AT407243B - Verfahren und vorrichtung zur entfernung von nitrat aus wasser - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung von Nitrat aus Wasser. 



   Endprodukte aller biochemischen Oxidations-Vorgänge in der Natur, an denen Stickstoffver- bindungen beteiligt sind, sind Nitrate Bedingt durch kunstliche Düngung in der Agrarwirtschaft und Einleitung von Abwasser in Oberflachengewässer ist in der jüngeren Vergangenheit der Nitrat- gehalt der Grund- und Oberflächenwasser kontinuierlich angestiegen Immer mehr häufen sich die Falle, dass Richtwerte für zulässige Nitratkonzentrationen im Trinkwasser überschritten werden. Die nachteiligen Einflüsse von Nitraten, insbesondere in humantoxikologischer Hinsicht, haben bereits zu gesetzlichen Massnahmen gefuhrt und die maximal zulässige Nitratkonzentration auf 50 mg NO3/l beschränkt Folglich ist man in der Wasseraufbereitungstechnik um Nitrat-Abbau bemüht. 



   Bekannte Verfahren zur Nitratentfemung aus Wasser sind lonenaustausch, Umkehrosmose, Elektrodialyse oder biologische Verfahren 
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 nenaustauschern, die entweder nach einem Kationenaustauscher in der OH-Form oder alleine in der   Chloridform   eingesetzt werden Im ersten Fall erfolgt eine vollständige Entsalzung, indem der Kationenaustauscher alle Kationen und der Anionenaustauscher alle Anionen aus dem Wasser entfernt Im zweiten Fall erfolgt ein Austausch von Nitrat und evtl anderer Anionen gegen Chlorid. 



   Die Regeneration der Ionenaustauscher erfolgt im ersten Fall mit Natronlauge und im zweiten Fall mit Kochsalzlösung Hierbei ergibt sich ein erheblicher Chemikalienanfall, Abwasseranfall und Abwasseraufsalzung 
Es sind bereits Verfahren bekannt geworden bei denen versucht wurde, die vorgenannten Nachteile durch eine Verbundregeneration mit einem vorgeschalteten Kationenaustauscher zu ver- meiden Hierbei werden sog Zweikammeraustauscherbehälter verwendet, mit stark saurem Katio- nenaustauschermaterial oder einem Gemisch aus stark saurem und schwach saurem Material in der oberen Kammer und stark basischem Material in der unteren Kammer Die Beaufschlagung des Filters erfolgt von oben nach unten, die Regeneration von unten nach oben.

   Diese Verfahren haben folgende Nachteile' 
Zur Vermeidung von Umschichtungen in der Kationenkammer muss ein Stabilisierungs- system eingesetzt werden mit Sperrwasser oder Pressluftbeaufschlagung. 



   Die Waschwassermengen, die benötigt werden, um das System nach der Regeneration säurefrei zu waschen, sind ausserordentlich hoch - Zur Regeneration des Kationenaustauschers ist ein erheblicher Säureüberschuss er- forderlich. 



   Aus GB 2 063 094 A ist ein Verfahren zur Reinigung von Wasser mit niedrigem Salzgehalt, weniger als 10 mg/l bekannt Typische Wässer mit solch niedrigem Salzgehalt sind Kondensate, die von diesem niedrigen Gehalt auf extrem kleine Restkonzentration   abzureinigen   sind Der Ionenaustauscher wird hierbei von dem Rohwasser ausschliesslich im Abstrom durchflossen Das Wasser durchfliesst zuerst eine Schicht Kationenaustauschermaterial, danach eine Schicht Anionenaustauschermaterial und am unteren Teil des Behälters eine weitere Schicht Kationen- austauschermatenal zur   Fetnreinigung   Zur Regenerierung werden diese Austauschermaterialien ausgebaut und in einem separaten Regenerationsbehälter regeneriert,

   danach wieder in den lonenaustauschbehälter zurücktransportiert und eingebaut Allerdings kann der Kationenaus- tauscher nur teilweise wiederverwendet werden 
Nachteilig ist hierbei, dass die Austauschermaterialien aus dem Austauscherbehälter zur Regenerierung ausgebaut werden müssen und keine vollständige Regenerierung moglich ist. 



   Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden, wobei in Betracht gezogen wird, dass neben der Nitratentfernung auch eine Teilenthärtung (Entkarbonisierung) durchgefuhrt wird, wie es in vielen Fällen der Trinkwasseraufbereitung wünschenswert bzw im Bereich der Lebens- mittelindustrie aus technologischen Gründen erforderlich ist 
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Gesamtheit der kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst 
Zweckmässige Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind durch die Merkmale der Unteran- spruche gekennzeichnet 
Durch die erfindungsgemässe Lösung werden die folgenden Vorteile erzielt. 



   - Die Regeneration des Anionenaustauschers erfolgt ohne jeglichen Chemikalienmehrauf- wand : 

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 durch den mehrstufigen Waschprozess mit Rohwasser, das einen Teil der überschüssigen 
Säure verbraucht, ist der Eigenwasserverbrauch des Anionenaustauschers sehr gering und der Ablauf nach der Regeneration absolut frei von Regenenersäure; die Vorbeladung ist durch geringen Eigenwasserbedarf sehr genng die eingesetzte Regeneriersäure wird praktisch vollständig in ihre Kalzium- bzw.

   Magne- siumsalze umgesetzt Dadurch wird ein besserer Regeneriereffekt als bei der Beauf- schlagung nur mit Säure erzielt, ein System zur Fixierung des Harzbettes der Kationenstufe ist bei der Abstromregene- ration nicht erforderlich; der mögliche Restnitratgehalt ist sehr niedrig, da der Anionenaustauscher im Abstrom regeneriert wird und damit keine Umschichtungen im Harzbett während der Regeneration möglich sind 
Die Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung und die Zeichnung näher erläutert 
Es zeigen 
Fig 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Lösung, Betriebsphase 
Fig 2 eine Alternativlösung zu der in Fig 1 vorgeschlagenen Losung ;

     Fig 3 wie Fig. 1, Regenerationsphase und Waschstufe 1   
Fig 4 wie Fig. 1, Waschstufe 2 
Fig 5 wie Fig 2, Waschstufe 2 
Fig 6 wie Fig 1, Waschstufe 3 
Fig 1 zeigt das erfindungsgemässe Verfahren bzw die Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens schematisch dargestellt in der Betriebsphase Das zu reinigende Rohwasser wird uber eine Zuleitung 11 zuerst der Kationenstufe 1 im Aufstrom und anschliessend durch die Ver-   bmdungsleitung   13 der Anionenstufe 4 im Aufstrom zugefuhrt Es erfolgt eine   Entkatiomsierung   des Rohwassers, indem der schwach saure Kationenaustauscher 2 und der stark saure Kationen- austauscher 3, die sich jeweils getrennt in einem Zweikammerbehälter 8 befinden, alle Kationen und der in der Chlondform vorliegende stark basische Anionenaustauscher 5 Nitrat und ggf.

   Sulfat gegen Chlorid austauscht und somit Reinwasser die Anlage über die Ableitung 14 verlässt 
Alternativ kann anstelle des Zweikammerbehälters 8 mit den zwei unterschiedlich starken Kationenaustauscherharzen auch ein nicht abgebildeter Einkammerbehälter mit einem stark sauren Harz zum Kationenaustausch gefüllt sein. 



   Es ist ferner möglich, Nitrat aus Rohwasser in einem Dreikammerbehälter 19 im Aufstrom zu entfernen (Fig. 2) Hierbei kann die Verbindungsleitung 13 zwischen Kationenstufe 1 und Anionen- stufe 4 entfallen Die Reihenfolge der durchzuströmenden Ionenaustauscher entspricht der der getrennten Anordnung nach Fig 1 Je nach Rohwasserzusammensetzung ist es möglich, fur den Anionenaustauscher 5 (Fig. 1 und 2) normale oder   nitratselektive   Austauscherharze zu verwenden. 



   Wird eine Regeneration der eingesetzten Ionenaustauscher notwendig, d. h. Kationenaus- tauscher 2 und 3 und/oder Anionenaustauscher 5 sind über einen vorbestimmten und uberwachten Wert mit Salzen beladen, so erfolgt eine Verbund-Regeneration der Ionenaustauscher 2,3 und 5 und anschliessendes Auswaschen des   Regenenermittels   in mehreren Stufen 
Die Verfahrensweise der Verbundregeneration und der 1 Waschstufe ist aus Fig 3 ersichtlich. 



