AT407390B - Verfahren und vorrichtung zur entfernung von nitrat aus wasser - Google Patents

Description

AT 407 390 B

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

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 Oberflächenwasser 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/I beschränkt. Folglich ist man in der Wasseraufbereitungstechnik um Nitrat-Abbau bemüht.

Bekannte Verfahren zur Nitratentfemung aus Wasser sind lonenaustausch, Umkehrosmose, Elektrodialyse oder biologische Verfahren.

Bei den lonenaustauschverfahren erfolgt die Nitratentfernung mittels stark basischen Anionenaustauschern, 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 vermeiden. Hierbei werden sog. Zweikammeraustauscherbehälter verwendet, mit stark saurem Kationenaustauschermaterial 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 Stabilisierungssystem eingesetzt werden mit Sperrwasser oder Preßluftbeaufschlagung.

Die Waschwassermengen, die benötigt werden um das System nach der Regeneration säurefrei zu waschen, sind außerordentlich hoch.

Das aufbereitete Wasser ist vollständig entkationisiert, enthält also die Anionen als HCl, H2S04 oder HN03. Vor einer weiteren Verwendung muß das Wasser neutralisiert werden unter Einsatz von Kalkprodukten oder durch Rohwasserverschnitt.

Zur Regeneration des Kationenaustauschers ist ein erheblicher Säureüberschuß erforderlich.

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 Restkonzentrationen 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 Kationenaustauschermaterial zur Feinreinigung. Zur Regenerierung werden diese Austauschermaterialien ausgebaut und in einem separaten Regenerationsbehälter regeneriert, danach wieder in den lonenaustauschbehälter zurücktransportiert und eingebaut. Allerdings kann der Kationenaustauscher nur teilweise wiederverwendet werden.

Nachteilig ist hierbei, daß die Austauschermaterialien aus dem Austauscherbehälter zur Regenerierung ausgebaut werden müssen und keine vollständige Regenerierung möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden, wobei in Betracht gezogen wird, daß neben der Nitratentfernung auch eine Teilenthärtung (Entkarbonisierung) durchgeführt wird, wie es in vielen Fällen der Trinkwasseraufbereitung wünschenswert bzw. im Bereich der Lebensmittelindustrie 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 2

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Unteransprüche gekennzeichnet.

Durch die erfindungsgemäße Lösung werden die folgenden Vorteile erzielt: die Regeneration des Anionenaustauschers erfolgt ohne jeglichen Chemikalienmehraufwand; 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 Regeneriersäure; die Vorbeladung ist durch geringen Eigenwasserbedarf sehr gering; die eingesetzte Regeneriersäure wird praktisch vollständig in ihre Kalzium- bzw. Magnesiumsalze umgesetzt. Dadurch wird ein besserer Regeneriereffekt als bei der Beaufschlagung nur mit Säure erzielt; ein System zur Fixierung des Harzbettes der Kationenstufe ist bei der Abstromregeneration nicht erforderlich; das aufbereitete Wasser ist entkarbonisiert und absolut frei von Mineralsäuren, da keine stark sauren Kationenaustauscher verwendet werden; der mögliche Restnitratgehalt ist sehr niedrig, da der An Ionenaustauscher 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 wie Fig. 1, Regenerationsphase und Waschstufe 1

Fig. 3 wie Fig. 1, Waschstufe 2

Fig. 4 wie Fig. 1, Waschstufe 3

Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens schematisch dargestellt in der Betriebsphase. Das zu reinigende Rohwasser wird über eine Zuleitung 8 zuerst der Kationenstufe 1 im Abstrom und anschließend durch die Verbindungsleitung 14 der Anionenstufe 3 im Aufstrom zugeführt. Es erfolgt eine Entkarbonisierung des Rohwassers, indem der in der H-Form vorliegende schwach saure Kationenaustauscher 2 die der Konzentration an Hydrogenkarbonat entsprechende Menge an Kalzium und Magnesium entfernt, und der in der Chloridform vorliegende stark basische Anionenaustauscher 4 Nitrat und ggf. Sulfat in Chlorid austauscht und somit Reinwasser die Anlage über die Ableitung 15 verläßt. Es besteht die Möglichkeit, das Rohwasser vor Eintritt in die Anionenstufe 3 einem C02-Riesel-entgaser 12 zuzuführen und diese zusätzliche Behandlung mittels einer Rieselerpumpe 13 zu bewerkstelligen. Es besteht ferner die Möglichkeit, je nach Rohwasserzusammensetzung normale oder nitratselektive Anionenaustauscher 4 zu verwenden. Wird eine Regeneration der eingesetzten Ionenaustauscher notwendig, d. h. Kationenaustauscher 2 und/oder Anionenaustauscher 4 sind über einen vorbestimmten und überwachten Wert mit Salzen beladen, so erfolgt eine Verbund-Regeneration der Ionenaustauscher 2 und 4 und anschließendes Auswaschen des Regeneriermittels in mehreren Stufen.

