DE3515299A1 - Verfahren und denitrifikationsanlage zum entfernen von nitraten aus trinkwasser - Google Patents
Verfahren und denitrifikationsanlage zum entfernen von nitraten aus trinkwasserInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Nitraten aus
- Trinkwasser mittels eines basischen Anionenaustauscherharzes.
- Endprodukte aller biochemischen Oxidations-Vorgänge in der Natur, an denen Stickstoffverbindungen beteiligt sind, sind Nitrate. Bedingt durch künstliche Düngung in der Agrarwirtschaft und Einleitung von Abwasser in Oberflächengewässer ist in der jüngeren Vergangenheit der Nitratgehalt der Grund- und Oberflächenwässer kontinuierlich angestiegen. Immer mehr häufen sich die Fälle, daß Richtwerte für zulässige Nitratkonzentrationen im Trinkwasser überschritten werden.
- Die nachteiligen Einflüsse von Nitraten, insbesondere in humantoxikologischer Hinsicht, haben bereits zu gesetzlichen Maßnahmen geführt und die maximal zulässige Nitratkonzentration auf 50 mg NO3 /1 beschränkt. Folglich ist man in der Wasseraufbereitungstechnik um Nitrat-Abbau bemüht.
- Bei den bisher einschlägig bekannten Verfahren mit lediglich einer lonenaustauschersäule in einem Regenerationszyklus wurde das Rohwasser in seiner anionischen Zusammensetzung stark verändert, z.B.
- werden durch ein Austauscherbett in der Bikarbonatform die Chloride, Sulfate und Nitrate im wesentlichen parallel gegen Bikarbonat ausgetauscht, wobei der Bikarbonatanteil im Ablauf unvorteilhaft erhöht wird. Ähnlich laufen die Vorgänge bei einem Austauscherbett in lediglich der Chlorid- oder Sulfatform ab. Denn die Chlorid- bzw. Sulfatkonzentration steigt stark an, wobei die Werte bei salzhaltigeren Rohwässern die einschlägigen Normen übersteigen. - Um diesem Problem entgegenzuwirken ist es bekannt, eine lonenaustauschersäule durch ein aufwendiges, zweistufiges Regenerationsverfahren in ein bestimmtes Gleichgewicht zu bringen. Derartige Maßnahmen erfordern aber unter Berücksichtigung einer geringeren nutzbaren Kapazität - da nur das relativ schmale Gleichgewichtsspektrum zur Verfügung steht - einen sehr hohen Regeneriermittelaufwand, z.B. 5 Bettvolumen 10%ige Natriumchloridlösung, 5 bis 8 Bettvolumen einer 10%gen Mischlösung aus Natriumsulfat und Natriumkarbonat. - Diese Nachteile will die Erfindung vermeiden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Entfernen von Nitraten aus Trinkwasser der eingangs beschriebenen Art anzugeben, wonach unter Kapazitätserhöhung der Regeneriermittelaufwand erheblich reduziert wird. Außerdem soll eine zur Durchführung dieses Verfahrens funktionsgerechte Anlage geschaffen werden.
- Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch, daß das aufzubereitende Rohwasser durch drei voneinander getrennt arbeitende lonenaustauschersäulen mit einem in der ersten lonenaustauschersäule in der Bikarbonatform, in der zweiten lonenaustauschersäule in der Chloridform und in der dritten Ionen aus tauschersäule in der Sulfatform vorliegenden Austauscherbett hindurchgeführt wird und die aus den drei einzelnen lonenaustauschersäulen abfließenden Filtratwässer zu Reinwasser vereinigt werden. Dabei können die Filtratwässer nach dem Abfließen aus den einzelnen Ionenaustauschersäulen in variabler Weise verschnitten werden. - Durch das erfindungsgemäße Verfahren, das aufzubereitende Rohwasser in drei lonenaustauschersäulen mit Austauscherbetten in der Bikarbonatform, Chloridform und Sulfatform zu behandeln und das ablaufende nitratfreie Filtratwasser, das aus der Bikarbonatform reich an Bikarbonaten, aus der Chloridform reich an Chloriden und aus der Sulfatform reich an Sulfaten, aber arm an den äquivalent ausgetauschten Anionen ist, zu verschneiden, wird der Regeneriersalz-Verbrauch gegenüber den vorbekannten Verfahren erheblich gesenkt. Hinzu kommt, daß mit einer wesentlichen Kapazitätserhöhung gerechnet werden kann, da jede lonenaustauschersäule bis in den Bereich der totalen, nutzbaren Kapazität befahren wird. Durch die Möglichkeit, die Verschneidung der aufbereiteten Filtratwässer nach den einzelnen Ionenaustauschersäulen variieren zu können, wird der Vorteil erreicht, daß das entnitratisierte Wasser den individuellen Wünschen oder Erfordernissen angepaßt werden kann. Zum Beispiel kann durch bestimmte Verschneideverhältnisse neben der Nitratelimination auch der Bikarbonat-, Chlorid- oder Sulfatwert des Reinwassers vermindert oder erhöht werden.
