DE4207560A1

DE4207560A1 - Verfahren zur entcarbonisierung und denitrifizierung von wasser

Info

Publication number: DE4207560A1
Application number: DE19924207560
Authority: DE
Inventors: Ruediger Dipl Ing Boeckler
Original assignee: Preussag Anlagenbau 3000 Hannover De GmbH; Preussag Anlagenbau GmbH
Current assignee: Pwt Wasser und Abwassertechnik 64673 Zwingen GmbH
Priority date: 1992-03-10
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 1993-09-16
Anticipated expiration: 2012-03-11
Also published as: DE4207560C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entcarbonisierung und Denitrifizierung von Wasser.

Steigende Nitratbelastung von Grundwässern zusammen mit der Herabsetzung des Grenzwertes für Nitrat im Trinkwasser bereiten einer großen Anzahl von Wasserversorgungsunterneh men erhebliche Probleme, da eine kurzfristige Lösung sei tens des Hauptverursachers Landwirtschaft nicht möglich ist. Häufig stellt sich den Versorgungsunternehmen zusätz lich das Problem hoher Härte im abgegebenen Trinkwasser.

Zur Nitratentfernung sind verschiedene Aufbereitungverfah ren bekannt. Einsetzbar sind nach dem bisherigen Stand der Entwicklung die chemisch-physikalischen Verfahren Umkehros mose und Ionenaustausch sowie als biologisches Verfahren die Denitrifikation. Ein Verfahren zur Denitrifizierung von nitrathaltigem Wasser ist beispielsweise aus der DE-PS 25 49 415 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird der mit einem Kohlenstoffdonator versetzte Rohwasserstrom über ein Bett aus kugelförmigen, eine rauhe Oberfläche aufweisenden Körpern geleitet, die als Träger für die den Denitrifikati onsprozeß bewirkenden Mikroorganismen dienen, wobei zur sicheren Bildung und Erhaltung der Biomasse und zur Gewähr leistung einer besonders einfachen Spülbarkeit des Betts schwimmfähige Körper verwendet werden, die ein schwimmendes Festbett bilden.

Sämtliche bekannten Verfahren zur Denitrifizierung von Was ser sind im Vergleich zu den anderen, üblicherweise in der Trinkwasseraufbereitung eingesetzten Verfahren sehr teuer. Die Verfahren Umkehrosmose und Ionenaustausch bringen zudem das Problem der Entsorgung salzhaltiger Abwässer mit sich, welches, falls eine Ableitung ausscheidet, mit zusätzlichen hohen Kosten verbunden ist. Die biologischen Verfahren haben hier entscheidende Vorteile, da ein praktisch abwas serfreier Betrieb möglich ist.

Zur Entfernung der Carbonathärte aus Wasser werden in der Praxis unterschiedliche Entcarbonisierungsverfahren ange wendet. In der Regel werden dazu dem zu enthärtenden Roh wasser Fällungs- und/oder Flockungsmittel und Flockungs hilfsmittel zugemischt und es werden dadurch durch Fällung, Flockung und Sedimentation gelöste und suspendierte Inhaltsstoffe als Schlamm abgeschieden. Bei Verfahren die ser Art ist es bekannt (Veröffentlichung der Abteilung und des Lehrstuhls für Wasserchemie, Leitung: Dr. H. Sont heimer, Heft 3, Teil II, Karlsruhe 1967, Seiten 190, 191 und 201) zur Vergrößerung der Feststoffmenge im Flockungs raum, einen Teil des durch Fällung, Flockung und Sedimenta tion gebildeten Schlamms im Kreislauf zu führen. Bei einer in der DE-P8 28 02 066 beschriebenen Variante dieses soge nannten Kontaktschlammverfahrens wird dem mit Flockungs hilfsmitteln und/oder Fällungsmiteln versetzten Rohwasser in der Schlammkontaktphase unter Rühren sogenannter Kon taktschlamm zugemischt, der in einer Sedimentationszone vom Reinwasser kontinuierlich abgetrennt und in eine dem Schlammkontakt dienende Reaktionszone zurückgeführt wird. Daneben sind zur Enthärtung von Wasser auch die Verfahren Umkehrosmose und Ionenaustausch möglich, wobei diese jedoch aufgrund der Abwasserproblematik und der hohen Kosten nur in Ausnahmefällen einsetzbar sind.

