AT524488B1

AT524488B1 - System und Verfahren zum Entfernen von Nitrat und anderen Verunreinigungen

Info

Publication number: AT524488B1
Application number: ATA50995/2021A
Authority: AT
Inventors: Gábor Pálfy Ddipl -Ing Dr Tamás
Original assignee: Tamas Gabor Palfy Ddipl Ing Dr
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2024-03-15
Also published as: AT524488A3; AT524488A2

Abstract

Sanierungssystem zur Verbesserung der Elimination von Nitrat und anderen Verunreinigungen in verschmutztem Wasser. Offenbart sind nachfüllbare Sanierungssäulen (1), die biologisch abbaubaren Schüttmaterialien (6) verwenden, um die Denitrifikation in Gewässern mit niedrigem organischem Kohlenstoffgehalt zu verbessern. Die Sanierungssäulen (1) werden in das verschmutzte Wasser installiert. Sie bieten vertikale Oberflächen ähnlich in Qualität zu Bodensedimenten, geeignet und optimiert für anoxisches mikrobielles Aktivität. Organische Materialien, insbesondere schnell biologisch abbaubare Schüttmaterialien (6) wie Pappe und Stroh, werden vom Sanierungssystem akzeptiert. Die Nachfüllungen erfolgen, ohne die Vegetation zu schneiden oder den Wasserstand zu verändern. Das System ermöglicht die einfache Rückgewinnung gebrauchter Materialien für die Kreislaufwirtschaft. Eine Variante des Systems beinhaltet auch ein Anoden-/Kathodenpaar (25) zur Verbesserung der mikrobiellen Funktionen. Die Anwendung ist die Behandlung von nitratreichem und organischem Kohlenstoffarmem Wasser, insbesondere 1) Kläranlagenabfluss zur zusätzlichen Behandlung, 2) landwirtschaftliche Verschmutzung, 3) Regenwasser und 4) natürliches Wasser. Das Gerät ist ideal für Freiwasserpflanzenkläranlagen.

Description

Beschreibung

SYSTEM UND VERFAHREN ZUM ENTFERNEN VON NITRAT UND ANDEREN VERUNREINIGUNGEN

[0001] Die Erfindung betrifft eine ökotechnologische System und Verfahren zur Behandlung von Nitrat in verunreinigtes Oberflächenwasser. Die verwendeten Behandlungsprozesse der System und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden in nitratreichen, offenen Gewässern verwendet, die arm an organischen Kohlenstoff sind; beispielsweise zur weiteren Reinigung von behandeltem Abwasser aus Kläranlagen, zur Behandlung von landwirtschaftlichen Gewässern, und zur Reinigung von Regenwasser und natürlichen Oberflächengewässern wie Bächen, Flüssen oder Seen.

[0002] Wässer mit niedrigem Gehalt an organischem Kohlenstoff sind häufige Quellen für die Verschmutzung natürlicher Gewässer, da niedrige Konzentrationen von organischem Kohlenstoff die Nitratentfernung einschränken können. Mehrere Autoren, wie G. Dotro in "Treatment Wetlands", IWA Biological Wastewater Treatment Series Vol. 7 (IWA Publishing, London, S. 111-121, 2017) und Pälfy et al., "Filling hydraulics and nitrogen dynamics in constructed wetlands treating combined sewer overflows" (EcolEng 101: 137- 144.) schreibt über die Prozesse, die in solchen verschmutzten Gewässern ablaufen. Nitrate, Phosphate und Mikroverunreinigungen können weiterhin mit gereinigtem kommunalem Abwasser in die Vorfluter eingeleitet werden. Landwirtschaftliche Wässer tragen Nährstoffe und Pestizidrückstände aus landwirtschaftlichen Flächen. Regenwasser kann insbesondere in städtischen Gebieten Kraftstoffe, Fette und Mikroverunreinigungen enthalten. Die Uberläufe der Mischkanäle beim Regen können in speziellen Pflanzenkläranlagen gereinigt werden, deren organisch kohlenstoffarmes und gereinigtes Wässer kann jedoch hohe Nitratkonzentrationen enthalten. Das heißt, solche Pflanzenkläranlagen nicht denitrifizierend wirken. Darüber hinaus können mit Nitrat und/oder Phosphat belastete Bäche, Flüsse und Seen als organisch kohlenstoffarm eingestuft werden. Um die Qualität natürlicher Gewässer weiter zu verbessern, müssen die Akteure der Wasserwirtschaft neue Technologien entwickeln, mit denen punktuelle und nicht punktuelle (also diffuse) Verschmutzungen mit oder ohne vorhandener Infrastruktur kostengünstig behandelt werden können.

[0003] Wässer mit geringem organischem Kohlenstoffgehalt können mit Pflanzenkläranlagen (im Folgenden PKs) behandelt werden. In seinem 2007 erschienenen Artikel „Removal of nutrients in various types of constructed wetlands“ (Science of The Total Environment 380 (1-3): 48-65) identifizierte Jan Vymazal PKs als künstlich geschaffene Ökosysteme, in denen zu mikrobielle Aktivität, Pflanzen und poröse Materialien verbindbare natürliche Reinigungsprozesse optimiert werden. Für effiziente Reinigung und niedrige Kosten wurden in der wissenschaftlichen Gemeinschaft unterschiedliche PK-Typen entwickelt. Laut dem Artikel „The taxonomy of treatment wetlands: A proposed classification and nomenclature system“ (Ecological Engineering, Band 51, Februar 2013, Seiten 203-211) von Fonder und Headley sind PKs eine diversifizierte Gruppe von Technologien. Gemeinsam ist ihnen, dass sie verschmutztes Wasser mit geringer oder keiner Energieaufnahme behandeln. Alle zuvor aufgeführten Gewässer können mit ihnen gereinigt werden.

[0004] Pflanzenkläranlagen (PKs) zur Nitratbehandlung haben anoxische Zonen und eine eigene Quelle für organischen Kohlenstoff. Sie können in zwei Hauptgruppen unterteilt werden: Freiwasserpflanzenkläranlagen (FW-PKs) und Holzschnitzelpflanzenkläranlagen (HS-PKs). Die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist ausschließlich mit FW-PKs verknüpfbar, so dass nachfolgend mehr Gewicht auf ihre Beschreibung gelegt wird. Freiwasserpflanzenkläranlagen (FW-PKs) können natürliche oder gebaute Feuchtgebiete sein. Sie sind im Wesentlichen oberflächenfließend und einige Millimeter unter ihren Sedimenten bilden sich anoxische Zonen, in denen Nitrationen durch langsame Bewegung des Wassers - Mikroströmungen - und Diffusion transportiert werden und so die anoxischen Zonen erreichen. FW-PKs ermöglichen so die Denitrifikation, die Entfernung von Nitrat. Das Wasser ist aerob, deswegen verwenden die Bakterien im Sediment zuerst Sauerstoff als Elektronenakzeptor und dann Nitrat (Mitsch und Gosselink:

"Wetlands", Wiley & Sons, New Jersey, S. 173-177, 2008). Laut der 4. Auflage des Buches nimmt das Redoxpotential unterhalb der Sedimentoberfläche schnell ab. Tote Teile von Wasserorganismen und Wurzelsekrete sind eine Quelle für organischen Kohlenstoff. Die Nitratentfernungsrate hängt viel mehr von der Oberfläche in Kontakt mit dem Wasser als von der Wassermenge in der Pflanzenkläranlage ab. Die Holzschnitzelpflanzenkläranlage (HS-PK) ist das andere Typ von Pflanzenkläranlagen (PKs), das effektiv zur Entfernung von Nitrat verwendet werden kann. Sie werden auch kohlenstoffhaltige Bioreaktoren genannt. Die Holzschnitzelpflanzenkläranlage (HSPK) sind eine spezielle Ausführung des horizontal durchströmte Untergrundpflanzenkläranlage, bei denen Wasser in einem porösen Medium aus Holzhackschnitzel fließt. Der auf dem ASABETreffen von Partheeban et Trooien vorgestellte „A Review of the factors controlling the performance of denitrifying bioreactors“ (Brookings, 2014) zeigt, dass ein organisches poröses Medium seine organische Substanz verliert und über Jahre hinweg ein anoxisches Medium und organischen Kohlenstoff sichert. Nitrationen bewegen sich mit der Strömung unter die Oberfläche. In der Praxis werden HS-PKs mit Holzhackschnitzel gebaut, einem stabilen und widerstandsfähigen Material, wodurch die strukturelle Stabilität des porösen Schüttgutes ist vorgehanden, und dadurch ein Verstopfen des Mediums und einen Schadstoffaustausch ist vermeidet, also Nitrat entfernt wird; jedoch nicht zu viel organisches kohlenstoff sich auflöst und die Pflanzenkläranlage verlässt.