- Bezüglich der Regenerationstechnik ist nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß als Austauschsubstanz ein extrem makroporöses, starkbasisches Anionen-Austauscherharz mit einer homoporösen Polystyrol-Matrix und darin eingebetteten quaternären Ammoniumgruppen (Typ 1) als Ankergruppen verwendet wird. Derartige Austauschsubstanzen zeichnen sich durch die Selektivitätsreihe NO35 SO45 Cl> HCO3 aus.
- Während der Beladung gelangt die Austauschsubstanz weitgehend in die Nitrat-Form: (R-N-(CH3)3) NO3 Im Verlauf der Regeneration mit Kochsalz-NaCl-Lösung, Natriumkarbonat-NaHCO3 -Lösung und Magnesiumsulfat-MgSO4 x 7 H 2 O-Lösung erfolgt die Überführung in die Chlorid-, Bikarbonat- und Sulfatform in den einzelnen Säulen.
- Zusammenfassend beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren folgende Vorteile. Der Regeneriermittelüberschuß wirkt sich dadurch weniger umweltbelastend aus, daß die einzelnen Regeneriersalze nur zu ca.
- einem Drittel der normal benötigten Menge aufgewendet werden, wobei die Summe des Regeneriermittelüberschusses durch geeignete Regenerierverfahren ohnehin bis an die Grenze reduziert werden kann.
- Die grundsätzliche Regeneration und Desinfektion der einzelnen Ionenaustauschersäulen wird im übrigen nach den allgemein üblichen Verfahren vorgenommen und entspricht dem Stande der Technik, beispielsweise nach dem Gleichstrom-, Gegenstrom-, Schwebebett- oder kontinurierlichen Verfahren. Jedenfalls wird im Rahmen der Erfindung der Chloridüberschuß im Regenerationswasser gegenüber einem Austauschverfahren durch die Chloridform zu zwei Dritteln durch die weniger belastend wirkenden Salze Bikarbonat und Sulfat ersetzt. - Die Betriebskosten halten sich durch die Reduziermöglichkeit des Regeneriermittels ebenfalls in Grenzen, zumal gegenüber dem Austauschverfahren durch die Bikarbonatform das weitaus teuerste Regeneriersalz Bikarbonat zu zwei Dritteln durch die kosten günstigeren Salze Chlorid und Sulfat ersetzt werden und die totale nutzbare Volumenkapazität des Anionenaustauscherharzes annähernd ausgeschöpft wird. - Die mineralogische Zusammensetzung des entnitratisierten Reinwassers wird weitgehend beibehalten, wobei die äquivalenten Gegenionen des entfernten Nitrates auf drei verschiedene Ionen verteilt werden. Dadurch ist die Gefahr, daß ein Gegenion wie Chlorid oder Bikarbonat unvorteilhaft erhöht wird oder gar die einschlägige Norm übersteigt, weitgehend gebannt. Denn eine wesentliche Erhöhung des Chloridwertes, die zwangsläufig eine Aufbereitung durch lediglich ein Austauscherbett in der Chloridform nach sich zieht, bedeutet gravierende Nachteile in korrosionschemischer sowie gesundheitlicher Hinsicht. Eine Erhöhung lediglich des Bikarbonat- bzw. Karbonatwertes bringt das aufbereitete Reinwasser zwangsläufig aus dem Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht, was eine Nachaufbereitung erforderlich machen würde.
- Eine wesentliche Erhöhung des Sulfatwertes bringt Nachteile in geschmacklicher Hinsicht. - Diese Nachteile bei bekannten Verfahren mit lediglich einer lonenaustauschersäule werden nach Lehre der Erfindung vermieden.
- Eine Denitrifikationsanlage, mit einer lonenaustauschersäule mit einem Austauscherbett in der Bikarbonatform, mit einer Rohwasserzuführungsleitung und einer Reinwasserabführungsleitung, die zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens besonders geeignet ist, zeichnet sich dadurch aus, daß zwei weitere an die Rohwasserzuführungsleitung und Reinwasserabführungsleitung angeschlossene Ionenaustauschersäulen vorgesehen sind, von denen die eine Ionenaustauschersäule ein Austauscherbett in der Chloridform und die andere Ionenaustauschersäule ein Austauscherbett in der Sulfatform aufweist, so daß drei voneinander getrennt arbeitende Kolonnen bzw. Ionenaustauschersäulen verwirklicht sind. Diese drei lonenaustauschersäulen können in beliebiger Reihenfolge parallelgeschaltet an die Rohwasserzuführungsleitung und Reinwasserabführungsleitung angeschlossen sein, vorzugsweise in der Reihenfolge Chlorid-Säule, Bikarbonat-Säule und Sulfat-Säule. An die drei Ionen austauschersäulen ist zweckmäßigerweise über jeweils eine Besalzungsleitung mit Besalzungspumpe ein Salzlösbehälter für das jeweilige Regeneriersalz angeschlossen. In die Besalzungsleitungen sind Durchflußmesser, z.B. Schwebekörperdurchflußmesser, eingesetzt. Zwischen den lonenaustauschersäulen und der Reinwasserabführungsleitung sind Wasserzähler, z.B. Kontaktwasserzähler, eingesetzt.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Denitrifikationsanlage in schematischer Darstellung und Fig. 2 eine Beladungscharakteristik.
