DE3741613A1 - Verfahren zum mikrobiellen nitratabbau in wasser sowie vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mikrobiellen Ni­ tratabbau in Wasser, bei dem dem Wasser methanhaltiges Gas zugeführt wird, und dann das Nitrat durch mikrobielle Deni­ trifikation abgebaut wird.

Aus der US-PS 38 29 377 ist ein derartiges Verfahren bekannt, bei dem methanhaltiges Gas Bewässerungswasser aus Drainageabläufen zugesetzt wird. Dieses Verfahren dient nicht zur Aufbereitung von Wasser zu Trinkwasser und wird in einer technischen Anlage oberirdisch durchgeführt. Die für den Nitratabbau mit Methangas notwendige Sauerstoffzuga­ be erfolgt hier unkontrolliert, da der Sauerstoffgehalt von der Zusammensetzung des zu reinigenden Drainagewassers abhängig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches geeignet ist, im Untergrund befindliches Grundwasser gesteuert zu denitrifizieren, damit es den geltenden gesetzlichen Anfor­ derungen als Trinkwasser genügt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das methanhaltige Gas über wenigstens einen Injektions­ brunnen in sauerstoffreiem Wasser gelöst in Grundwasser ein­ geleitet wird.

Hierbei ist von Vorteil, daß durch die Verwendung von methanreichem und sauerstoffreiem Wasser eine Verstopfung des Injektionsbrunnens durch bakterielle Besiedelung vermie­ den wird. Wenn das zu denitrifizierende Grundwasser sauer­ stoffreich ist, ist keine gesonderte Sauerstoffzufuhr erfor­ derlich. Bei sauerstoffarmem nitrathaltigem Grundwasser ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß alternierend zu der Methangasinjektion methangasfreies Was­ ser mit gelöstem Sauerstoff eingeleitet wird. Hierbei ist von Vorteil, daß sich beide Gase erst im Untergrund und nicht im Injektionsbrunnen mischen und im Untergrund zu dem gewünschten aeroben Nitratabbau führen. Die taktweise Einleitung führt zu einer Mischung des nitrat- und sauer­ stoffhaltigen Grundwassers mit Methan durch hydromechani­ sche Dispersion in Grundwasserfließrichtung.

Bei Vorhandensein mehrerer Injektionsbrunnen kann in weite­ rer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß diese Brunnen zur Vermeidung von unerwünschtem mikrobiellem Wachs­ tum gruppenweise aufgeteilt werden, wobei taktweise bei der einen Gruppe die sauerstoffreie Methaninjektion durchge­ führt und bei der anderen Gruppe methangasfreies Wasser mit gelöstem Sauerstoff zugeführt wird. Die Zuführung kann bei beiden Brunnengruppen gleichzeitig oder auch in zeitli­ chem Wechsel bzw. zeitlich versetzt erfolgen.

Mehrere Injektionsbrunnen können beispielsweise den Förder­ brunnen eines Wasserwerkes in Strömungsrichtung des Grund­ wassers vorgeschaltet sein. Dann wird durch die erfindungs­ gemäße Maßnahme dieser Grundwasserströmung einerseits Sauer­ stoff und zum anderen Methan zugeführt, und die Mischung beider Gase erfolgt dann auf dem Strömungsweg zwischen dem Injektionsbrunnen und den Förderbrunnen.

Damit werden die chemischen Voraussetzungen für die mikrobi­ elle Denitrifikation geschaffen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vorgeschla­ gen, daß bei der Verwendung beider Gase in einem Injektions­ brunnen bei sauerstoffarmem nitrathaltigem Grundwasser al­ ternierend zu der Methangasinjektion methangasfreies Wasser mit gelöstem Sauerstoff eingeleitet wird, und daß zwischen der Einleitung dieser beiden Stoffe jeweils Wasser inji­ ziert wird, welches weder Methan noch gelösten Sauerstoff enthält. Dadurch wird das Zusammentreffen beider Gase im Injektionsbrunnen und damit das unerwünschte Bakterien­ wachstum in dem Injektionsbrunnen verhindert.