[0005] Freiwasserpflanzenkläranlagen (FW-PKs) entfernen auch einen Teil des Phosphors.

[0006] Die im Jahr 2020 veröffentlichte "Modular Wetlands-MWS Linear" Brochure beschreibt ein Wasserreinigungsgerät mit modularen Elementen, bei dem die Reinigungsmodule in einem künstlichen Regenwassersammeltank platziert werden, der unter der Erdoberfläche gebildet wird. Diese Module mit wasserdurchlässiger Außenwand können auf ein Innenrohr aufgeschoben werden, so dass die Module fixiert sind und im Betrieb nicht ausgetauscht werden können. Die Module dienen die Vorfiltration von kontaminiertem Wasser mit der BioMediaGreen TM-Mischung, wobei die Module kein schnell abbauendes biologisches Material enthalten. Die vorliegende L6sung kann zur Vorbehandlung von geschlossenem Schmutzwasser eingesetzt werden, ist jedoch aufgrund der Anordnung der Gerätemodule und des verwendeten Filtermaterials nicht für die Denitrifikation von offenem Schmutzwasser geeignet. Obwohl die Module verschiebbar eingebaut sind, werden sie in einem unterirdischen Tank eingebaut, sodass sie nicht ausgetauscht werden können, ohne den Betrieb der Geräte zu stören und den Innenraum zu reinigen.

[0007] US-Patent Nr. 8,287,728. (Kania et al.) beschreibt eine Vorrichtung von beträchtlicher Größe in vertikaler Richtung. Das Gerät kann in Entwässerungsgraben oder in einem kleinen Wasserlauf installiert werden, sodass Wasser gezwungen wird, hindurchzufließen. Das Äußere der Vorrichtung ist eine wasserdurchlässige, weiche, dicke (dh 0,5 bis 6 Zoll dicker, vorzugsweise offenzelliger Polyurethanschaum) komprimierbare Wand, die es der Vorrichtung ermöglicht, die Form eines Flussbettes anzunehmen, so dass Wasser nicht unter oder neben der Vorrichtung fließen kann. Obwohl das Außengehäuse des Geräts eine Ausrichtung des Geräts auf den Flussbettes ermöglicht, weist es eine Dicke und aufgrund seiner Komprimierbarkeit mäanderförmige Öffnungen auf, die die Diffusion von Verunreinigungen aus dem Wasser in das Gerät erheblich verlangsamen würden, wenn dies vorhanden wäre kein Durchfluss. Das heißt, es kann nur effektiv arbeiten, wenn Wasser durch es fließt. Das Innere des Gerätes, das als Füllstoff PET-Fasern enthält, filtert Schwebstoffe aus dem Wasser und dient als Wachstumsfläche für Bakterien. Die Vorrichtung umfasst ferner zylindrische Hohlräume, die sich vertikal in den Körper der Vorrichtung erstrecken. Die im Patent beschriebene Vorrichtung realisiert die Filtration von Verunreinigungen mit biologisch nicht abbaubaren Schüttgütern, die bei Verwendung durch Zersetzung der Filterpatrone leicht verstopfen können. Darüber hinaus passt sich die Anordnung der Geräte konstruktionsbedingt der Form des Beckenbodens an, so dass es keine Anschlussstelle oder Rahmen gibt, die einen häufigen und einfachen Austausch während des Betriebs ermöglichen würden (z. B. alle sechs oder zehn Monate).

[0008] Die Übersichtsartikel von Suhad A. A. A. N. Almuktar et al. aus dem Jahr 2018, Environmental Science and Pollution Research 25: 23595-23623, beschreibt Pflanzenkläranlagen zur Behandlung von Abwasser. Der Artikel erwähnt lediglich ein im Pilotmaßstab angelegtes Feucht-

gebiet, seine Parameter werden jedoch falsch zitiert. Die Referenz im Artikel (Mustafa A. (2013) Constructed wetland for Abwasserbehandlung und Wiederverwendung: eine Fallstudie eines Entwicklungslandes. Int J Environ Sci Dev 4: 20-24) zeigt, dass dieses Becken 6 m lang und 1,5 m breit ist und 60 cm tiefes, mit 30 cm dickes Sediment und 30 cm hohes Wasser, und enthält keine zusätzlichen Elemente wie säulenförmige Strukturelemente. Der Einsatz solcher Stoffe in offenen Wasseraufbereitungsanlagen wird jedoch nicht beschrieben. Es wird erwähnt, dass nach einigen Studien die Verwendung von Mulch und Reisflocken die Stickstoffentfernung verbessert, sie beschreiben jedoch keine spezifischen praktischen Anwendungen und Geräte, in denen eine solche Ladung verwendet werden würde. Es wird auch erwähnt, dass diese Ergebnisse anderen Studien widersprechen. Diese Veröffentlichung bietet keine Anleitung oder keinen Vorschlag für die Gestaltung des Gleitstangen-Reinigungsvorrichtung und -verfahrens des vorliegenden Patents.

[0009] Obwohl Freiwasserpflanzenkläranlagen (FW-PKs) und Holzschnitzelpflanzenkläranlagen (HS-PK) alle nützlich sind, um nitratreiches und organisches kohlenstoffarmes Wasser zu behandeln, haben beide eine Reihe von Nachteilen. Bei HS-PKs muss sich das Ökosystem nach dem Wechsel des Mediums, typischerweise Holzhackschnitzel, regenerieren. Bei FW-PKs kann man nicht wirklich von Tausch sprechen. Wenn das Gebiet in diesem Fall nicht mehr effizient genug funktioniert, wird es normalerweise gepflügt und ein neues FW-PK errichtet, das möglicherweise die Ausbaggerung das bestehende FW-PK heißt. Zudem wird der Flächenbedarf von FW-PKs aufgrund der geringen Denitrifikationsrate als relativ hoch eingeschätzt. Das Wasser muss auch seicht sein, um eine effektive Reinigung zu gewährleisten. Die Ubergangsflächen des Wassersediments (d. h. die anoxischen Zonen) sollten sich in der Nähe aller Bereiche des Gewässers befinden. Eine ungünstige Folge davon ist, dass die gespeicherbare Wassermenge reduziert ist. Als Folge davon ist bekannt, dass die Reinigungseffizienz abnimmt, wenn eine große Wassermenge plötzlich in eine Freiwasserpflanzenkläranlage eintritt. Grund für die reduzierte Reinigungsleistung ist die Verkürzung der nominalen hydraulischen Verweilzeit. Die oben genannten Fälle können beispielsweise bei der Anlieferung von landwirtschaftlichem Wasser bei Regenwetter und in der Hydraulik der Wasserentnahme von Sequencing-Batch-Reaktor-Verfahren (SBR) auftreten. Auch Holzschnitzelpflanzenkläranlagen (HS-PK) haben Nachteile. Healey et al. in ihrer in 2012 erschienenen Arbeit "Nitratentfernungsrate, Effizienz und Verschmutzungsaustauschpotential verschiedener organischer Kohlenstoffmedien in labordenitrifying bioreactors" (Ecol Eng 40: 198-209) werden darauf hingewiesen, dass gelöster organischer Kohlenstoff und Ammonium aus HS-PKs austreten können, wenn die hydraulische Belastung und / oder eingehende Nitratkonzentration ist niedrig. Es ist schwierig, ein Gleichgewicht zwischen einer guten Nitratentfernungseffizienz und einem Schadstoffaustausch zu finden. Ein zusätzlicher Nachteil besteht darin, dass das poröse Medium die plötzlichen Zuflüsse von hohen Wasserströmen in einer unterirdischen Strömung nicht aufnehmen kann.

