CH686366A5 - Wasserreinigungsverfahren. - Google Patents

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CH686366A5 CH78592A CH78592A CH686366A5 CH 686366 A5 CH686366 A5 CH 686366A5 CH 78592 A CH78592 A CH 78592A CH 78592 A CH78592 A CH 78592A CH 686366 A5 CH686366 A5 CH 686366A5
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Description

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CH 686 366 A5
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Reinigung von organischem, vor allem ha-logenierte Verbindungen enthaltendem Wasser, mittels eines Rutschbett-Adsorbers sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In einem Rutschbett-Adsorber durchströmt das zu behandelnde Wasser einen zylindrischen Behälter von unten nach oben. Im Zylinder selbst befindet sich ein geeignetes Adsorptionsmittel. Das einströmende Wasser belädt dadurch das Adsorptionsmittel zuerst im unteren Bereich mit den Verunreinigungen. Ist die Kapazität des Adsorptionsmittels dadurch im unteren Teil unter einen kritischen Wert gesunken, kann dieser Teil abgelassen und von oben durch frisches Adsorptionsmittel ersetzt werden. Es werden demnach Adsorptionsmittel und das zu behandelnde Wasser im Gegenstrom gefahren, d.h. das am meisten verschmutzte Wasser kommt in Kontakt mit dem am meisten verschmutzten Adsorptionsmittel und das sauberere Wasser mit dem weniger beladenen Adsorptionsmittel. Bei den bisher üblichen Rutschbett-Verfahren musste jeweils der verschmutzte Teil des Adsorptionsmittels nach kurzen Abständen erneuert werden.
Ein weiteres Verfahren besteht darin im gesamten Bereich des Adsorptionsmittels Mikroorganismen anzusiedeln. Das Adsorptionsmittel dient hierbei nur noch als Träger für die Mikroorganismen wodurch im allgemeinen keine Adsorption sondern nur noch ein biologischer Abbau stattfindet. Aus diesem Grund werden diesen biologischen Reinigungsstufen meist getrennte Adsorptionsstufen nachgeschaltet, bei denen dann das Adsorptionsmittel bei Bedarf komplett erneuert wurde.
Das Verfahren ist demnach dadurch gekennzeichnet, dass man im Gegenstrom belastetes Wasser durch einen Rutschbett-Adsorber leitet, welcher ein Adsorptionsmaterial enthält, das im unteren Bereich von einem oder mehreren Mikroorganismen besiedelt ist.
Durch die erfindungsgemässe Massnahme, bei der Mikroorganismen auf einem Teil des Adsorptionsmittels angesiedelt sind, ist es möglich, den Grossteil der organischen bzw. der halogenierten Kohlenwasserstoffe, die das Wasser belasten, biologisch abzubauen, was die Standzeit des Adsorptionsmittels erheblich verlängert.
Der Begriff belastetes Wasser umfasst im Rahmen dieser Erfindung verunreinigte Grund- und Abwässer verschiedenster Herkunft z.B. Grundwasser, Oberflächenwasser, Deponiesickerwasser, häusliches Abwasser, konzentriertes Abwasser, Prozessabwasser, Industrieabwasser sowie Gemische dieser Wässer.
Bei den das Wasser belastenden organischen, insbesondere halogenierten Verbindungen handelt es sich bevorzugt um halogenierte Kohlenwasserstoffe. Diese halogenierten Kohlenwasserstoffe können sowohl zur Klasse der aliphatischen wie auch der aromatischen Kohlenwasserstoffe gehören. Vorzugsweise enthalten die Kohlenwasserstoffe bis zu 9 C-Atome. Die Kohlenwasserstoffe sind, auch mehrfach, mit Halogenatomen substituiert, wobei Chlor bevorzugt ist. Nachfolgende Liste von halogenierten Kohlenwasserstoffen dient der Illustration ohne die möglichen Kohlenwasserstoffe hierauf beschränken zu wollen: Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, 1,1,2,2-Tetrachlorethan, 1,1,1-Trichlorethan, 1,2,3-Trichlorpro-pan, Tetrachlorethen, Trichlorethen, eis bzw. trans 1,2-Dichlorethen, 1,1-Dichlorethen, eis 1,3-Dichlorpro-pen, 1,2-Dichlorbenzol, 1,3-Dichlorbenzol, 1,4-Dichlorbenzol, 3-Chlortoluol und Brombenzol, insbesondere 1,2-Dichlorethan und Dichlormethan.
Die Konzentrationen der biologisch abbaubaren Verbindungen, gemessen in TOC (total organic car-bon) beträgt dabei vorzugsweise 10 jj.g/1 bis 1 g/l Wasser und die Konzentration an biologisch nicht abbaubaren Stoffen 1 ng/l bis 10 g/l Wasser.
