AT395969B

AT395969B - Verfahren zur aufbereitung von wasser oder abwasser, insbesondere zur nitratreduzierung

Info

Publication number: AT395969B
Application number: AT241591A
Authority: AT
Inventors: Senad Dipl Ing Dr Novalic
Original assignee: Sgp Va Energie Umwelt
Priority date: 1991-12-04
Filing date: 1991-12-04
Publication date: 1993-04-26
Also published as: ATA241591A

Description

AT 395 969 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Brauch- oder Trinkwasser, Prozeßwasser oder Abwasser, insbesondere zur Nitratreduzierung, wobei der Hauptstrom des Rohwassers einer Elektrodialyse, vorzugsweise unter Verwendung selektiver Membranen, unterworfen wird, wobei das aus der Elektrodialyse stammende Konzentrat mit einem Teilstrom des Rohwassers gemischt und ein Teil dieser Mischung im Kreislauf 5 zur Elektrodialyse rückgeleitet wird, während der andere Teil einer weiteren Behandlung zugeführt wird.

Die Elektrodialyse ist ein bekanntes Verfahren, das zur Aufbereitung von verschiedenen Wässern und Abwässern sehr gut geeignet ist. Auch zur quasiselektiven Nitratentfemung aus Trinkwasser ist dieses Verfahren in vorteilhafter Weise anwendbar. Dabei wird vom nitratreichen Rohwasser ein geringer Teilstrom, vorzugsweise 5 bis 10 % des Rohwassers, abgezweigt und der Hauptstrom einer Elektrodialyse-Einrichtung zugeleitet. Das mit 10 Nitrat angereicherte Konzentrat dieser Elektrodialysestufe wird einem Behälter zugeleitet, in welchem es mit dem zuvor abgezweigten Teilstrom des Rohwassers gemischt wird. Ein Teil dieses Gemisches wird ebenfalls der Elektrodialyse-Einrichtung zugeleitet, während ein anderer Teil als nitratangereichertes Konzentrat entsorgt werden muß. Das aus der Elektrodialysestufe austretende nitratarme Diluat ist dann, bei geeigneter Auslegung dieser Dialysestufe, als Trinkwasser geeignet Von der Gesamtmenge des eingeleiteten Rohwassers sind als IS nitratarmes Diluat 90 bis 95 % verfügbar, während die restlichen 5 bis 10 % nitratangereichertes Konzentrat einer Entsorgung oder einer weiteren Behandlung zugeführt werden müssen.

Ein weiterer Effekt der Elektrodialyse besteht darin, daß die meisten anderen Inhaltsstoffe des Rohwassers nur zu ca 30 % reduziert werden, während Nitrat weitgehendst entfernt werden kann. Nachteilig ist jedoch, daß eine relativ große Menge an nitratreichem Konzentrat entsorgt werden muß, wofür beispielsweise die Ableitung zu 20 einer Kläranlage, die Nitratentfemung mittels Bioreaktoren, die Eindampfung oder die landwirtschaftliche Beregnung als Möglichkeiten zur Verfügung stehen. Neben der großen Konzentratmenge, was sich bei allen Entsorgungsverfahren als nachteilig erweist, ist auch die relativ große Salzfracht des Konzentrates bei allen der genannten Entsorgungsverfahren problematisch.

Nun könnte zwar die Konzendaunenge durch Erniedrigung der zur Verdünnung verwendeten Rohwassermenge 25 einfach reduziert und die Konzentration im Konzentratkreislauf erhöht werden. Als Folge wäre aber im allgemeinen als erstes mit einer Ausfällung von Kalziumkarbonat zu rechnen, welcher man nur bis zu einem gewissen Grad durch Säurezudosierung begegnen kann.

Weiters wäre mit einer Ausfällung von Kalziumsulfat zu rechnen, deren Vermeidung mit Hilfe der Seedingtechnik in einer Dissertation (W. Kopp, Aachen 1987, Nitratentfemung aus Grundwässem durch 30 Membranverfahren bei gleichzeitiger rückstandsarmer Entsorgung der anfallenden Konzentrate) untersucht wurde.