[0010] Es ist bekannt, dass biologisch schnell abbaubare Materialien wie Pappe oder Heu die Nitratentfernung begünstigen. Diese Substanzen zeigen aufgrund der schnellen Freisetzung von organischem Kohlenstoff eine hervorragende Nitratentfernung. Healey et al. in der oben markierten Artikel aus dem Jahr 2012 haben diese Materialien bereits experimentell getestet und festgestellt, dass die Leistung von Stroh und Pappe im Vergleich zu Holzspänen höcher ist. Neben geringen Kosten für Kartonabfälle und Stroh könnten praktische Anwendungen von Vorteil sein. Vergeblich können diese Materialien die Langlebigkeit eines HS-PK nicht garantieren und die im vorigen Absatz aufgeführten Nachteile werden durch den schnellen Abbau nur noch verstärkt. Eine zweite und allgemeinere Einschränkung für organische Füllstoffe, insbesondere solche, die sich schnell abbauen, tritt in Situationen auf, in denen physikalische Filtration verwendet wird. Basierend auf einem zuvor veröffentlichten Artikel von Partheeban et Trooien aus dem Jahr 2014 kann gesagt werden, dass organische Füllstoffe bekanntermaßen ihre Masse und / oder ihr Volumen während Zersetzungsprozessen ändern. Diese Veränderungen können zu Verstopfungen und/oder zum freien Aufschwimmen von weniger Material im Wasser führen, wobei das Verstopfen offensichtlich ungünstig ist, während das freie Aufschwimmen nachteilig ist, da es den Weg für einen freien Fluss in Bodennähe öffnet. Strukturelle Veränderungen machen diese Materialien in Filtrations- (Durchfluss-)7Anwendungen oder wo das Material als Prallfläche und/oder Führung dient unerwünscht, einschließlich alle Anwendungen in den aufgeführten Patenten. Die Haupt-

vorteile von FW-PKs sind ihre Einfachheit: Sie enthalten keine technologischen Elemente wie Belüftung, Chemikaliendosierung, Rückkopplung und Intensivreaktoren, haben jedoch den Nachteil eines hohen Platzbedarfs. Um den Platzbedarf zu reduzieren, wird sie auch als Stufe nach Holzschnitzelpflanzenkläranlagen verwendet, wie im Stand der Technik bekannt, jedoch geht bei dieser Lösung der Vorteil der Einfachheit verloren. Unterirdische Systeme sind von Natur aus komplexere Konstruktionen, und zwischen den Reinigungsstufen müssen Bauelemente geschaffen werden. Somit besteht ein Bedarf an einer Lösung, die die Effizienz der Nitratentfernung aus FW-PKs erhöht, während die Einfachheit des Systems beibehalten wird.

[0011] Die Vorrichtung ermöglicht den Einsatz organischer Materialien in aeroben Gewässern wie Sümpfen, Flüssen, Freiwasserpflanzenkläranlagen oder Wassergraben, vorzugsweise in langsam fließenden oder nicht fließenden Gewässern, als ein System. Das vorliegende Vorrichtung und Verfahren verbessert die Reinigung von Verunreinigungen aus organischen kohlenstoffarmen Wässern, insbesondere die Entfernung von Nitrat, die Entfernung von Phosphor und die Entfernung von Mikroverunreinigungen. Die Vorrichtung ermöglicht auch den Einsatz instabiler organischer Materialien und ermöglicht aufgrund seiner Konstruktion den häufigen Austausch mindestens eines Sanierungsmoduls. Das System wird ohne Unterbrechung der Wasseraufbereitung installiert und nachgefüllt und kann auch dort installiert werden, wo eine Wasserstandskontrolle nicht möglich ist. Die Menge der eingebrachten organischen Substanz, dh des biologisch abbaubaren Schüttgutes, lässt sich leicht steuern und die Anzahl und Dichte der mindestens einen Sanierungsmodulsäulen sowie die Anzahl der mindestens einen Sanierungsmodule können an die Kontamination der offenes Wasser angepasst werden.

[0012] Das erfindungsgemäße System ist typischerweise

- mindestens eine modulare Sanierungsmodulsäule mit einem Außendurchmesser zwischen 20 und 60 cm, deren Höhe an die maximale Wassertiefe am zu erwartenden Aufstellungsort angepasst ist, typischerweise zwischen 35 und 120 cm.

- die mindestens eine Sanierungsmodulsäule hat einen modularen Aufbau mit einer wesentlichen vertikal Gleitstange in der Mitte, wobei die Gleitstange aus einem widerstandsfähigen und behandelten Holz besteht, um mehreren Jahren in einer wässrigen Umgebung standzuhalten.

- das obere Ende der Gleitstange befindet sich über dem Wasser und vorzugsweise reicht über die Vegetation, damit die Gleitstange vom Ufer aus gut sichtbar und zugänglich ist;

- die Gleitstange ist fest in den Sedimenten eingebaut und kann, wenn diese durch eine Geomembran verhindert wird, anders stabilisiert und auch am Beckenboden befestigt werden;

- die mindestens eine modulare Sanierungsmodulsäule umfasst ferner mindestens ein Sanierungsmodul, das um die Gleitstange herum angeordnet wird, indem sie sich absenkt und entlang der Gleitstange gleitet und aufgrund seines Eigengewichts auf den Grund des Wassers absinkt. Unter modularem Aufbau oder Modul versteht man eine austauschbare Einheit, die eine separate Komponente des Systems ist, so dass sie als separates Konstruktionselement installiert und bei Bedarf entfernt werden kann, sie kann unabhängig von den anderen Konstruktionselementen des Systems ausgetauscht werden.

- die Sanierungsmodule werden mit einem starren oder verstärkten Rahmen konstruiert, d. h. einem Gleitmodulrahmen, der idealerweise ein in der Mitte der Module platziertes Gleitrohr ist. Dieser Gleitmodulrahmen gleitet frei auf der Gleitstange und ist idealerweise ein Formbetonrohr für auf Wasser schwimmende biologisch abbaubare Schüttgüter, während ein Rohr aus Industriekunststoff für biologisch abbaubare Materialien die durch ihr Eigengewicht senken;

- das mindestens eine Sanierungsmodul kommuniziert mit dem Wasser durch seine äußere durchlässige Oberfläche, die ein wiederverschließbarer Beutel aus Raschelnetz, ein Rohroder Kunststoffgeflecht oder ein Beutel aus hervorstehender Polymilchsäure (PLA) ist, um das Material an Ort und Stelle zu halten, und lonen in den Beutel eintreten lassen ohne Tortuosität, dh durch nicht gewundene Öffnungen, in denen der Beutel und/oder das Geflecht weniger als 0,5 Zoll dick ist und das Material nicht oder nur schwer zu komprimieren ist;

- das mindestens eine Sanierungsmodul ein biologisch abbaubares Schüttgut umfasst, das auch ein in der Umwelt schnell biologisch abbaubares Material sein kann. Für schnell abbau-

bares biologisches Material gelten die Anforderungen des Abschnitts 4.1.2.9.5 der Verordnung (EG) Nr. 1272/2008. Schnell biologisch abbaubares Material ist dadurch ein von dem Fachmann bekannter Begriff und wird hier nicht im Detail beschrieben;

- der Raschel-Netz- oder perforierte PLA-Beutel wird in der Mitte durchgelocht und um den Gleitmodulrahmen befestigt, und das biologisch abbaubare Material wird ebenfalls gefüllt. Das Befestigungsverfahren besteht vorzugsweise darin, den Beton mit den Netz in einen Betonrohrform zu gießen. Das Netz hat ein Maul, das durch Ziehen an einer Schnur geschlossen werden kann, ähnlich wie beim Schließen einer Kapuze.

