (7)
- Patentanspruche 1. Verfahren zum Entfernen von Nitrat aus Grundwasser, dadurch gekennzeichnet, daß man das Grundwasser einer Behandlung durch Umkehrosmose oder Ionenaustausch unterwirft und ein behandeltes Wasser sowie getrennt davon ein nitratreiches Konzentrat abzieht, wobei der Nitratgehalt im Konzentrat etwa 5 bis 20 mal so hoch wie im unbehandelten Grundwasser ist, und daß man das Konzentrat einer biologischen Denitrifikation unterzieht.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man im behandelten Wasser die Konzentration an CO2 durch eine Entsauerungsbehandlung verringert.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das aus der Entsauerungsbehandlung kommende Wasser mit unbehandeltem Grundwasser mischt.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man fur die Behandlung durch Ionenaustausch ein Mischbett aus einem schwach sauren Kationenaustauscher in der H-Form und einem stark alkalischen Anionenaustauscher in der HCO3-Form verwendet.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Mischbett durch Zugabe von CO2 regeneriert.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man dem nitratreichen Konzentrat eine kohlenstoffhaltige Verbindung zusetzt.
- 7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die biologische Denitrifikation im Wirbelbett erfolgt.
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1985
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