Bei größerer Aufkonzentrierung ist mit einer Ausfällung weiterer Inhaltsstoffe zu rechnen, die sehr schwierig zu handhaben ist und von der jeweiligen Konzentration dieser Stoffe im Konzentrat abhängt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher die Schaffung eines Verfahrens, mit welchem die Menge an nitratangereichertem Konzentrat in einfacher Weise vermindert werden kann und das gleichzeitig zu einer 35 Reduzierung der Salzfracht des Konzentrates und daher zu einer Vermeidung der Ausfüllung von Inhaltsstoffen unter wesentlicher Verminderung des Chemikalieneinsatzes oder umständliche Zusatzverfahren im Sinn einer einfachen und billigen Entsorgung führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs angegebene Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der für die weitere Behandlung bestimmte Teil der Mischung des Konzentrates der ersten Elektrodialyse und 40 des Teilstromes des Rohwassers zumindest einer zweiten Elektrodialyse unterworfen und das Diluat dieser zweiten

Dialyse dem Diluat der ersten Elektrodialysestufe und/oder dem Rohwasser vor der ersten Elektrodialysestufe beigegeben wird. Das erfindungsgemäße Verfahren integriert also eine zusätzliche, einfache und mit Verringerung, günstigstenfalls unter Vermeidung zusätzlicher Chemikalien durchführbare Elektrodialyse, um das Konzentrat der ersten Elektrodialysestufe zu entsalzen und dessen Menge durch weiteres Aufkonzentrieren zu 45 vermindern. Ein großer Teil der Inhaltsstoffe aus dem Konzentrat der ersten Stufe wird, mit Ausnahme des Nitrates selbstverständlich, mit dem Diluat der zweiten Stufe wiederum dem zur Verwendung bestimmten Wasser zugeführt, was als Vorteil eine nur geringfügige Veränderung in der Zusammensetzung des Rohwassers, mit Ausnahme des Nitratgehaltes, mit sich bringt. Eine allfällige Säurezudosierung zur Beherrschung der Kalziumkarbonatausfällung in der ersten Elektrodialysestufe muß, wenn überhaupt notwendig, beim 50 erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich geringer ausfaÜlen, als es bisher notwendig war. Das Problem der Kalziumsulfatausfällung ist praktisch nicht mehr vorhanden. Auch die Ausfüllung weiterer Inhaltsstoffe ist praktisch ausgeschlossen. In der nunmehr wesentlich verringerten zu entsorgenden Konzentratmenge ist die SalzfScht, die mitentsorgt werden muß, ebenfalls wesentlich, d. h. bis zu 40 %, verringert. Dadurch ergeben sich bei allen denkbaren Entsorgungsvarianten Vorteile, von denen einer die um zumindest 25 % reduzierte Menge an 55 zusätzlichen Chemikalien ist.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der gegenüber dem herkömmlichen Verfahren wesentlich leichter und einfacher zu erreichenden höheren Ausbeute an Produktwasser. Ohne durch übermäßige Aufkonzentrierung in der ersten Elektrodialysestufe Probleme mit der Kalziumsulfat- und später Kalzium-KarbonatausfÜllung zu bekommen, sind Ausbeuten an Produktwasser (Reinwasser) von etwa 95 bis 60 99,8 % der Rohwassermenge erzielbar.

Mit denselben Auswirkungen und Vorteilen, wie es in der ersten Elektrodialysestufe vorgesehen war, kann in an sich bekannter Weise das Konzentrat der zweiten Elektrodialysestufe mit einem Teilstrom des ersten -2-

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Teilstromes des Rohwassers gemischt werden, wobei ein Teil des Gemisches aus Konzentrat der zweiten Elektrodialyse und Rohwasser zur zweiten Dialysestufe rückgeleitet und der andere Teil als Konzentrat einer Entsorgung zugeführt wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das Konzentrat der zweiten Elektroldialyse mit einem Teilstrom des Diluates der ersten Elektrodialysestufe gemischt und ein Teil dieses Gemisches aus Konzentrat der zweiten Elektrodialyse und Diluat der ersten Elektrodialyse im Kreislauf zur zweiten Elektroldialysestufe rückgeleitet und der andere Teil einer Entsorgung zugeführt wird.