- das mindestens eine Sanierungsmodul eine maximale Breite bzw. einen maximalen Durchmesser von vorzugsweise 20 bis 50 cm, eine Höhe von 10 bis 40 cm und ein Nassgewicht von weniger als 30 kg aufweist.

- mehrere modulare Sanierungsmodulsäulen mit mehreren Sanierungsmodulen können in einer Freiwasserpflanzenkläranlagen oder Sumpf installiert werden;

- das mindestens eine Sanierungsmodul hat eine Schnellkupplung und kann einzeln von einem Kran vom Ufer der FW-PK oder Sumpfes angehoben und ausgetauscht werden, ohne das Ökosystem zu beschädigen oder die Wasserbehandlung zu unterbrechen.

[0013] Die vorliegende Erfindung stellt ein Sanierungssystem und -verfahren zum Denitrifizierung von verunreinigtem offenem Wasser mit mindestens einer modularen Sanierungsmodulsäule zur Verbesserung der natürlichen Nitratentfernung des verunreinigten Wassers bereit, so dass seine Anordnung im offenen Wasser und die aufgebrachte Wasserdurchlässigkeitsabdeckung weniger als 0,5 Zoll Dicke beträgt und der Verwendung eines biologisch abbaubaren Materials ermöglicht es die Diffusion von Nitrat in anoxische Zonen und denitrifiziert so effektiv kontaminiertes offenes Wasser.

[0014] Die Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch die Implementierung eines Sanierungssystems zur Denitrifikation von kontaminierten offenen Gewässern gelöst. Das System beinhaltet mindestens eine modulare Sanierungsmodulsäule, die mindestens ein Sanierungsmodul umfasst, das einen Gleitmodulrahmen, eine wasserdurchlässige Abdeckung und ein biologisch abbaubares Schüttmaterial umfasst, und die mindestens eine Sanierungsmodulsäule ist dazu konfiguriert, eine im Wesentlichen vertikale Gleitstange zu beinhalten. wobei das mindestens eine Sanierungsmodul lässt sich auf die Gleitstange durch den Gleitmodulrahmen geschoben werden; oder (und/oder) die Gleitmodulrahmen des Sanierungsmoduls sind so angeordnet, dass sie ineinander gleitet sind, wobei die mindestens eine modulare Sanierungsmodulsäule von kontaminiertem offenem Wasser umgeben ist, das im Wesentlichen nicht fließt oder nur langsam genug um eine anoxische Zone unter dem wasserdurchlässige Abdeckung etablieren lassen. Die wasserdurchlässige Abdeckung ist weniger als 0,5 Zoll dick, damit Nitrat im kontaminierten offenen Wasser in die anoxische Zone diffundieren kann, und das mindestens eine Sanierungsmodul kann auf die Gleitstange geschoben und von diesem entfernt werden, ohne das System abzuschalten.

[0015] Vorzugsweise ist das biologisch abbaubare Schüttgut ein schnell abbaubares biologisches Material.

[0016] Vorzugsweise schwimmt das biologisch abbaubare Schüttgut im Wasser.

[0017] Der Gleitmodulrahmen ist vorzugsweise ein die Gleitstange umgebendes Gileitrohr. [0018] Vorzugsweise ist die wasserdurchlässige Abdeckung wiederverschließbar.

[0019] Der Gleitmodulrahmen weist vorzugsweise eine Schnellkupplung auf.

[0020] Vorzugsweise umfasst das System auch ein Anoden-Kathoden-Paar, wobei sich die Anode in unmittelbarer Nähe zu Mikroorganismen befindet, die in dem biologisch abbaubaren Schüttgut leben, und die Kathode zusätzlich zu dem biologisch abbaubaren Schüttgut mit einer im Wesentlichen aeroben Umgebung verbunden ist.

[0021] Vorzugsweise ist das System im Wesentlichen ein künstliches Feuchtgebiet oder darin installiert.

[0022] Vorzugsweise umfasst das System auch eine unter dem biologisch abbaubaren Schüttgut angeordnete manuelle Reinigungsplatte und einen an der Reinigungsplatte angebrachten HebenAufsatz, der sich über die Oberfläche des biologisch abbaubaren Schüttguts erstreckt.

[0023] Das System umfasst vorzugsweise einen Vegetationsschild, der an der mindestens einen modularen Sanierungsmodulsäule befestigt ist.

[0024] Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden weiterhin gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens zum Denitrifizieren von offenen Gewässern unter Verwendung eines Aufbereitungssystems für offenes Wasser, wobei das Verfahren die Verwendung eines offenen Wasserbehandlungsbeckens umfasst, das einen Beckenboden und kontaminiertes Wasser umfasst, das reich an Nitrat und arm an organischem Material ist; anordnet wird mindestens einer modularen Sanierungsmodulsäule auf dem Boden des Beckens, die eine im Wesentlichen vertikale Gleitstange umfasst, darauf wird aufgeschiebt mindestens eines Sanierungsmoduls, umfassend einen Gleitmodulrahmen, eine wasserdurchlässige Abdeckung und ein biologisch abbaubares Schüttgut, wobei das Sanierungsmodul und die Gleitstange in Kontakt kommen, und die Dicke der wasserdurchlässige Abdeckung weniger als 0,5 Zoll beträgt; im Wesentlichen es gibt kein oder nur langsames Fließen von kontaminiertem Wasser in das offene Wasserbehandlungsbecken, um das Nitrat in dem kontaminierten Wasser in die unter der wasserdurchlässigen Abdeckung gebildete anoxische Zone diffundieren zu lassen.

[0025] Dabei werden vorzugsweise weitere Sanierungsmodule auf die Rutsche geschoben, ohne die Aufbereitung von kontaminiertem Wasser im Wasserbehandlungsbecken zu unterbrechen.

[0026] Vorzugsweise wird mindestens ein Sanierungsmodul von der Gleitstange entfernt und optional wird mindestens ein weiteres Sanierungsmodul auf die Gleitstange aufgeschoben, ohne die Behandlung von kontaminiertem Wasser im Freiwasserbecken zu stoppen.

[0027] Vorzugsweise wird, ohne die Aufbereitung von kontaminiertem Wasser im Wasserbehandlungsbecken zu unterbrechen, die wasserdurchlässige Abdeckung geöffnet, anschließend das biologisch abbaubare Schüttgut im Sanierungsmodul ausgetauscht und abschließend die wasserdurchlässige Abdeckung wieder verschlossen.

[0028] Vorzugsweise wird im Sanierungsmodul eine Handreinigungsplatte mit Heben-Aufsatz unter das biologisch abbaubares Schüttmaterial gelegt, sodass sich der Heben-Aufsatz über dem biologisch abbaubares Schüttmaterial reicht, und die Handreinigungsplatte wird mit dem HebenAufsatz herausgezogen, damit dann das Schüttmaterial sofort entfernt wird; dann wird ein frisches biologisch abbaubares Schüttmaterial in das Sanierungsmodul eingebracht.

[0029] Vorzugsweise ist an der mindestens einen modularen Sanierungsmodulsäule ein Vegetationsschild angebracht.

[0030] Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen:

[0031] Fig. 1 ist eine orthographische Ansicht einer Sanierungsmodulsäule gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem Einbau in Wasser.

[0032] Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines zylindrischen Sanierungsmoduls.

[0033] Fig. 3 ist eine vereinfachte Schnittansicht des Gleitmodulrahmens und der Gleitstange nach Fig. 2.