Bei Fällen, in denen sowohl eine Entfernung der Wasserhärte als auch eine Entfernung von Nitrat aus Wasser gewünscht ist, kann der angestrebte Aufbereitungseffekt weder durch biologische Verfahren noch durch ein Entcarbonisierungsver fahren allein erreicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein wirtschaftliches Verfah ren anzugeben, durch das aus Wasser sowohl die Car bonathärte als auch Nitrat entfernt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Rohwasser in einer Reaktionszone gleichzeitig durch Einwir kung von Calciumhydroxid entcarbonisiert und durch eine Biomasse unter Zugabe von Nährstoffen denitrifiziert wird. Das dabei bei der Entcarbonisierung entstehende Carbonat dient als Besiedlungsfläche für die denitrifizierende Bio masse.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren laufen folgende Reak tionen gleichzeitig ab:

1. Entcarbonisierung Ca2+ + 2 HCO₃^- + Ca(OH)₂ = 2 CaCO₃ + 2 H₂O
2. Denitrifikation (heterotroph)
- a) Ethanol als Subtrat 0,613 C₂H₅OH + NO₃^- = 0,102 C₂H₇O₂N + 0,714 HCO₃^- + 0,286 OH^- + 0,98 H₂O + 0,449 N₂
- b) Essigsäure als Substrat 0,819 CH₃COOH + NO₃^- = 0,068 C₂H₇O₂N + HCO₃^- + 0,301 CO₂ + 0,902 H₂O + 0,466 N₂

Wie aus den vorstehenden Gleichungen ersichtlich, werden bei der Entcarbonisierung HCO₃^-- und OH-Ionen verbraucht, während diese bei der Denitrifikation wiederum entstehen. Bei der erfindungsgemäßen Kombination beider Reaktionen entsteht somit ein Synergieeffekt, der sich in einer Lei stungssteigerung und einer Stabilisierung der Reaktionsbe dingungen auswirkt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Verfahrensaufwand durch den Wegfall eines durch fremdes Trägermaterial gebildeten Festbetts vorteilhaft reduziert. Als weiterer Vorteil des erfindungemäßen Verfah rens ergibt sich, daß die mit der Denitrifikation verbun dene Erhöhung der Carbonathärte durch die simultane Carbo natfällung vermieden wird. Dies ist insbesondere bei Wäs sern von Bedeutung, deren Nitratgehalt hoch ist und bei denen aus der Denitrifikation somit eine erhebliche Erhö hung der Carbonathärte resultiert.

Bei dem neu entwickelten Verfahren wird die Denitrifikation und die Entcarbonisierung vorzugsweise in einem Schwebebett durchgeführt. Das aufzubereitende Wasser wird am konisch ausgeführten Boden des Reaktors eingespeist, wobei gleich zeitig die Nährstoffe (Ethanol bzw. Essigsäure und Phos phat) und als Fällungsmittel Calciumhydroxid zudosiert wer den. Es bildet sich im Reaktor eine Wirbelschicht aus, die für einen intensiven Stofftransport sorgt. Zur Unterstüt zung kann zusätzlich gerührt werden.

Über die Zufuhr von Rückführschlamm kann der erforderliche Feststoffgehalt in der Reaktionszone eingestellt werden. Der Rückführschlamm wird vorzugsweise am oberen Teil des Reaktors entnommen. In bestimmten Fällen empfiehlt sich auch eine 8chlammrückführung aus einem den späteren Aufbe reitungsstufen nachgeschalteten Eindicker.

An den Reaktor schließen sich vorzugsweise eine oder meh rere Flockungsstufen an. Die im Ablauf des Reaktors enthal tenen Schwebstoffe werden hier ausgeflockt und anschließend durch Sedimentation abgetrennt.

