DD140031A1

DD140031A1 - METHOD AND DEVICE FOR REMOVING NITROGEN COMPOUNDS FROM THE WATER

Info

Publication number: DD140031A1
Application number: DD78209358A
Authority: DD
Inventors: Helmut Klapper; Norbert Fichtner; Horst Kanowski
Original assignee: Helmut Klapper; Norbert Fichtner; Horst Kanowski
Priority date: 1978-11-28
Filing date: 1978-11-28
Publication date: 1980-02-06

Abstract

Die Erfindung ist ein Beitrag zur effektiveren Nutzung vorhandener Wasserressourcen, die qualitätsmindernden anthropogenen Einflüssen ausgesetzt sind. Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von Rohwasser zur Trinkwasseraufbereitung, ohne daß im Wasserwerksbetrieb eine Verfahrensstufe zur Entfernung von StickstoffVerbindungen eingerichtet werden muß. Diese Entfernung soll im sauerstoffarmeren Tiefenwasser des Gewässers selbst ablaufen. Hierzu gehören ein anaerobes Milieu und das Vorhandensein eines kohlenstoffhaltigen Nährsubstrates. Die Einstellung dieser Verfahrensparameter wird dadurch erreicht, daß in einen am Gewässergrund im sauerstoffarmeren Tiefenwasserbereich liegenden Füllkörperreaktor so viel an Stickstoffverbindungen reiches Oberflächenwasser hinabgepumpt wird, daß der Sauerstoffbedarf für die Oxidation der gleichzeitig dosierten organischen Stoffe durch die sauerstoffhaltigen Stickstoffverbindungen und den mit dem Oberflächenwasser.hinabgepumpten gelösten Sauerstoff abgedeckt wird. Die Verteilung des hinabgepumpten Oberflächenwassers in dem Füllkörpsrreaktor erfolgt durch ein Rohrsystem, das fischgrätenartig zum Hauptverteilungsrohr angeordnet ist. Die einzelnen abzweigenden Rohre erhalten an der Unterseite Bohrungen für den Wasseraustritt und sind mehrschichtig vom Füllkörper umgeben. Füllkörper dient zur Herbeiführung einer weiträumigen Verteilung Wasserstremes und als Aufwuchsfläche für die Denitrifikanten, die Stickstoffverbindungen Nitrat und Nitrit in molekularen Der des die Stickstoff umsetzen. Fig. 1The invention is a contribution to more effective use existing water resources, the quality-reducing anthropogenic Are exposed to influences. The aim of the invention is the Provision of raw water for drinking water treatment without in Wasserwerksbetrieb a process step for the removal of Nitrogen compounds must be established. This distance should in the lower-oxygen deep water of the water itself expire. These include an anaerobic environment and that Presence of a carbonaceous nutrient substrate. The Setting these process parameters is achieved in that into one at the bottom of the water in the lower-oxygen deep-water area lying packed reactor so much of nitrogen compounds rich surface water is pumped down, that the Oxygen demand for the oxidation of the simultaneously metered organic substances by the oxygen-containing nitrogen compounds and the dissolved oxygen pumped down with the surface water is covered. The distribution of the down-pumped surface water in the Füllkörpsrreaktor carried by a pipe system, the herringbone arranged to the main distribution pipe. The individual branching pipes get holes at the bottom for the water outlet and are multi-layered surrounded by the filler. Packing serves to bring about a widespread distribution Wasserstremes and as nursery area for the denitrifiers, the Nitrogen compounds nitrate and nitrite in molecular The of the Transfer nitrogen. Fig. 1

Description

Verfahren "und Vorrichtung zur Entfernung von Stickstoffverbindungen aus dem ¥/asserProcess and apparatus for removing nitrogen compounds from the water