[0034] Fig. 4 zeigt das Sanierungsmodul der Abbildungen 2 und 3 mit einem Ballastgewicht.

[0035] Fig. 5 ist eine Schnittansicht einer Sanierungsmodulsäule gemäß der vorliegenden Erfindung, die in offenem Wasser installiert ist.

[0036] Fig. 6 ist eine orthographische Ansicht einer Sanierungsmodulsäule gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem Einbau ins Wasser, die eine zweite Ausführungsform einer Sanierungsmodulsäule zeigt.

[0037] Fig. 7 ist eine Schnittansicht eines auf einer Gleitstange montierten Sanierungsmoduls gemäß der zweiten Ausführungsform der Module.

[0038] Fig. 8 ist eine Schnittansicht eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung, das in Wasser installiert ist, und wobei die Module gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet sind;

[0039] Fig. 9 ist eine Längsschnittansicht eines Reinigungsbeckens, in dem das System der vorliegenden Erfindung mit einer Vielzahl von Sanierungsmodulsäulen installiert ist

[0040] Fig. 10 ist eine Längsschnittansicht eines Reinigungsbeckens, in dem das System der vorliegenden Erfindung mit einer Vielzahl von Sanierungsmodulsäulen installiert ist, wobei die Säulen mit einem Fuß unter dem Sediment befestigt sind.

[0041] Fig. 11 ist eine Längsschnittansicht eines Reinigungsbeckens, in dem das System der vorliegenden Erfindung mit einer Vielzahl von Sanierungsmodulsäulen installiert ist, und die Sanierungsmodulsäulen sind ausgestattet mit einem Vegetationsschild und mit einem Fuß unter den Sedimenten.

[0042] Fig. 12 ist eine Draufsicht eines Reinigungsbeckens mit mehreren installierten Instanzen der Sanierungsmodulsäulen der vorliegenden Erfindung.

[0043] Fig. 13 ist eine Draufsicht eines Reinigungsbeckens mit mehreren installierten Instanzen der Sanierungsmodulsäulen der vorliegenden Erfindung, und die Sanierungsmodule sind quadratisch.

[0044] Fig. 14 ist eine orthographische Ansicht der vorliegenden Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform der Sanierungsmodule, wobei die Sanierungsmodule ineinander geschoben werden.

[0045] Fig. 15 ist eine Schnittansicht der Anordnung von Fig. 14.

[0046] Fig. 16 ist eine orthographische Ansicht der vorliegenden Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Sanierungsmodule, wobei die Sanierungsmodule ineinander geschoben werden.

[0047] Fig. 17 ist eine Schnittansicht der Anordnung von Fig. 16.

[0048] Fig. 18 ist eine orthographische Ansicht einer Sanierungsmodulsäule gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Sanierungsmodule des Systems als mikrobielle Brennstoffzellen konfiguriert sind, um die Effizienz der Wasserreinigung zu erhöhen, wobei in dieser Figur die Kathode die Module sichtbar umgibt.

[0049] Fig. 19 ist eine Schnittansicht der Sanierungsmodulsäule von Fig. 18, wobei die Sanierungsmodule des Systems als mikrobielle Brennstoffzellen konfiguriert sind, um die Effizienz der Wasserreinigung zu erhöhen, und die die Anoden-KathodenPaare sichtbar im Schnitt zeigt.

[0050] Fig. 20 ist eine orthographische Ansicht des mikrobiellen Brennstoffzellenrahme von einer Sanierungsmodule die in den Figuren 18 und 19 gezeigt ist.

[0051] Fig. 21 ist ein Längsschnitt eines Behandlungsbeckens mit mehreren Sanierungsmodulsäulen.

[0052] Beim Lesen der vorliegenden Beschreibung wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Ausführungsformen der Erfindung praktiziert werden können. Jedoch werden hier nicht alle Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben. Die hierin präsentierten Ausführungsformen dienen der Veranschaulichung, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränkt.

[0053] Fig. 1 zeigt die mindestens eine modulare Sanierungsmodulsäule mit einer vertikal ausgerichteten Gleitstange (2) und mindestens einem wasserdurchlässigen Sanierungsmodul (3).

Das mindestens eine Sanierungsmodul (3) ist vorzugsweise zylindrisch und kann durch Aufschieben auf die Gleitstange (2) unter Wasser gesetzt werden. Mehrere modulare Sanierungsmodulsäulen können in einem Feuchtgebiet, einer Wassergraben oder einer Freiwasserpflanzenkläranlage installiert werden, um die Reinigungsprozesse in kohlenstoffarmen organischen Wässern zu verbessern. Vorzugsweise umfasst jede modulare Sanierungsmodulsäule (1) eine Vielzahl von Sanierungsmodulen (3).

[0054] Der Gleitstange (2) wird senkrecht in ein Reinigungsbecken eingebaut und verbleibt dort für möglichst viele Wechselzyklen. Der Gleitstange (2) kann ohne mindestens eines der Sanierungsmodule (3) in die Sedimente des Feuchtgebietes eingebaut werden. Danach und bei jeder Erneuerung werden ein oder mehrere Sanierungsmodule (3) auf mindestens einen Gleitstange aufgeschoben. Bei der Verwendung mehrerer Sanierungsmodule (3) können diese zu einer Struktur gestapelt werden, die dem angesammelten Eigengewicht, den Strömungen und der Instabilität von Schüttgütern standhält. Durch die Stabilität der (2) Gleitschienen ist keine Vormessung oder Balancierung nötig. Der Aufbau der mindestens einen Sanierungsmodulsäule (1) und die kompakte Größe des mindestens einen Sanierungsmoduls (3) ermöglichen eine einfache und leichte sowie kostengünstige Herstellung.

[0055] An der vertikal angeordneten Gleitstange (2) ist das mindestens eine Sanierungsmodul (3) angebracht, wie Fig. 2 im Schnitt darstellt. Das mindestens eine Sanierungsmodul (3) umfasst einen Gleitmodulrahmen (4), eine wasserdurchlässige Abdeckung (5) und ein biologisch abbaubares Schüttmaterial (6). Der Gleitmodulrahmen (4) ist auf der Gleitstange (2) schiebbar und hält der Belastung des biologisch abbaubaren Schüttmaterial (6) stand. Die wasserdurchlässige Abdeckung (5) lässt Verunreinigungen und lonen durch Diffusion in anoxische Zonen (14) durchdringen. Der wasserdurchlässige Abdeckung (5) ist idealerweise öffen- und wiederverschließbar, um das verbrauchte biologisch abbaubare Schüttmaterial (6) zu ersetzen, oder umgibt das biologisch abbaubare Schüttmaterial (6) vollständig und kann als Kartusche ersetzt werden (die Abdeckung kann weich oder hart sein).

[0056] Die wasserdurchlässige Abdeckung (5) hält das biologisch abbaubare Schüttmaterial (6) zusammen und verhindert ein Herunterfallen oder Aufschwimmen vom Rahmen. Außerdem enthält das Material im wesentlichen gerade, nicht gewundene Öffnungen, durch die lonen in das Innere gerade diffundieren, d. h. in die anoxischen Zonen (14), ohne durch die Verbundporen eines wasserdurchlässigen Materials hindurchtreten zu müssen, und wegen der Tortuosität, d. h. die Gewundenheit der Kapillaren, sie länger als das Minimum reisen zu müssen. Die wasserdurchlässige Abdeckung (5) ist dünner als 0,5 Zoll und lässt sich nicht oder nur schwer komprimieren. Die wasserdurchlässige Abdeckung (5) kann beispielsweise ein Netz, ein Gitter, ein Flechtwerk, ein Gewebe, ein Geflecht oder eine perforierte Membran sein. Ein Gegenbeispiel ist ein weiches, schwammiges, komprimierbares Material, das nicht zur Verwendung als wasserdurchlässiges Material geeignet ist. Während des Betriebs der Sanierungsmodulsäule (1) wandern die gelösten Schadstoffe aus dem Wasser durch die im Wesentlichen geraden Öffnungen der wasserdurchlässigen Abdeckung (5) in die in der Nähe des biologischen Schüttmateriales (6) gebildeten anoxischen Zonen (14).