- Die in den Figuren dargestellte Denitrifikationsanlage dient zum Entfernen von Nitraten aus Trinkwasser mittels eines starkbasischen makroporösen Anionenaustauscherharzes und weist drei an eine Rohwasserzuführungsleitung 1 und an eine Reinwasserabführungsleitung 2 angeschlossene lonenaustauschersäulen 3, 4, 5 auf, von denen die erste lonenaustauschersäule 3 ein Austauscherbett in der Chloridform, die zweite lonenaustauschersäule 4 ein Austauscherbett in der Bikarbonatform und die dritte lonenaustauschersäule 5 ein Austauscherbett in der Sulfatform aufweist. Das aufzubereitende Rohwasser wird durch diese drei voneinander getrennt arbeitenden lonenaustauschersäulen 3, 4, 5 hindurchgeführt. Die aus den einzelnen Ionenaustauschersäulen abfließenden Filtratwässer werden zu Reinwasser vereinigt bzw.
- verschnitten. Die drei lonenaustauschersäulen 3, 4, 5 sind in Parallelschaltung an die Rohwasserzuführungsleitung 1 und Reinwasserabführungsleitung 2 angeschlossen. Ihre Reihenfolge kann beliebig sein.
- Ferner ist an jede lonenaustauschersäule 3, 4, 5 eine Besalzungsleitung 6 mit einer Besalzungspumpe 7 und ein Salzlösebehälter 8 für Regeneriersalz angeschlossen. In die Besalzungsleitungen 6 sind Schwebekörperdurchflußmesser 9, zwischen den lonenaustauschersäulen 3, 4, 5 und der Reinwasserabführungsleitung 2 sind Kontaktwasserzähler 10 eingesetzt. Ferner ist jede lonenaustauschersäule 3, 4, 5 mit einem elektromotorisch betriebenen Zentralsteuerventil 11 und einem Steuergerät 12 für das Zentralsteuerventil und die Besalzungspumpe 7 ausgerüstet, wobei das Steuergerät 12 an den Kontaktwasserzähler 10 angeschlossen ist. Von jeder lonenaustauschersäule 3, 4, 5 führt eine Abflußleitung 13 in einen Abflußkanal 14, während zu jedem Salzlösebehälter 8 eine an die Reinwasserabführungsleitung 2 angeschlossene Wasserleitung 15 führt. In sämtliche Leitungen sind die üblichen Absperrorgane 16 eingesetzt. Die drei aufbereiteten Filtratwässer ergeben vereinigt eine Beladungscharakteristik, die eine quasi-selektive Nitratelimination aufweist.
Claims (7)
- Verfahren und Denitrifikationsanlage zum Entfernen von Nitraten aus Trinkwasser P atentansprüche: 1. Verfahren zum Entfernen von Nitraten aus Trinkwasser mittels eines basischen Anionenaustauscherharzes, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das aufzubereitende Rohwasser durch drei voneinander getrennt arbeitende lonenaustauschersäulen mit einem in der ersten lonenaustauschersäule in der Bikarbonatform, in der zweiten lonenaustauschersäule in der Chloridform und in der dritten lonenaustauschersäule in der Sulfatform vorliegenden Austauscherbett hindurchgeführt wird und die aus den drei einzelnen Ionenaustauschersäulen abfließenden Filtratwässer zu Reinwasser vereinigt werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtratwässer nach dem Abfließen aus den einzelnen Ionenaustauschersäulen in variabler Weise verschnitten werden.
- 3. Denitrifikationsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer lonenaustauschersäule mit einem Austauscherbett in der Bikarbonatform, mit einer Rohwasserzuführungsleitung und einer Reinwasserabführungsleitung, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß zwei weitere an die Rohwasserzuführungsleitung (1) und Reinwasserabführungsleitung (2) angeschlossenen lonenaustauschersäulen (3, 5) vorgesehen, von denen die eine Ionenaustauschersäule (3) aus Austauscherbett in der Chloridform und die andere lonenaustauschersäule (5) ein Austauscherbett in der Sulfatform aufweist.
- 4. Denitrifikationsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die drei lonenaustauschersäulen (3, 4, 5) in beliebiger Reihenfolge parallelgeschaltet an die Rohwasserzuführungsleitung (1) und Reinwasserabführungsleitung (2) angeschlossen sind.
- 5. Denitrifikationsanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die lonenaustauschersäulen (3, 4, 5) über jeweils eine Besalzungsleitung (6) mit Besalzungspumpe (7) ein Salzlösbehälter (8) für Regeneriersalz angeschlossen ist.
- 6. Denitrifikationsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Besalzungsleitungen (6) Durchflußmesser (9) eingesetzt sind.
- 7. Denitrifikationsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den lonenaustauschersäulen (3, 4, 5) und der Reinwasserabführungsleitung (2) Wasserzähler (10) eingesetzt sind.
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