Um bei hohen Nitratkonzentrationen im Diluat der zweiten Elektrodialysestufe die Nitratkonzentration im zum Gebrauch bestimmten, aufbereiteten Wasser nicht allzu stark zu erhöhen, kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ein Teilstrom des Diluates der zweiten Elektrodialysestufe dem Rohwasser vor der ersten Elektrodialyse zugemischt und der Rest des Diluates der zweiten Elektrodialystestufe dem Diluat der ersten Dialysestufe beigegeben werden. Bei besonders ungünstigen Nitratwerten im Diluat der zweiten Elektrodialysestufe kann selbstverständlich auch die gesamte Diluatmenge dem Rohwasser vor der ersten Elektrodialyse beigegeben werden, um das Nitrat zu entfernen.

Aufgrund der gleichen Funktionsweise der beiden Elektrodialysestufen kann zur Verringerung des Aufwandes gemäß einem zusätzlichen Merkmal vorgesehen sein, daß die zweite Elektrodialysestufe baulich und/oder steuerungstechnisch in die erste Elektrodialysestufe integriert ist

Um die gewünschte Verteilung der Salze und eine ausreichende Nitratabtrennung sicherzustellen, sind gemäß einem zusätzlichen Merkmal vorteilhafterweise auch in der zweiten Elektrodialysestufe selektive Membranen vorgesehen.

Ein Ausführungsbeispiel für das erfmdungsgemäße Verfahren soll anhand derbeigefügten Zeichnung, welche das Flußschema in einer das erfindungsgemäße Verfahren verwirklichenden Anlage darstellt, in der nachfolgenden Beschreibung näher »läutert werden.

Das zu behandelnde Rohwasser wird einer Elektrodialyseanlage (EDR1) zugeleitet, nachdem vom Rohwasser ein etwa 5 bis 10 % der Gesamtmenge des Rohwassers umfassender Teilstrom (R'> abgezweigt wurde. Nach Durchlaufen der vorzugsweise mit selektiven Membranen ausgestatteten Elektrodialyseanlage (EDR1), welche je nach Nitratgehalt des Wassers ein- oder mehrstufig ausgeführt sein kann, ergibt sich ein Diluatstrom (Dl) von ca. 90 bis 95 % der Rohwassermenge. Das Konzentrat der ersten Elektrodialyse wird als Strom (Kl) einem Behälter (TI) zugeführt, wo es mit dem vom Rohwasser abgezweigten Teilstrom (R') gemischt wird. In diesem Tank (TI) kann auch eine Zudosierung von zusätzlichen Chemikalien (CH), beispielsweise Salzsäure, erfolgen, um Ausfällungen von Inhaltsstoffen durch die Aufkonzentrierung zu vermeiden. Ein Teil des im Behälter (TI) gebildeten Gemisches aus Roh wasser und Konzentrat der ersten Dialysestufe, dessen Menge dem Konzentratstrom (Kl) entspricht, wird im Kreislauf als Strom (Ml) wieder der Dialyseanlage (EDR1) zugeleitet, während ein anderer Teilstrom (Ml') dieses Gemisches, welcher der Menge des abgezweigten Rohwasserstromes (R‘) von 5 bis 10 % des aufgegebenen Rohwassers entspricht, erfindungsgemäß einer zweiten Elektrodialysestufe (EDR2) zugeführt wird.

Diese zweite Elektrodialyseanlage (EDR2) kann je nach Bedarf ein- oder mehrstufig ausgeführt sein und verwendet vorteilhafterweise ebenfalls selektive Membranen. Der aus der Anlage (EDR2) austretende Diluatstrom (D2) wird günstigenfalls dem Diluatstrom (Dl) der ersten Elektrodialysestufe (EDR1) zugegeben und ergibt zusammen mit diesem das Produktwasser. In dem Diluatstrom (D2), welcher maximal 9 - 9,5 % der aufgegebenen Rohwassermenge ausmacht, ist die Nitratkonzentration soweit zu reduzieren, daß beim Mischen mit dem Strom (Dl) aus der ersten Elektrodialysestufe (EDR1) die gewünschte Nitratkonzentration im Produktwasser eingehalten wird. So ergibt sich beispielsweise bei einem Strom (Ml) mit ca. 1000 mg NO3/I im Strom (D2) ein Nitratgehalt von cirka 70 mg/1, während etwa 50 % der aus dem Rohwasser in der ersten Dialysestufe (EDR1) entfernten anderen Ionen noch im Diluatstrom (D2) enthalten sind. Bei einem Nitratrestgehalt von ca. 20 mg/1 im Diluat (Dl), welches 90 bis 95 % der Rohwassermenge ausmacht, ergibt sich bei Zumischung des Diluates (D2) eine Reinwassermenge von 99 bis 99,5 % der der Anlage aufgegebenen Rohwassermenge, welche einen unterhalb der für Trinkwasser vorgeschriebenen Nitratkonzentration von 25 mg NO3/I liegenden Nitratgehalt aufweist.