[0057] Fig. 3 zeigt einen Gleitmodulrahmen (4) an einer vertikal angeordneten Gleitstange (2) im Schnitt. Der Gleitmodulrahmen (4) gleitet aufgrund einer inneren Öffnung (7) frei entlang der Gleitstange (2). Durch die innere Offnung (7) des Gleitrohres (8) kann das mindestens eine Sanierungsmodul (3) bei der Montage und Erneuerung in die entsprechende Position gleiten. Die innere Öffnung (7) hat vorzugsweise einen um viele Millimeter größeren Durchmesser als die Gleitstange (2). Das Gleitrohr (8) kann selbst der Schiebmodulrahmen (4) sein, was eine kostengünstige Ausführung ist, ist aber idealerweise von einer Gleitplatte (9) umgeben, die zusammen den Schiebmodulrahmen (4) bilden, der das Gewicht des biologisch abbaubaren Schüttmateriales (6) aushält, wenn es ersetzt wird. Beim Einbau mehrerer Sanierungsmodule (3) tragen die Gleitmodulrahmen (4) das Gewicht anstelle der wasserdurchlässigen Abdeckung (5). Zum Beispiel würden Holzspäne aufschwimmen und ein weiches Netz verformen. In der mindestens einen modularen Sanierungsmodulsäule (1) werden die Kräfte entlang der Gleitrohre (8) anstelle der wasserdurchlässigen Abdeckung (5) aufgenommen. Somit addieren sich die Kräfte auf das

sich zersetzende Material (weder das Gewicht noch der Auftrieb) und das Material an den Enden der mindestens einen modularen Sanierungsmodulsäule (1) wird nicht komprimiert. Weiche Materialien wie Kompost oder Stroh bleiben unabhängig von ihrem Zersetzungszustand und ihrer Position in der Säule.

[0058] Fig. 4 zeigt eine Variante des Gleitmodulrahmens (4), der auch ein Ballastgewicht (10) beinhaltet. Bei Verwendung einer organischen Filterpatrone kann das Gewicht des mindestens einen Sanierungsmoduls (3) durch Aufbringen eines oder mehrerer Ballastgewichte (10) zum Aufschwimmen oder Sinken eingestellt werden. Idealerweise ist das Ballastgewicht (10) um das vertikale Gleitrohr (8) fixiert und ausbalanciert. Ein Gleitrohr (8) aus Betonmaterial kann auch als Ballastgewicht (10) und als Gleitmodulrahmen (4) ohne Gileitplatte (9) dienen, und dies ist eine günstige Lösung für aufschwimmenden biologisch abbaubarer Schüttmaterialien (6).

[0059] In einer Ausführungsform des Systems umfasst der Gleitmodulrahmen (4) auch einen Schnellkupplung. Der Schnellkupplung ermöglicht Maschinen das mindestens eine Sanierungsmodul (3) schnell zu sammeln. Ein Kranwagen kann zum Beispiel Module aus dichter Vegetation von den Ufern eines Feuchtgebietes sammeln. Beispielsweise lässt der Kranwagen ein rohrförmiges Werkzeug nieder auf der vertikalen Gleitstange (2), bis dieses vorzugsweise durch seinem Eigengewicht mit der Schnellkupplung des obersten, mindestens einen Sanierungsmoduls (3) unter dem Wasser verbunden ist.

[0060] Fig. 5 zeigt einen Abschnitt eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung, das sich zwischen den Sedimenten (11) und der Wasseroberfläche (12) eines Feuchtgebietes befindet. Das biologisch abbaubares Schüttmaterial umfasst ein Material aus biologischen Ursprungs, wie Biokohle, Erde, Saatgut, Fasern, Holzhackschnitzel, Holzspäne, Pappe, Papier, Stroh, Heu, Teile von einem pflanzlichen Frucht, Torf, Kork, Rinde, pflanzliche Hackschnitzel, Pellets, Kompost, biologisch abbaubare Kunststoffabfälle oder abbaubare Kunststoffpellets. Einige Millimeter unterhalb der wasserdurchlässigen Abdeckung (5) bildet sich eine anoxische Zone (14) und das Nitrat wird von denitrifizierenden Bakterien entfernt. Die biologisch schnell abbaubaren Schüttmaterialen (13) liefern die Wachstumsbedingungen und sind zudem eine Quelle für organischen Kohlenstoff. Das biologisch schnell abbaubare Schüttmaterialen (13) kann ein Adsorptionsmaterial enthalten, das typischerweise, aber nicht notwendigerweise mineralischen Ursprungs ist und beispielsweise Sand, Kies, Aktivkohle, Zeolith, Puzzolan, Apatit oder Hüttenschlacke, aber auch Pflanzenkohle oder Erde sein kann. In mineralischen Adsorptionsmaterialien würden bei alleiniger Verwendung anoxische Zonen und mikrobielle Gemeinschaften aufgrund des Mangels an organischem Kohlenstoff schlecht entwickelt. Die Entfernung von Verunreinigungen würde sich auf die Diffusion und anschließende Adsorption im Porenraum beschränken. Erfindungsgemäß werden diese Stoffe jedoch nur in Mischung mit biologisch abbaubaren Stoffen verwendet, und ihre Verwendung auf diese Weise kann z.B. zur Hemmung der Auflösung gelöster organischer Stoffe und zur Stabilisierung des pH-Wertes.

[0061] Betriebstechnisch, das Wasser umströmt die mindestens eine Sanierungsmodulsäule (1), aber idealerweise strömt nicht durch das biologisch abbaubare Schüttmaterial (6). Die Entfernung von Schadstoffen kann mit der Außenfläche der mindestens einen Sanierungsmodulsäule verbunden sein, die den Ubergang zwischen dem biologisch abbaubaren Schüttmaterial (6) und dem kontaminierten Gewässer darstellt. Es wird jedoch empfohlen, mit einem Säulendurchmesser von mindestens 20 cm zu arbeiten, damit sich anoxische Zonen ausbilden können und die organische Kohlenstoffquelle und Adsorptionskapazität relativ langlebig sind.

[0062] In einer anderen Ausführungsform wird das biologisch abbaubare Schüttmaterial (6) mit mikrobiellem Leben, wie Bakterien oder Pilzen, vor dem Einbau eingebracht. Es hat sich jedoch gezeigt, dass sich mikrobielle Gemeinschaften von selbst entwickeln.

[0063] Fig. 6-8 zeigen eine zweite Ausführungsform des Systems, bei der die wasserdurchlässige Abdeckung (5) das biologisch abbaubare Schüttmaterial (6) vollständig um das mindestens eine Sanierungsmodul (3) umgibt und um das Gleitrohr (8) geschoben werden kann. Die wasserdurchlässige Abdeckung (5) und das biologisch abbaubare Schüttmaterial (6) sind austauschbar und bilden ein Nachfüllbeutel (15).

[0064] Fig. 9-10 zeigen mehrere Sanierungsmodulsäulen (1), die in einem Wasserbehandlungsbecken (16) installiert sind. Das Behandlungsbecken hat Vegetation (17), Wassereinlassrohr (18) und Wasserauslassrohr (19). In einer Ausführungsform sind die Gleitstangen (2) mit einem Fuß (20) versehen, die am Beckenboden befestigt ist. Der Fuß (20) gewährleistet die Stabilität der Gleitstangen (2) in einer vertikalen Position. Diese Ausführungsform empfiehlt sich, wenn die Sedimente (11) flach sind oder wenn das Wasserbehandlungsbecken (16) wasserdicht gemacht wurde, beispielsweise mit einer Geomembran. Die Füße (20) können auch an oder nahe der Unterseite der Gleitstange (2) befestigt werden. Die Füße (20) ruhen auf den Sedimenten (11) oder sind unterhalb der Sedimente (11) angebracht, um eine größere Stabilität zu gewährleisten.