Besonders zweckmäßig und preiswert ist es, wenn als methan­ haltiges Gas Erdgas Verwendung findet.

In einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß zur Erzeugung von sauerstoff­ freiem, methanreichem Injektionswasser ein geschlossener und dem Injektionsbrunnen vorgeschalteter Filter mit gekörn­ tem Aufwuchsmaterial mit Bakterienbesatz zur Zehrung des Sauerstoffgehaltes durch mikrobielle Sauerstoffatmung vorge­ sehen ist, und daß dem Filter eine Druckerhöhungspumpe vorgeschaltet ist, und der Pumpe eine Methangasdosierein­ richtung vorgeschaltet ist, und kurz vor dem Injektionsbrun­ nen eine Druckentlastungseinrichtung vorgesehen ist. Hier­ bei ist von Vorteil, daß die Druckerhöhungspumpe, welche vorzugsweise als Zentrifugalpumpe ausgebildet ist, eine Dis­ pergierung des Methangases, eine intensive Vermischung und damit eine schnelle Lösung des Gases bei Druckerhöhung gewährleistet. Durch den Filter wird erreicht, daß ein unerwünschter Sauerstoffgehalt des methanangereicherten Was­ sers durch mikrobielle Sauerstoffatmung unter geringem Ver­ brauch von Methangas bei Produktion geringer Mengen von Bakterienmasse abgebaut wird. Die Bakterienmasse kann prob­ lemlos aus dem Filter ausgespült werden.

Dadurch, daß erst kurz vor dem Injektionsbrunnen eine Druck­ entlastungseinrichtung vorgesehen ist, wird erreicht, daß auf dem Leitungsweg zwischen dem Filter und dem Injek­ tionsbrunnen keine Entgasung des Wassers stattfindet.

Die vorbeschriebene Anordnung kann auch zur Erzeugung von Wasser eingesetzt werden, welches weder Methan noch ge­ lösten Sauerstoff enthält. Hierzu wird dem Filter Wasser ohne Methangasdosierung zugeführt, und das Wasser verliert den Sauerstoffgehalt durch bakterielle Sauerstoffatmung un­ ter Nutzung der in dem Filter vorhandenen Bakterienmasse.

Nachfolgend wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Aus­ führungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Figur zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel unterirdischer NO₃- Aufbereitung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.

In einer mit 1 bezeichneten Leitung wird Wasser mit gerin­ gem O₂-Gehalt einem Umschaltventil 2 zugeführt, welches - wie nachfolgend näher erläutert - zum Umschalten für die alternierende Methan- bzw. Sauerstoffinjektion vorgesehen ist. Zwischen dem Ventil 2 und einer Druckerhöhungspumpe 3 ist eine Methangasdosiereinrichtung 4 vorgesehen, über die dem in der Leitung 5 strömenden Wasser Methan zuführbar ist. An die Druckerhöhungspumpe 3, welche als Zentrifugal­ pumpe ausgebildet sein kann, schließt sich ein geschlosse­ ner Filter 6 an, der zur Sauerstoffzehrung dient und der eine Füllung 7 mit gekörntem Aufwuchsmaterial mit Bakterien­ besatz aufweist. Zum Spülen des Filters sind Einrichtungen 8 und 9 vorgesehen, welche als Spülwasserein- bzw. -ausläu­ fe ausgebildet sind. Eine Meßeinrichtung zur Messung des Filterwiderstandes ist mit 10 bezeichnet. Von dem Filter 6 führt eine Leitung 11 zu einem Injektionsbrunnen 12. Kurz vor dem Injektionsbrunnen 12 ist in der Leitung 11 eine Druckentlastungseinrichtung 13 vorgesehen, welche beispiels­ weise als Druckreduzierventil ausgebildet sein kann. Der Injektionsbrunnen 12 ist durch eine Abdichtung 14 vor Me­ thangasverlusten geschützt. Die Mündung der Leitung liegt zur Vermeidung von unerwünschten Entgasungen unter­ halb der Wasseroberfläche in Bereichen erhöhten Wasser­ druckes. Die Strömungsrichtung des Grundwassers im Unter­ grund ist mit Pfeilen gekennzeichnet und mit A bezeichnet. Der Injektionsbrunnen 12 dient der Methangaszuführung in das Grundwasser, während ein zweiter Injektionsbrunnen 15 zur Sauerstoffzuführung dient. Dem zweiten Injektionsbrun­ nen 15 ist mit Sauerstoff angereichertes Wasser aus der Leitung 1 über das Umschaltventil 2 über eine Leitung 16 zuführbar. Dem Wasser in der Leitung 16 kann Sauerstoff über eine entsprechende Dosiereinrichtung 17 zugeführt wer­ den. Auch hier ist eine Druckerhöhungspumpe 18 und eine Druckentlastungseinrichtung 19 vorgesehen, wobei letztere kurz vor dem Injektionsbrunnen 15 angeordnet ist. Auch dieser Injektionsbrunnen 15 ist durch eine Abdichtung 20 vor unerwünschten Gasverlusten geschützt.