Das Konzentrat der zweiten Elektrodialyseanlage (EDR2) wird als Strom (K2) einem zweiten Behälter (Γ2) zugeführt, in dem es ebenfalls mit einer bestimmten Menge an Wasser gemischt wird. Auch dem Behälter (T2) können, wenn nötig, wie in der ersten Elektrodialysestufe (EDR1) zusätzliche Chemikalien (CH) zugeführt werden. Wie in der Zeichnungsfigur durch strichpunktierte Linien angedeutet ist, kann das Verdünnungswasser für das Konzentrat (K2) entweder als Teilstrom (Dl*) vom Diluat (Dl) der ersten Elektrodialysestufe (EDR1) oder aber vom abgezweigten Rohwasserteilstrom (R') als weiterer Teilstrom (R") abgezweigt werden. Auf jeden Fall ist die benötigte Menge mit etwa maximal 0,5 % der aufgegebenen Rohwassermenge sehr gering. Ein Teilstrom (M2) des im Behälter (T2) entstehenden Gemisches aus Konzentrat (K2) der zweiten Elektrodialysestufe (EDR2) und entweder der Diluatteilstrom (Dl*) oder dem Rohwasserteilstrom (R") wird wiederum im Kreislauf zur zweiten Elektrodialysestufe (EDR2) rückgeleitet und entspricht in seiner Menge dem Strom des Konzentrates (K2). Ein zweiter Teilstrom dieses Gemisches wird als zu entsorgendes Konzentrat aus dem Behälter (T2) abgezogen und mittels eines herkömmlichen -3-

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Entsorgungsverfahrens entsorgt. Dabei kommen die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Tragen, daß die Konzentratmenge mit 0,5 bis max. 1 % der ursprünglichen Rohwassermenge sehr gering ist und auch die Salzfracht bis zu 40 % vermindert wurde, da ein Großteil der entsprechenden Ionen, wie bereits erwähnt, mit dem Diluatstrom (D2) wiederum dem Reinwasser oder mit dem Strom (D'2) dem Rohwasser zugegeben wird.

Bei hoher Nitratkonzentration im Diluatstrom (D2) kann von diesem nämlich ein Teilstrom (D2'> abgezweigt und dem Rohwasser vor der ersten Elektrodialysestufe (EDR1) zugemischt werden. Dadurch wird die dem Diluatstrom (Dl) zugegebene Menge an Nitrationen ebenfalls verringert, sodaß die Nitratkonzentration im Reinwasser unter der vorgeschriebenen Grenze gehalten werden kann. Für die übrigen im Diluatstrom (D2) enthaltenen Ionen ist die Auswirkung nicht so groß, sodaß auch bei dieser Variante, wie auch bei den eingangs beschriebenen Grundausführungen des Verfahrens der Salzgehalt des Rohwassers nicht allzu stark verändert wird, was sich bei Verwendung des Produktwassers als Trinkwasser günstig auf dessen, Qualität und Geschmack auswirkL

Im ungünstigsten Fall kann sogar die gesamte Diluatmenge (D2) dem Rohwasser vor der ersten Elektrodialysestufe (EDR1) beigegeben werden, sodaß deren Nitratentfemungskapazität nochmals genutzt wird.

Beispiel:

Nachfolgend sollen die Ergebnisse einer experimentellen Erprobung mit einem Trinkwasser eines Wasserversorgungsbetriebes angegeben werden. Die angegebenen Werte sind durchschnittliche und gerundete Analysenergebnisse. 1. Konventionelle Nitratentfemung mit Elektrodialyse.