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung von Stickstoffverbindungen aus dem Wasser, insbesondere aus solchem, das sich in Standgewässern (Talsperren und Seen) befindet und als Rohwasser zur Trinkwasseraufbereitung dient.The invention relates to a method and apparatus for removing nitrogen compounds from the water, in particular from such, which is located in still waters (dams and lakes) and serves as raw water for drinking water treatment.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Untersuchungen haben ergeben, daß der Genuß von Trinkwasser, welches Nitrat und Sfitr.it enthält, besonders für Kleinkinder gesundheitsschädlich sein kann. In den letzten Jahren wird in vielen Talsperren und Seen ein stetiger Anstieg des Gehaltes an Stickstoffverbindungen beobachtet, wobei die Ursache für diese Erscheinung hauptsächlich im hohen Düngungsniveau in den Einzugsgebieten dieser Wasserressourcen liegt. Das oftmals unausgeglichene Nährstoffangebot verhindert in diesen Talsperren und Seen die aerobe Aufnahme dieser Stickstoffverbindungen durch Algen. Der Vorgang der anaeroben Denitrifikation, der durch Stickstoffabgasung zu einem echten Verlust führt, findet hier nur im sedimentnahen-: Bereich in geringem Umfang statt.Characteristics of the known technical solutions Studies have shown that the consumption of drinking water containing nitrate and Sfitr.it, especially for infants can be harmful to health. In recent years, a steady increase in the nitrogen compounds content has been observed in many dams and lakes, the main cause of this phenomenon being the high level of fertilization in the catchment areas of these water resources. The often unbalanced supply of nutrients in these dams and lakes prevents the aerobic absorption of these nitrogen compounds by algae. The process of anaerobic denitrification, which leads to a real loss by nitrogen gasification, takes place here only in the Sedimentnahen-: range to a small extent.

Um aus dem Y/asser gesundheitsschädliche Stickstoffverbindungen zu entfernen, ist die Anwendung mehrerer alternativer Verfahren möglich. Dabei kann zwischen solchen, die Bestandteil der Rohwasserauf bereitung sind und jenen, die im Gewässer selbst ablaufen, unterschieden werden. Die Stickstoffentfernung im Gewässer selbst ist durch denIn order to remove harmful nitrogen compounds from the water, the use of several alternative methods is possible. Here, a distinction can be made between those that are part of the raw water treatment and those that run in the water itself. The nitrogen removal in the water itself is by the

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Anbau von bestimmten höheren Wasserpflanzen im Ufer- und Verlandungsbereich möglich. Sogenannte Nitrophyten zeichnen sich durch einen Luxusverbrauch an Stickstoff aus. Eine echte Stickstoffentfernung tritt aber nur ein, wenn diese Pflanzen vollständig geerntet werden. Hierzu gibt es bi,sher keine befriedigenden Lösungen. Bei der Wasseraufbereitung kann das Y/asser auf physikalisch-chemischem Vifege durch umgekehrte Osmose, Ionenaustausch, Elektrodialyse usw. behandelt werden. Die Anwendung solcher Methoden ist mit hohen Kosten verbunden. Pur die Inanspruchnahme bakteriell-biologischer Verfahren gibt es ebenfalls Beispiele. Hier erfolgt die Entfernung der Stickstoffverbindungen in durchströmten, mit Füllkörpern verschiedenster Art gefüllten Apparaturen nach der Schaffung bestimmter Milieubedingungen. Der verfahrenstechnische Aufwand für solche Anlagen ist sehr groß, da die zur Erzeugung anaerober Bedingungen zugegebenen reduzierenden Stoffe in weiteren Aufbereitungsstufen entfernt werden müssen.Cultivation of certain higher water plants in the shore and Verlandungsbereich possible. So-called nitrophytes are characterized by a luxury consumption of nitrogen. However, true nitrogen removal only occurs when these plants are completely harvested. For this there are bi, sher no satisfactory solutions. In water treatment, the water on the physicochemical vessel can be treated by reverse osmosis, ion exchange, electrodialysis and so on. The application of such methods is associated with high costs. Purely the use of bacterial-biological processes, there are also examples. Here, the removal of the nitrogen compounds in flowed through filled with packing various types of equipment after the creation of certain environmental conditions. The technical complexity of such systems is very large, since the added to generate anaerobic conditions reducing substances must be removed in further treatment stages.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von Rohwasser mit niedrigen Gehalten an Nitrat- und Nitritstickstoff in einfacher und wirtschaftlicher Weise durch Maßnahmen in dem zur Rohwassergewinnung dienenden Gewässer.The aim of the invention is the provision of raw water with low levels of nitrate and nitrite nitrogen in a simple and economical manner by measures in serving for raw water production waters.