Die Verfahrensweise der Verbundregeneration und der 1. Waschstufe ist aus Fig. 2 ersichtlich. Das Regeneriermittel bzw. die Regeneriersäure wird durch die Zuleitung 19 dem Kationenaustauscher 2 und anschließend durch Verbindungsleitung 16 dem An Ionenaustauscher 4 zugeführt. Die Verbund-Regeneration erfolgt in beiden Ionenaustauschern im Abstrom, wobei im Kationenaustauscher 2 die Säurekomponente und im Anionenaustauscher 4 die Anionenkomponente des Regeneriermittels genutzt wird. Das bevorzugte Regeneriermittel ist Salzsäure. 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 anstelle der Regeneriersäure durch den Kationenaustauscher 2 und den Anionenaustauscher 4 zum Auswaschen der Regeneriersäure geführt.

Alternativ ist es möglich, die Verbundregeneration vom Anionenaustauscher 4 zum Kationenaustauscher 2 hin durchzuführen, wobei wiederum jeweils im Abstrom regeneriert wird.

Bei der, der Waschstufe 1 folgenden, Waschstufe 2 wird Regeneriersäure nur aus dem Anionenaustauscher 4 mittels Rohwasser im Abstrom ausgewaschen (Fig.3).

In der letzten 3. Waschstufe werden Reste der Regeneriersäure aus Kationenaustauscher 2 3

Claims (6)

1. AT 407 390 B und Anionenaustauscher 4 in Betriebsrichtung mittels Rohwasser ausgewaschen (Fig.4). Anstelle des Rohwassers kann für die letzte Waschstufe Wasser verwendet werden, das mittels einer Kreislaufpumpe 10 in einem Kreislauf 11 geführt wird. Bei Verwendung des C02-Rieselentgasers 12 kann die Rieselerpumpe 13 als Waschpumpe eingesetzt werden. Die Kationenstufe 1 ist mit einem unteren Düsenboden 6 ausgebildet und der zylindrische Teil der Kationenstufe 1 ist zu 50 - 70 Volumenprozenten mit lonenaustauschermaterial gefüllt. Die Anionenstufe 3 ist mit einem unteren und oberen Düsenboden 6 ausgebildet und der sich dazwischen erstreckende zylindrische Teil ist im Zustand des größten Harzvolumens zu 100 Volumenprozente mit lonenaustauschermaterial, d.h. Austauschharz, gefüllt. Zur Verbesserung der Wasserverteilung kann der obere Düsenboden 6 in eine Schicht von 100 - 200 mm schwimmendes, inertes lonenaustauschermaterial eingebettet werden. Ein System an Rohrleitungen 8, 14, 15, 19, 16, 17, 18, 11 und Ventile 9 ermöglichen die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Entfernung von Nitrat aus Wasser, das wiederholt die folgenden Verfahrensschritte beinhaltet: - Leitung des Rohwassers im Abstrom durch eine Kationenstufe (1) mit schwach saurem Kationenaustauscher (2) und anschließend im Aufstrom durch eine von der Kationenstufe (1) getrennte Anionenstufe (3) mit stark basischem Anionenaustauscher (4); - Verbundregeneration vom Kationenaustauscher (2) zum Anionenaustauscher (4), wobei der Kationenaustauscher (2) und der An Ionenaustauscher (4) anhand von Regeneriermitteln im Abstrom regeneriert wird und eine vollständige Ausnutzung des Regeneriermittels im Kationenaustauscher (2) erfolgt; - Auswaschen des Regeneriermittels in mehreren Stufen, wobei zunächst das Auswaschen über Kationenaustauscher (2) und Anionenaustauscher (4) in Regenerierrichtung (1. Waschstufe), danach über Anionenaustauscher (4) in Regenerierrichtung (2. Waschstufe) und danach über Kationenaustauscher (2) und Anionenaustauscher (4) in Betriebsrichtung (3. Waschstufe) mit Rohwasser erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundregeneration vom Anionenaustauscher (4) zum Kationenaustauscher (2) hin erfolgt.
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Rohwasserzusammensetzung normale oder nitratselektive An Ionenaustauscher (4) verwendet werden.
4. 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 Kreislaufpumpe (10) in einem Kreislauf (11) geführt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kationenstufe (1) und Anionenstufe (3) ein C02-Rieselentgaser (12) geschaltet wird und die Rieselerpumpe (13) für die im Kreislauf (11) vorgenommene Wäsche als Kreislaufpumpe verwendet wird.
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit den folgenden Merkmalen: In Reihe geschaltete Kationen- (1) und Anionenstufe (3), wobei als Kationenstufe (1) ein Filterbehälter (5) mit unterem Düsenboden (6) verwendet wird, wobei der Filterbehälter (5) zu 50 - 70 % mit schwach saurem Kationenaustauschmaterial gefüllt ist, wobei als Anionenstufe (3) ein Filterbehälter (7) mit einem oberen und einem unteren Düsenboden (6) verwendet wird, wobei der Filterbehälter (7) im Zustand des größten Harzvolumens zu 100 % mit stark basischem Anionenaustauschmaterial gefüllt ist und wobei die Kationen-(1) und Anionenstufe (3) mit einem System an Rohrleitungen (8, 11, 14, 15, 16,17, 18, 19) und Ventilen (9) ausgebildet ist, die die Verfahrensschritte "Betrieb", "Verbundregeneration und Waschen 1", 'Waschen 2" und Waschen3" ermöglichen. 4 AT 407 390 B HIEZU 2 BLATT ZEICHNUNGEN 5