[0065] Fig. 11 veranschaulicht Variationen die in den Wasserbehandlungsbecken (16) installiert sind, wobei das System auch einen Vegetationsschild (21) umfasst. Der Vegetationsschild (21) ist um die vertikal angeordnete Gleitstange (2) herum befestigt, um die Ausbreitung der Vegetation (17) um die mindestens eine modulare Sanierungsmodulsäule (1) zu beschränken. Der Austausch von mindestens einem der (3) Sanierungsmodule ist einfacher, ohne die Vegetation zu stören.

[0066] Fig. 12 und 13 sind Draufsichten eines Wasserbehandlungsbeckens (16) mit mehreren modularen Sanierungsmodulsäulen. Das Wassereinigungsbecken (16) weist ein Hang (22) unter dem Wasser auf, könnte aber auch eine senkrechte Seite aufweisen. Die Sanierungsmodulsäulen (1) sind in Reihen angeordnet. Wenn immer möglich, wird jede Reihe von ihren Nachbarn versetzt, um die Einrichtung bevorzugter Fließwege in den Wasserbehandlungsbecken (16) zu erschweren. In einer Variante des erfindungsgemäßen Systems bestehen die Säulen aus polygonalen Säulen (23) und quadratischen Sanierungsmodulen (3) anstatt der in den anderen Figuren gezeigten zylindrischen. Die Behandlung von Verunreinigungen basiert auf Mikroströmungen und Diffusion, so dass der Abstand zwischen den Säulen idealerweise weniger als zwei Meter beträgt, jedoch nicht weniger als der Durchmesser der Säulen.

[0067] Fig. 14-17 zeigen Versionen eines Systems gemäß der Erfindung, wobei die Gleitmodulrahmen (24) ineinander geschoben sind. Diese Anordnung kann in Fällen verwendet werden, in denen die aufstrebende Vegetation vorzugsweise fehlt oder niedrig ist und das Wasser flach ist, was einen einfachen Austausch ermöglicht. Beispielsweise können bei einer Wassertiefe von 30 cm die modularen Sanierungsmodulsäulen (1) aus nur wenig Sanierungsmodulen (3) bestehen, die in den Oberschenkel- oder Bruststiefeln vorhanden sind. Durch die geringe Höhe der Säulen wäre keine weitere Stabilisierung durch die Gleitschiene notwendig. Bei einer Säule mit einer Höhe von 60-80 cm und einem Durchmesser von 35 cm wird hingegen bereits eine Schiebestange empfohlen, um ein Umkippen der Säule zu verhindern und einen Austausch (Erneuerung) im tiefen Wasser zu ermöglichen maschinell schnell erledigt.

[0068] Fig. 18 und 19 zeigen eine weitere Ausführungsform in einer orthographischen Ansicht sowie in einer Schnittansicht. In dieser Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße System auch ein Anoden/Kathoden-Paar. Die Sanierungsmodule (3) sind bioelektrische Sanierungsmodule. Die Anode (27) befindet sich in der Nähe der Mikroorganismen innerhalb des porösen Schüttmaterials (6). Die Kathode (28) ist zusätzlich zu dem porösen Schüttgmaterial (6) mit einer aeroben Umgebung verbunden. Eine aerobe Umgebung ist ein aerobes Gewässer (wenig an organischem Kohlenstoff) oder eine Luft-Wasser-Grenze. In die Kathode (28) können ein oder mehrere Strömungsfenster (29) geschnitten sein, die den Wasserfluss zwischen dem porösen Schüttmaterial (6) und der Kathode (28) erleichtern. Der Schiebemodulrahmen ist ein bioelektrischer Schiebmodulrahmen (30). Die Kathode ist am bioelektrischen Schiebmodulrahmen (30) montiert und umgibt idealerweise die Module. Es wird empfohlen, aufgrund der Wasserstoffbrücke eine relative Nähe zwischen Anode und Kathode einzuhalten. Der Abstand beträgt idealerweise nicht mehr als 10 cm, aber noch idealer nicht mehr als 5 cm.

[0069] Die Anode (27) ist idealerweise mit der anoxischen/anaeroben Umgebung innerhalb der Sanierungsmodule verbunden und erhöht die mikrobielle Aktivität. Durch die Verwendung von organischem Schüttmaterialen kann die Bioelektrizität und damit mikrobielle Prozesse verbessert werden. Die Kathode (28) entwickelt ihren eigenen Biofilm, wobei die Entfernung von Verunreini-

gungen durch Bioelektrizität verbessert wird. Luftdiffusoren können um oder innerhalb der Kathode (28) platziert werden, was die Effizienz durch eine stärkere aerobe Umgebung (größere räumliche Unterschiede) erhöhen kann.

[0070] Die Anode (27) und die Kathode (28) können korrosionsbeständige und leitfähige Materialien in Form eines dünnen Blechs oder Gewebes sein, das einige oder mehr Millimeter dick ist. Hochreiner Graphitfilz und perforierte Edelstahlbleche sind ideale Materialien. Wenn das poröse Schüttgut leitfähig ist, wie beispielsweise Biokohle oder Aktivkohle, kann die Anode das poröse Schüttgut selbst sein.

[0071] Fig. 20 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform des bioelektrischen Schiebmodulrahmes (30). Der bioelektrische Schiebmodulrahme (30) beinhaltet auch eine Vielzahl von angespitzen Stromkollektoren (31). Idealerweise wird das Anoden-Kathoden-Paar (25) durch einen Graphitfilz (nicht gezeigt) und angespitzte Stromkollektoren (31) durch die Kante des Filzes gezogen. Jeder bioelektrischer Schiebmodulrahmen (30) kann mehr Anoden-/Kathodenpaare (25) umfassen. Die Anode (27) und die Kathode (28) arbeiten in einem idealerweise geschlossenen Stromkreis mit einem oder mehreren Widerständen zwischen 50 und 1000 Ohm in einem Paar. Ein Draht mit einem Widerstand (32) und angespitzten Stromkollektoren (31) werden am Rahmen befestigt oder mittels Harz, industriellem Kunststoff oder 3D-Druck in den Rahmen eingegossen.

[0072] Fig. 21 zeigt ein Wasserreinigungsbecken (16), in dem mehrere Sanierungsmodulsäulen (33) installiert sind, von denen jede anoxische Oberflächen enthält. Das Wasserbehandlungsbecken (16) ist oberflächenfließend und der Boden des Beckens und/oder das Sediment (11) ist mit einem weichen Material (z. B. Geomembran, Ton) verunreinigt oder nicht verunreinigt. Die Sanierungsmodulsäulen (33) sind oben offen. Die Sanierungsmodulsäulen (33) sind mit einem biologisch abbaubaren Schüttmaterial (34) beladen, das bevorzugt schwimmt und aufgrund seiner offenen Bauweise kontinuierlich nachgefüllt werden kann. Sanierungsmodulsäulen (33) mit einer Höhe deutlich über der Wasseroberfläche (12) ermöglichen einen kontinuierlichen und einfachen Austausch des biologisch abbaubaren Schüttmaterials (34) während des Betriebs (z. B. monatlich, Jährlich). Bei schwimmenden Spachtelmassen können auch die unteren Flächen des Materials genutzt werden. Schwimmendes Material folgt Anderungen des Wasserstands und hält anoxische Zonen auch bei hohen Wasserständen in der Nähe von Mikroströmungen und Diffusion im Gewässer. In einer anderen Ausführungsform ist eine manuelle Reinigungsplatte (35) unter dem biologisch abbaubaren Schüttmaterial (34) in der mindestens einen Sanierungsmodulsäule (33) bereitgestellt. Die Handreinigungsplatte (35) ist mit einem Heben-Aufsatz (36) versehen, beispielsweise einem Seil oder einem Griff, der sich über das biologisch abbaubare Material erstreckt. Beim Herausziehen der Handreinigungsplatte (35) hebt diese das abgereicherte biologisch abbaubare Schüttmaterial (34) aus und das neue Material kann eingefüllt werden. Dies ist ein Batch-Feed während des Betriebs.