Darlegung des Wesens der Erfindung Gegenstand der Erfindung ist die Entfernung von gesundheitsschädlichen Stickstoffverbindungen, insbesondere Nitrat und Nitrit, aus dem Wasser von Talsperren und Seen, das als Rohwasser zur Trinkwasseraufbereitung dient, durch Herbeiführung einer Denitrifikation im Gewässer selbst. Die mikrobielle Entfernung dieser Stickstoffverbindungen durch dissimilatorische Reduktion zu molekularem Stickstoff im Gewässer ist möglich, wenn für die Mikroorganismen bestimmte Lebensbedingungen geschaffen werden. Hierzu gehören ein anaerobes Milieu und das Vorhandensein einer organischen Substanz oder eines Substanzgemisches« Erfindungsgemäß werden die erforderlichen Lebensbedingun-The invention relates to the removal of harmful nitrogen compounds, in particular nitrate and nitrite, from the water of dams and lakes, which serves as raw water for drinking water treatment by inducing a denitrification in the water itself. The microbial removal of these nitrogen compounds by dissimilatory Reduction to molecular nitrogen in the aquatic environment is possible if certain living conditions are created for the microorganisms. These include an anaerobic environment and the presence of an organic substance or mixture of substances. "According to the invention, the necessary living conditions

gen dadurch erreicht, daß in einen am Gewässergrund im säuerstoffarmer en Tiefenwasserbereich liegenden Füllkörperreaktor durch ein in die Gewässeroberfläche eintauchendes Pumpenaggregat so viel an Stickstoffverbindungen reiches Oberflächenwasser hinabgepumpt wird, daß der Sauerstoffbedarf für die Oxidation der gleichzeitig dosierten leicht abbaubaren organischen Stoffe nicht durch den Gelöstsauerstoff des geförderten Oberflächenwassers.ab- · gedeckt werden kann, so daß hierfür der Nitrat- und HItritsäuerstoff verbraucht wird.achieved in that lying in a body of water in the säuerstoffarmer en deep water range Füllkörperreaktor is pumped down by a dipping into the water surface pump unit so much rich in nitrogen compounds surface water, that the oxygen demand for the oxidation of the simultaneously metered easily degradable organic matter not by the dissolved oxygen of the promoted Can be covered, so that the nitrate and HItritsäuerstoff is consumed for this purpose.

Die Verteilung des wärmeren Oberflächenwassers in dem Füllkörperreaktor erfolgt vorteilhaft durch ein Rohr- . system, das fischgrätenartig zum Hauptverteilungsrohr angeordnet ist, wobei die einzelnen Rohre an der Unterseite Bohrungen für den Y/asseraustritt erhalten und mehrschichtig vom Füllkörper umgeben sind.The distribution of the warmer surface water in the packed reactor is advantageously carried out by a pipe. System, which is arranged fishbone-like to the main distribution pipe, wherein the individual tubes receive at the bottom holes for the Y / asseraustritt and are multi-layered surrounded by the packing.