Zusätzlich kann die Flockungsstufe als aerobe Nachreini gungsstufe dienen, in der Restgehalte an Substrat abgebaut werden. Zur Sauerstoffanreicherung wird Luft feindispers eingeblasen oder über Oberflächenbelüfter eingetragen. Die Belüftung kann in mehreren Stufen erfolgen.

Alternativ kann zur Sauerstoffanreicherung auch ein Teil strom aus dem aufbereiteten Wassers abgezweigt, mit Sauer stoff angereichert und dem Hauptstrom wieder zugemischt werden.

Nach der Sedimentation ist das entcarbonisierte und deni trifizierte Wasser nur noch mit geringen Trübstoffgehalten belastet und kann durch Mehrschichtfiltration bis unter die für Trinkwasser zulässigen Gehalte feingereinigt werden.

Ein weiterer, synergistischer Effekt des Verfahrens ergibt sich durch die hierbei gemeinsame Entwässerung von Carbo nat- und Bioschlamm, da die zur Verbesserung der Entwässer barkeit von Bioschlamm üblicherweise erforderliche Zugabe von Carbonat entfallen kann.

Bei einer Variante des erfindungsgmäßen Verfahrens kann in bestimmten Fällen auch eine Denitrifikation im 8andwirbel schichtreaktor als erste Aufbereitungsstufe erfolgen. Der mit Biomasse belastete Ablauf der Denitrifikation wird anschließend in einer mehrstufigen Fällungs- und Flockungs anlage entcarbonisiert und in der oben beschriebenen Vorge hensweise aerob nachgereinigt. Die Vorteile liegen hierbei in der sehr guten Sedimentierbarkeit, die durch die Einbin dung der biologischen Feststoffe aus der Denitrifikation in die Carbonatpartikel bzw. -flocken erreicht wird. Probleme durch unzureichende Entfernung der biologischen Schweb stoffe werden vermieden, wodurch die Nachreinigungsstufen erheblich entlastet werden.

Claims

1. Verfahren zur Entcarbonisierung und Denitrizierung von Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß Rohwasser in einer Reaktionszone gleichzeitig durch Einwirkung von Calci umhydroxid als Fällungsmittel entcarbonisiert und durch eine Biomasse unter Zugabe von Nährstoffen denitrifi ziert wird und daß durch die Entcarbonisierung ausge fälltes Calciumcarbonat als Trägermaterial für die Bio masse verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Nährstoffe für die Biomasse Ethanol oder Essigsäure eingesetzt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufkonzentrierung von ausge fälltem Calciumcarbonat im Reaktor ein Schwebebett gebildet wird.

4. Verfahren nach Ansprch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Schwebebett gerührt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufkonzentrierung von ausgefälltem Calciumcarbonat der Reaktionszone ent nommener Calciumcarbonatschlamm in den Reaktor zurück geführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Calciumcarbonat vorzugsweise als Schlamm dem Reaktor an dessen oberen Ende entnommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß zurückgeführtes Calciumcarbonat bzw. Calcium carbonatschlamm am Reaktorboden zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktor eine Flockungs stufe und/oder Sedimentationsstufe mit Eindicker nach geschaltet ist.

9. Verfahren nach einem Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß mehrere Flockungsstufen vorgesehen sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Flockungsmittel und Flockungshilfs mittel zugegeben werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eindicker Calciumcarbo natschlamm entnommen und in den Reaktor zurückgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Flockungsstufe als aerobe Nach reinigungsstufe ausgebildet ist, indem Luft feindispers eingeblasen oder über Oberflächenbelüfter eingetragen wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sauerstoffanreicherung ein Teilstrom aus dem aufbereiteten Wassers abgezweigt, mit Sauerstoff angereichert und dem Hauptstrom wieder zugemischt wird.

14. Verfahren zur Entcarbonisierung und Denitrizierung von Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß Rohwasser in einer ersten Aufbereitungsstufe in einem Sandschichtwirbel reaktor biologisch denitrifiziert wird und daß anschließend das Wasser aus der Denitrifikation in einer mehrstufigen Fällungs- und Flockungsanlage ent carbonisiert und aerob nachgereinigt wird.