VORTEILE DER ERFINDUNG

[0073] Bei hohen Wasserständen bieten die Sanierungsmodulsäulen die Nähe zu Adsorptionsund/ oder Denitrifikationsflächen. Die Wassertiefe in Freiwasserpflanzenkläranlagen kann erhöht werden, ohne Leistungseinbußen erhöht werden, wenn die Säulen verwendet werden. Die Denitrifikationseffizienz wird verbessert. So kann das Wasser tiefer und die zum Reinigen benötigte Fläche kleiner sein.

[0074] Das System des vorliegenden Patents kann mit jedem instabilen, d. h. biologisch schnell abbaubaren Schüttmaterial, wie zum Beispiel Kompost und Pappe, betrieben werden.

[0075] Das System kann nachgefüllt werden, ohne den Betrieb zu stören. Der Materialwechsel ist während des Betriebs einfach. Es ist nicht erforderlich, den Wasserstand abzusenken oder Verschlüsse zu lösen, insbesondere Verschlüsse, die beim Materialwechsel unter Wasser stehen würden. Die Module können durch einen Kranwagen, von einem Boot aus oder bei flachen Freiwasserpflanzenkläranlagen, wenn sie flussbettartig sind, sogar per Hand an Land getragen werden. Der Austausch schadet dem Feuchtgebietsökosystem nicht und ist schnell und heufig ausführbar.

[0076] Das Risiko des Schadstoffaustauschs (einströmendes NO; - austretender CSB) ist minimal und kann ohne Anderung des Wasserstands kontrolliert werden: die Anzahl der Sanierungsmodule und / oder der Sanierungsmodulsäulen.

[0077] Das System ist einfach aufzubauen. Die Gleitstange kann beispielsweise ein Kunststoffrohr oder ein Holzpfosten sein, der behandelt wurde, um einer wässrigen Umgebung zu widerstehen. Die ungefähre Länge der Säulen kann zwischen einem und vier Metern bestimmt werden. Die Gleitstange kann in das Sediment der Feuchtgebiete gehämmert werden oder ein Loch kann vorab gebohrt werden. Der Gleitmodulrahmen kann aus Beton gegossen werden und kann ein einfaches Betonrohr sein. Die wasserdurchlässige Abdeckung kann ein Beutel aus Raschelnetz oder Fischernetz sein, den das Beton von dem Gleitmodulrahmen mittig durchgießt. Beim Offnen des Beutels kann das biologisch abbaubare Schüttgut beladen und anschließend die Mündung zusammengezogen werden. Sanierungsmodule können manuell oder mechanisch ersetzt werden.

[0078] Vorzugsweise ist auch eine Schnellkupplung vorgesehen, die einem auf der Gleitschiene herunterschiebbaren Werkzeug ermöglicht, die Sanierungsmodule aufzunehmen. Das Werkzeug ist vorzugsweise aus Metall, die Beschreibung wird hier weggelassen, da es bereits mehrere Schnellkupplungen mit ähnlichen Funktionen auf dem Markt gibt, die alle verwendet werden können (z. B. die Schnellkupplung an einem Bagger). Für bioelektrische Sanierungsmodule können mehrere angespitzten Stromkollektoren und Widerstände in einen bioelektrische Schiebmodulrahmen integriert werden. Graphitfilz wird beim Schweißen verwendet und ist in der richtigen Dicke erhältlich und lässt sich leicht zuschneiden. Vorzugsweise kann ein biologisch abbaubares Schüttmaterial um den die Anode bildenden Graphitfilz herum geladen werden, wie beispielsweise Strohspäne. Die Netzabdeckung kann wie oben beschrieben geschlossen werden. Auf die Kathode kann ein weiteres Stück Graphitfilz gezogen werden. Die Handreinigungsplatte kann ein kreisförmiges Stück Kunststoff sein, an dem in der Mitte ein Seil als Heben-Aufsatz befestigt ist.

[0079] Firmen im Wassersektor und staatliche Organisationen können von der Nutzung der Vorrichtung profitieren. Anwendungsgebiete sind die gleichen wie eine Freiwasserpflanzenkläranlagen zur Nachbehandlung von gereinigtem Abwasser, Regenwasserbehandlung; und Wasser landwirtschaftlichen Ursprungs. Bei natürlichen Gewässern können mit Sanierungsmodulsäulen alle Arten von nicht zu tiefen Oberflächengewässern wie Bächen, Flüssen, Altarmen, Sümpfen, usw., behandelt werden.

Claims

Patentansprüche

1. Sanierungssystem zur Denitrifikation von kontaminierten offenen Gewässern, dadurch gekennzeichnet, dass das System umfasst: mindestens eine Sanierungsmodulsäule (1) umfassend mindestens ein Sanierungsmodul (3) umfassend einen Gleitmodulrahmen (4), eine wasserdurchlässige Abdeckung (5) und ein biologisch abbaubares Schüttmaterial (6), und die mindestens eine Sanierungsmodulsäule (1) ist so zusammengesetzt, dass - sie eine vertikale Gleitstange (2) umfasst, wobei das mindestens eine Sanierungsmodul (3) mittels des Gleitmodulrahmens (4) auf der Gleitstange (2) verschiebbar angeordnet ist; oder - der Gleitmodulrahmen (4) des Sanierungsmoduls (3) so ausgebildet ist, dass die Gleitmodulrahmen (4) ineinander geschoben angeordnet sind, und die mindestens eine Sanierungsmodulsäule (1) von verunreinigtem offenem Wasser umgeben ist, das im Wesentlichen nicht oder langsam fließt und damit eine anoxische Zone (14) unter der wasserdurchlässigen Abdeckung (5) bildet, wobei die wasserdurchlässige Abdeckung (5) weniger als 0,5 Zoll dick ist, was die Diffusion von Nitrat im verunreinigten offenen Wasser in die anoxische Zone (14) ermöglicht, und das mindestens eine Sanierungsmodul (3) installiert werden kann, ohne das Sanierungssystem herunterzufahren.

2, Sanierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitmodulrahmen (4) ein die Gleitstange (2) umgebendes Gileitrohr (8) ist.

3. Sanierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ferner ein Anoden-Kathoden-Paar (25) umfasst, wobei die Anode (27) sich in unmittelbarer Nähe zu in dem biologisch abbaubaren Schüttmaterial (6) lebenden Mikroorganismen befindet, und die Kathode (28) mit einem aeroben Milieu außer dem biologisch abbaubaren Schüttmaterial (6) verbunden ist.

4. Sanierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System im Wesentlichen ein künstliches Feuchtgebiet ist oder darin installiert ist.

5. Sanierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Vegetationsschild (21) umfasst, der an der mindestens einen Sanierungsmodulsäule (1) befestigt ist.

6. Verfahren zum Denitrifizieren von kontaminiertem offenem Wasser unter Verwendung eines Sanierungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:

die Verwendung eines offenen Wasserbehandlungsbeckens (16) mit einem Beckenboden,

Anordnen von mindestens einer Sanierungsmodulsäule (1) auf dem Beckenboden,

das Einlassen von verunreinigtem Wasser, das reich an Nitrat und arm an gelöstem organischen Kohlenstoff ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sanierungssystem zusätzliche Sanierungsmodule (3) hinzugefügt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sanierungsmodul (3) von der mindestens einen Sanierungsmodulsäule (1) entfernt wird und gegebenenfalls mindestens ein weiteres Sanierungsmodul (3) installiert wird, ohne die Behandlung von verschmutztem Wasser zu unterbrechen.

Hierzu 17 Blatt Zeichnungen