Der Abbau durch Mikroorganismen kann dabei bei weniger stark belasteten Wasser aerob und bei stärker belasteten Wässern anaerob erfolgen. Besonders bevorzugt liegen die Konzentration der biologisch abbaubaren halogenierten Verbindungen, gemessen in TOC, bei anaeroben Abbau im Bereich von 100 ng/l bis 1 g/l Wasser und bei aeroben Abbau bei 100 fig/l bis 50 mg/l Wasser.
Die möglichen Adsorptionsmaterialien zeichnen sich durch eine grosse Oberfläche (0,1-1000 m2/g) aus. Ein bevorzugtes Adsorptionsmaterial ist dabei Aktivkohle.
Während des Betriebes wird vorzugsweise der am unteren Ende des Rutschbett-Adsorbers entstehende Bioschlamm zusammen mit beladener Aktivkohle entnommen (z.B. 1/4 des Kohlegesamtvolumens) und von oben durch neue Aktivkohle ersetzt.
Durch den Abbau der biologisch abbaubaren Verbindungen am Einlass des Rutschbett-Adsorbers entsteht ein Konzentrationsgefälle an diesen biologisch abbaubaren Verbindungen. Günstige Bedingungen ergeben sich, je nach Konzentration an abbaubaren Verbindungen, wenn die Belastung der Anlage so gewählt wird, dass der Bewuchs des Rutschbett-Adsorbers mit Mikroorganismen auf die untere Hälfte, vorzugsweise das untere Drittel des Reaktores beschränkt bleibt.
Die erfindungsgemäss einsetzbaren Mikroorganismen lassen sich auf vielfältige Art und Weise gewinnen. Es kann sich bei den Mikroorganismen auch um Mischpopulationen handeln. Brauchbare Mikroorganismen lassen sich aus Klärschlamm oder kontaminierten Böden isolieren, oder aber die Mikroorganismen werden bevorzugt als Reinkultur eingesetzt. Genauere Hinweise zur Isolierung und Kultivierung von Mikroorganismen sind dem Artikel von A. M. Cook et al in Experientia 22, S. 1191 (1983) zu entnehmen, der hiermit Teil der Beschreibung ist. Besonders geeignete Mikroorganismen zum Abbau halo-genierter aliphatischer Verbindungen sind Xanthobacter autotrophicus GJ 10 (D. B. Janssen et al, Ap-
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plied and Environmental Microbiology, 42, S. 673 (1985)) und Stamm DE2 (G. Stucki et al, Experentia 22 S. 1271 (1983)).
Bedingt durch den Nähr- und eventuellen Sauerstoffbedarf der Mikroorganismen kann es notwendig sein dem Wasser vor dem Durchgang durch den Reaktor die benötigten Nährstoffe z.B. in Form von anorganischen Salzen zuzusetzen, auch kann man gegebenenfalls die Sauerstoffkonzentration des Wassers erhöhen z.B. durch Zudosieren von Nitrat oder H2O2. Bevorzugt für eine Zugabe von «Sauerstoff» ist eine Lösung von H2O2 in Wasser, die je nach Durchsatzmenge Wasser und den Dosiereinrichtungen in einer Konzentration von 0,5-35% zudosiert wird.
Weiterhin kann es bei stark belastetem oder schwach gepuffertem Wasser zu einer Übersäuerung des Wassers am Ausgang des Reaktors kommen, da der Abbau der halogenierten Verbindungen zu einer Erhöhung der Halogenid-Konzentration führt. In einem solchen Fall ist es günstig, bevorzugt vor dem Rutschbett-Adsorber, dem Wasser eine Base z.B. NaHCCb zuzugeben oder einen über einen pH-Controller gepufferten Teilstrom zurückzuführen.
Um unerwünschte Bestandteile zurückzuhalten, können vor den Rutschbett-Adsorber weitere Reinigungsschritte wie z.B. Feststoffabscheider geschaltet werden.
Das Verfahren kann in einem Temperaturbereich von z.B. 5-60°C, vorzugsweise 7-38°C, durchgeführt werden.
Der zur Durchführung des Verfahren verwendete Rutschbett-Adsorber enthält üblicherweise:
a) einen zur Aufnahme des Adsorptionsmaterials hergerichteten Behälter,
b) eine Zuführung für das Adsorptionsmaterial im oberen Bereich des Behälters,
c) eine Zuführung für belastetes Wasser im unteren Bereich des Behälters,
d) einen Auslass für das Adsorptionsmaterial am unteren Ende des Behälters,
e) einen Auslass für das gereinigte Wasser im oberen Bereich des Behälters,
f) ein Adsorptionsmaterial im Behälter, das im unteren Bereich mit Mikroorganismen besiedelt ist.
Zur Messung der Reinigungsleistung kann am Auslass für das gereinigte Wasser eine geeignete Messapparatur, wie etwa zur Bestimmung des TOC Gehaltes, angebracht sein.