Die Anströmrichtung des nitratreichen Grundwassers ist mit B gekennzeichnet. Durch alternierend taktweisen Betrieb der Injektionsbrunnen 12 und 15 wird dem nitratreichen Grundwas­ ser, welches aus Pfeilrichtung B anströmt, sowohl Methangas als auch Sauerstoffgas zugemischt, was im Abstrom C dann in Richtung auf Entnahmebrunnen fließt. Dieses nitratarme Grundwasser kann dann als Trinkwasser gefördert werden.

Claims (9)

1. Verfahren zum mikrobiellen Nitratabbau in Wasser, bei dem dem Wasser methanhaltiges Gas zugeführt wird, und dann das Nitrat durch mikrobielle Denitrifikation abgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, daß das methan­ haltige Gas über wenigstens einen Injektionsbrunnen in sauerstoffreiem Wasser gelöst taktweise in Grundwas­ ser eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei sauerstoffarmem nitrathaltigem Grundwasser alternie­ rend zu der Methangasinjektion methangasfreies Wasser mit gelöstem Sauerstoff eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein mehrerer Injektionsbrunnen zur Vermeidung von unerwünschtem mikrobiellem Wachstum diese Brunnen gruppenweise aufgeteilt werden, wobei taktweise bei der einen Gruppe die Methaninjektion durchgeführt und bei der anderen Gruppe methangasfreies Wasser mit gelöstem Sauerstoff zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung bei beiden Brunnengruppen gleichzei­ tig erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung bei beiden Brunnengruppen in zeitli­ chem Wechsel bzw. zeitlich versetzt erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils taktweise zwischen der taktweisen Methangas- und/oder Sauerstoffinjektion Wasser injiziert wird, welches weder Methan noch gelösten Sauerstoff enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als methanhaltiges Gas Erdgas verwendet wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein geschlossener und dem Injek­ tionsbrunnen (12) vorgeschalteter Filter (6) mit gekörntem Aufwuchsmaterial (7) mit Bakterienbesatz zur Zehrung des Sauerstoffgehaltes durch mikrobielle Sauerstoffatmung vorgesehen ist, und daß dem Filter (6) eine Druckerhöhungspumpe (3) vorgeschaltet ist, und der Pumpe eine Methangasdosierungseinrichtung (4) vorge­ schaltet ist, und kurz vor dem Injektionsbrunnen (12) eine Druckentlastungseinrichtung (13) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerhöhungspumpe (3) als Zentrifugalpumpe ausgebildet ist.