Betriebsparameter: v = 10 cm/s, U = 0,5 V pro Zelle Rohwasser Diluat (Dl) Konzentrat (MD N03 85 (mg/1) 20 670 S04 72 (mg/1) 63 150 CI 26 (mg/1) 12 130 HC03 266 (mg/1) 205 500 Ca 95 (mg/1) 55 450 Mg 33 (mg/1) Leitfähigkeit 26 100 755 (pS/cm) Gesamthärte 510 3350 21 (°dH) 15 90

Die Wasserausbeute betrug dabei ca. 90 %. 2. Erfmdungsgemäßes Verfahren mit nochmaliger Behandlung des Konzentrates der ersten Stufe.

Betriebsparameten v = 10 cm/s, U = 0,7 V pro Zelle Diluat D2 Produktwasser (Dl + D21 Konzentrat N03 (mg/1) 89 26 35000 S04 (mg/I) 100 68 1500 CI (mg/1) 43 15 3000 Ca (mg/1) 350 218 10000 Ma (mg/1) Leitfähigkeit 40 61 10000 (pS/cm) Gesamthärte 900 520 50 (ms/cm) m 26 16,5 1500 (°dH)

Die Wasseiausbeute betrug dabei 99,8 %, was mit den herkömmlichen Verfahren und Anlagen nicht erreicht werden konnte.

Unter Berücksichtigung des Gesamtsalzgehaltes ergibt sich eine Erhöhung davon im Produktwasser um ca. 7 %, was bei einem beispielhaft untersuchten Wasserwerk mit einer Trinkwassermenge von 150 n?/h eine Verringerung der zu entsorgenden Konzentratsalzfracht von 41 Tonnen pro Jahr bedeutet. Um die CaCojAusfällung zu vermeiden, war 25 % weniger Säure erforderlich. -4-

Claims

AT 395 969 B PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Aufbereitung von Wasser oder Abwasser, insbesondere zur Nitratreduzierung, wobei der Hauptstrom des Rohwassers einer Elektroldialyse, vorzugsweise unter Verwendung selektiver Membranen, unterworfen wird, wobei das aus der Dialyse stammende Konzentrat mit einem Teilstrom des Rohwassers gemischt und ein Teil dieser Mischung im Kreislauf zur Dialyse rückgeleitet wird, während der andere Teil einer weiteren Behandlung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der für die weitere Behandlung bestimmte Teil (Ml') der Mischung des Konzentrates (Kl) der ersten Elektrodialyse (EDR1) und des Teilstromes (R') des Rohwassers zumindest einer zweiten Elektrodialyse (EDR2) unterworfen und das Diluat (D2) dieser zweiten Dialyse (EDR2) dem Diluat (Dl) der erste Dialysestufe (EDR1) und/oder dem Rohwasser vor der ersten Dialysestufe (EDR1) beigeben wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise das Konzentrat (K2) der zweiten Elektrodialysestufe (EDR2) mit einem Teilstrom (R") des ersten Teilstromes (R') des Rohwassers gemischt wird, wobei ein Teil (M2) des Gemisches aus Konzentrat (K2) der zweiten Dialyse (EDR2) und des Rohwasser (R") im Kreislauf zur zweiten Elektrodialysestufe (EDR2) rückgeleitet und der andere Teil als Konzentrat einer Entsorgung zugeführt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrat (K2) der zweiten Elektrodialysestufe (EDR2) mit einem Teilstrom (Dl') des Diktates (Dl) der ersten Elektrodialysestufe (EDR1) gemischt und ein Teil (M2) dieses Gemisches aus Konzentrat (K2) der zweiten Dialyse (EDR2) und Diluat (Dl) der ersten Dialyse (EDR1) im Kreislauf zur zweiten Elektrodialysestufe (EDR2) rückgeleitet und der andere Teil als Konzentrat einer Entsorgung zugeführt wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom (D2') des Diluates (D2) der zweiten Elektrodialysestufe (EDR2) dem Rohwasser vor der ersten Elektrodialyse (EDR1) zugemischt und der Rest des Diluates (D2) der zweiten Dialysestufe (EDR2) dem Diluat (Dl) der ersten Dialysestufe (EDR1) beigegeben wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrodialysestufe (EDR2) baulich und/oder steuerungstechnisch in die erste Elektrodialysestufe (EDR1) integriert ist.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Elektrodialysestufe (EDR2) in an sich bekannter Weise selektive Membranen vorgesehen sind. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -5-