  Das Regenerierrnittel bzw. die Regeneriersäure wird durch die Zuleitung 15 dem Kationenaus- tauscher 3 und 2 und anschliessend durch Verbindungsleitung 16 dem Anionenaustauscher 5 zugeführt Die Verbund-Regeneration erfolgt in den Ionenaustauschern im Abstrom, wobei in den Kationenaustauschem 3 und 2 eine weitgehende Ausnutzung des Regeneriermittels erfolgt Nach erfolgter Verbundregeneration folgt die 1.

   Waschstufe zum Auswaschen der Regeneriersäure in den Ionenaustauschern Hierbei wird in gleicher Weise wie bei der Regeneration, d h in der gleichen Durchflussrichtung, Rohwasser durch den Kationenaustauscher 3 und 2 und den Anionen- austauscher 5 zum Auswaschen der   Regenenersäure   geführt 
Alternativ ist es möglich, die Verbundregeneration vom Anionenaustauscher 5 zu den Katio- nenaustauschern 3 und 2 hin durchzuführen, wobei wiederum jeweils im Abstrom regeneriert wird 
Bei der, der Waschstufe 1 folgenden, Waschstufe 2 wird   Regenenersäure   nur aus dem Anio- nenaustauscher 5 mittels Rohwasser im Abstrom ausgewaschen (Fig 4) 
Bei Verwendung des alternativen Dreikammerbehälters 19 ist unter dem Düsenboden 9 des Anionenaustauschers 5 ein Entnahmesystem 20 für Waschwasser angebracht, das es ermöglicht,

   

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 die Waschstufe 2 durchzufuhren und das Waschwasser durch die Ableitung 21 abzuführen ent- sprechend Fig 5 
In der letzten, 3., Waschstufe werden Reste der Regeneriersäure aus den Kationenaustau- schem 2 und 3 und Anionenaustauscher 5 in Betnebsnchtung mittels Rohwasser ausgewaschen (Fig 6) Anstelle des Rohwassers kann für die letzte Waschstufe Wasser verwendet werden, das mittels einer Kreislaufpumpe 6 in einem Kreislauf 7 geführt wird 
Die Kationenstufe 1 ist als Zweikammerbehalter 8 mit einem oberen, mittleren und unteren Düsenboden 9 ausgebildet Die beiden Kammern sind im Zustand des grössten Harzvolumens, d h lonenaustauschermatenals zu 100 Volumenprozenten, unten mit schwach saurem Material und oben mit stark saurem Material,

   gefüllt 
Die Anionenstufe 4 ist mit einem unteren und oberen Düsenboden 9 ausgebildet und der sich dazwischen erstreckende zylindrische Teil ist im Zustand des grossten Harzvolumens zu 100 Volu- menprozente mit lonenaustauschermaterial, d h Austauschharz, gefullt. Zur Verbesserung der Wasserverteilung kann der obere Düsenboden 9 in eine Schicht von 100 - 200 mm schwimmen- des, inertes lonenaustauschermaterial eingebettet werden.

Claims (1)

1. Der alternativ eingesetzte Dreikammerbehalter 19 ist mit einem oberen, zwei mittleren und einem unteren Dusenboden 9 ausgebildet. Die jeweiligen Kammern sind im Zustand des grössten Harzvolumens zu 100 Volumenprozenten gefullt und zwar die untere Kammer mit schwach saurem Kationenaustauschermaterial, die mittlere Kammer mit stark saurem Kationenaustauschermaterial und die obere Kammer mit stark basischem Anionenaustauschermaterial Zur Verbesserung der Wasserverteilung können die mittleren und oberen Düsenboden 9 in eine Schicht von 100 - 200 mm schwimmendes, inertes lonenaustauschmatenal eingebettet werden Ein System an Rohrleitungen 7,11, 13 bis 18 und 21 und Ventilen 12 ermöglichen die Durch- fuhrung des erfindungsgemassen Verfahrens PATENTANSPRÜCHE:

   1 Verfahren zur Entfernung von Nitrat aus Wasser, das wiederholt die folgenden Ver- fahrensschritte beinhaltet Leitung des Rohwassers im Aufstrom durch eine Kationenstufe (1) mit zunächst schwach saurem Kationenaustauscher (2) und danach stark saurem Kationenaus- tauscher (3) und anschliessend im Aufstrom durch eine Anionenstufe (4) mit stark basischem Anionenaustauscher (5), Verbundregeneration vom Kationenaustauscher (2,3) zum Anionenaustauscher (5), wobei die Regenerierung anhand von Regeneriermitteln jeweils im Abstrom erfolgt und im Kationenaustauscher (2,3) eine nahezu vollständige Ausnutzung des Regenener- mittels erfolgt, Auswaschen des Regeneriermittels in mehreren Stufen, wobei zunächst das Aus- waschen über Kationenaustauscher (2,3) und Anionenaustauscher (5) in Regenerier- richtung (1.

   Waschstufe), danach über Anionenaustauscher (5) in Regenenerrichtung (2 Waschstufe) und danach über Kationenaustauscher (2, 3) und Anionenaustauscher (5) in Betriebsrichtung (3 Waschstufe) mit Rohwasser erfolgt 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundregeneration vom Anionenaustauscher (5) zum Kationenaustauscher (2, 3) hin erfolgt.

   3 Verfahren nach einem der Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass je nach Rohwasserzusammensetzung normale oder nitratselektive Anionenaustauscher (5) verwendet werden 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für den letzten Waschschritt anstelle von Rohwasser Wasser verwendet wird, das mittels einer Kreislauf- pumpe (6) in einem Kreislauf (7) gefuhrt wird 5 Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohwasser in der Kationenstufe (1) nur durch einen stark sauren Kationenaustauscher 3 geführt wird 6.

   Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit den <Desc/Clms Page number 4> folgenden Merkmalen In Reihe geschaltete Kationen- (1) und Anionenstufe (4), wobei die Kationenstufe (1) aus einem Zweikammerbehalter (8) besteht, der mit einem oberen, mittleren und unteren Düsenboden (9) ausgebildet ist und der Zweikammerbehälter (8) im Zustand des grössten Harzvolumens zu 100 % unten mit schwach saurem und oben mit stark saurem lonen- austauschermatenal gefüllt ist, wobei die Anionenstufe (4) aus einem Filterbehalter (10) besteht, der mit einem oberen und einem unteren Düsenboden (9) ausgebildet ist und der Filterbehälter (10) im Zustand des grössten Harzvolumens zu 100 % mit stark basischem lonenaustauschmaterial gefüllt ist und wobei die Kationen- (1) und Anionenstufe (4) mit einem System an Rohrleitungen (7,11, 13, 14,15, 16,17,

   18) und Ventilen (12) aus- gebildet ist, die die Verfahrensschritte "Betrieb", "Verbundregeneration und Waschen 1", "Waschen 2" und "Waschen 3" ermöglichen.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der in Reihe ge- schalteten Kationen- (1) und Anionenstufe (4) ein Dreikammerbehälter (19) verwendet wird, der mit einem oberen, zwei mittleren und einem unteren Düsenboden (9) ausgebildet ist und der Dreikammerbehälter (19) im Zustand des grössten Harzvolumens zu 100 % unten mit schwach saurem Kationenaustauschermaterial, in der Mitte mit stark saurem Kationenaustauschermaterial und oben mit stark basischem Anionenaustauschermaterial gefüllt ist, wobei unterhalb des Dusenbodens (9) des Anionenaustauschers (5) ein Entnahmesystem (20) und eine Ableitung (21) für Waschwasser angebracht ist, so dass ebenfalls die mehrstufige Wäsche möglich ist.

   8 Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kationenstufe (1) aus einem Einkammerbehälter besteht, der mit einem oberen und unteren Düsenboden (9) ausgebildet ist und der Einkammerbehälter im Zustand des grossten Harzvolumens zu 100 % mit stark saurem lonenaustauschermaterial gefüllt ist HIEZU 3 BLATT ZEICHNUNGEN