Bevorzugt sind Rutschbett-Adsorber deren unterer Teil in einem spitzen Konus mündet und einem Durchmesser zu Höhen-Verhältnis von 1:2 bis 1:10, wobei der Bereich von 1:3 bis 1:6 besonders bevorzugt ist.
Dem belasteten Wasser können vor dem Einleiten in den Rutschbett-Adsorber über eine Vorrichtung Nährstoffe und Sauerstoff enthaltende Substanzen zugemischt werden.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung ohne sie darauf zu limitieren.
Beispiel 1
Zur Verkürzung der Beladungszeit werden 80,4 g Aktivkohle F400 (Chemviron) mit 750 g 1,2-Dichlo-rethan (DCE) in 500 ml Wasser während 4 Stunden gerührt, so dass sich eine Beladung von durchschnittlich 10 mg DCE pro Gramm Aktivkohle einstellt. Die beladene Aktivkohle wird mit einem DCE abbauenden Mikroorganismus (Xanthobacter autotrophicus) angeimpft und in einen Rutschbett-Adsorber aus Glas (2 cm Durchmesser, 8 cm Konuslänge) bis zu einer Höhe von 28 cm gefüllt. Durch den Rutschbett-Adsorber werden 3,5 bis 4 Liter Wasser pro Tag geleitet, das bis 6,5 mg/l DCE,
0,87 mg/l Ammoniumphosphat und 0,5 ml/l einer Vitaminlösung enthält (s. Tab. 1).
Während des Versuches zeigt sich im unteren Bereich der Säule eine Braunfärbung durch das Hochwachsen der Mikroorganismen während im oberen Bereich kein Bewuchs der Aktivkohle festzustellen ist.
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Beispiel 2
Wie Beispiel 1, nur ohne animpfen der Aktivkohle mit Mikroorganismen (s. Tab. 1).
Tabelle 1 :
ohne Mikroorganismen mit Mikroorganismen
Tag
(Ablaufkonz, in mg/ml DCE)
(Ablaufkonz, in mg/ml DCE)
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-
0,2
Kohlewechsel bei Absorber ohne Mikroorganismen
Beispiel 3
Es wird ein Rutschbett-Adsorber mit einem Durchmesser von 2 m und einer Höhe von 6 m bei einer Durchsatzmenge von 10 m3/h verwendet, der mit Xanthobacter autotrophicus GJ 10 und Stamm DE2 besiedelt ist. Das Abwasser wird dabei vor dem Adsorber mit einer Sandfiltration behandelt.

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zur Wasserreinigung dadurch gekennzeichnet, dass man belastetes Wasser im Gegenstrom durch einen Rutschbett-Adsorber leitet, welcher ein Adsorptionsmaterial enthält, das im unteren Bereich von einem oder mehreren Mikroorganismen besiedelt ist.
    2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das belastete Wasser biologisch abbaubare Verbindungen in einer Konzentration, gemessen in TOC, von 10 ng/l bis 1 g/l Wasser und biologisch nicht abbaubare Stoffe in einer Konzentration von 1 ng/l bis 10 g/l Wasser enthält.
    3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der biologisch abbaubaren Verbindungen, gemessen in TOC, bei anaeroben Abbau 100 ng/l bis 1 g/l Wasser und bei aeroben Abbau 100 ^g/l bis 50 mg/l Wasser beträgt.
    4. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die biologisch abbaubaren Verbindungen halogenierte Verbindungen sind.
    5. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsmaterial Aktivkohle ist.
    6. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Mikroorganismen aus einer Reinkultur, aus Klärschlamm oder aus kontaminierten Böden erhalten werden.
    7. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasser vor dem Durchgang durch den Rutschbett-Adsorber Nährstoffe und Sauerstoff oder eine Sauerstoff enthaltende Substanz zugesetzt wird, sowie gegebenenfalls der pH-Wert angepasst wird.
    8. Rutschbett-Adsorber zur Reinigung von belastetem Wasser nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1, enthaltend a) einen zur Aufnahme des Adsorptionsmaterials hergerichteten Behälter,
    b) eine Zuführung für das Adsorptionsmaterial im oberen Bereich des Behälters,
    c) eine Zuführung für belastetes Wasser im unteren Bereich des Behälters,
    d) einen Auslass für das Adsorptionsmaterial am unteren Ende des Behälters,
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    e) einen Auslass für das gereinigte Wasser im oberen Bereich des Behälters,
    f) ein Adsorptionsmaterial im Behälter, das im unteren Bereich mit Mikroorganismen besiedelt ist.
    9. Rutschbett-Adsorber gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Vorrichtung zum Zumischen von Nährstoffen und Sauerstoff enthaltenden Substanzen in der Zuführung für das belastete Wasser enthält.
    10. Rutschbett-Adsorber gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass er am Auslass für das gereinigte Wasser eine Messapparatur zur Bestimmung der Inhaltsstoffe des gereinigten Wassers enthält.
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