Als Füllkörper und gleichzeitig langsam abbauendes Substrat stehen z.B. Raps—,· Roggen-, V/eizen- oder Gerstenstroh zur Verfügung. Durch das Stroh wird gleichzeitig die ;dissimilatorische Reduktion der Stickstoffverbindungen ,unterstützt. Es besteht auch die Möglichkeit, den Füllkörper mit biologisch inertem Material, wie Keramikringen, kugelförmigen Plastkörpern und gröberen Fasern zu füllen. Heben der Herbeiführung einer weiträumigen Verteilung des-Wasserstromes im gesamten Füllkörperreaktor hat die jeweilige Füllung die Funktion, als Aufwuchsfläche für die Mikroorgansmen zu -dienen.As a filler and at the same time slowly degrading substrate are e.g. Rapeseed, rye, veize or barley straw are available. The straw also supports the "dissimilatory reduction of nitrogen compounds". It is also possible to fill the packing with biologically inert material such as ceramic rings, spherical plastic bodies and coarser fibers. Lifting the achievement of a long-range distribution of the water flow in the entire packed reactor, the respective filling has the function of serving as a growth surface for the microorganisms.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Einfachheit der Verfahrensführung und der Verfahrenssicherheit. Gegenüber den herkömmlichen Behandlungsmethoden der Entfernung von Stickstoffverbindungen im Wasäer- .. Werksbetrieb sind hier keine besonderen Behandlungsgefäße und keine weiteren Verfahrensstufen erforderlich. Als Hauptnahrungsquelle für die denitrifizierenden Mikroorganismen wird zu dem Pumpenförderstrom des Oberflächenwassers vorzugsweise ein Gemisch von leicht abbaubaren Kohlenstoffverbindungen, z.B. eine Lösung niederer Fettsäuren oder niederer Alkohole, zugegeben. Mit Hilfe der zudosierten leicht abbaubaren Kohlenstoffquelle läßt sich gleichzeitig eine Steuerung der Denitrifikationsreaktion vornehmen.The advantage of the method according to the invention is the simplicity of the process control and the process safety. Compared to the conventional treatment methods for the removal of nitrogen compounds in the washing plant .. factory operation here no special treatment vessels and no further process steps are required. As a main food source for the denitrifying microorganisms, a mixture of easily degradable carbon compounds, e.g. a solution of lower fatty acids or lower alcohols added. With the help of the dosed readily biodegradable carbon source can simultaneously control the denitrification reaction.

Ausführungsbeispiel ·Embodiment ·

Die Erfindung soli nachfolgend an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In einem Standgewässer, dessen Wasser zur Trinkwasseraufbereitung verwendet wird, ist der Gehalt an Stickstoffverbindungen (vornehmlich Nitrat) in den letzten Jahren stetig angestiegen.The invention Soli be explained in more detail below with reference to the drawing of an embodiment. In a still water whose water is used for drinking water treatment, the content of nitrogen compounds (mainly nitrate) has been steadily increasing in recent years.

Die Senkung des Mitratgehaltes in diesem Gewässer selbst läßt sich folgendermaßen erreichen: ·The reduction of Mitratgehaltes in this body of water itself can be achieved as follows:

Zweckmäßigerweise im unmittelbaren Uferbereich des Standgewässers wird ein Füllkörperreaktor .1 hergestellt, der von einem Stahlgerüst 2, das mit einem Drahtgeflecht belegt wird,sumgeben ist und die Abmessungen von ca. 60 χ 20 χ 1,5 m hat. Der Füllkörperreaktor 1 erhält nahe der unteren Begrenzung in der Mitte ein Hauptverteilungsrohr 3j von dem in Abständen von ca. 1,5 m beidseitig fischgrätenartig Rohre 4 abgehen, die an der Unterseite Bohrungen von ca. 10 mm Durchmesser für den Wasseraustritt erhalten. Die Rohre werden anschließend allseitig mit dem Füllkörper abgedeckt. Der so hergestellte Füllkörperreaktor 1 wird dann über eine slipartige Anlage eingeschwommen, ins Tiefenwasser abgesenkt und auf dem Gewässergrund 5 fixiert. An das Hauptverteilungsrohr schließt ein Verbindungsrohr 6 an, das zum Ausgleich der Wasserstandsschwankungen flexibel sein soll und bis kurz unter den Gewässerspiegel 7 reicht. Daran wird eine Pumpe 8 mit einer Förderleistung von z.B. 400 m /h bei einer Druckhöhe von-3₅2 m angeschlossen. Saugseitig erhält die Pumpe 8 einen Ansaugstutzen 9, der außen mit Filtergaze 10 bespannt ist. Die Pumpe 8 selbst wird an einen Schwimmkörper 11 montiert, der durch Verseilung 12 ortsstabil gehalten wird und in den Gewässerspiegel 7 eintaucht. Die Pumpensaugleitung 13» durch die das Oberflächenwasser strömt, erhält eine Zuführung 14 zur Dosierung der leicht abbaubaren Kohlenstoffquelle in Form von niederen Fettsäuren und Alkoholen allein oder als Gemisch. Die Dosierung kann z.B. vom Land her aus einem Behälter 15 erfolgen. Bei einer mittleren Verweilzeit der Oberflächenwassers 'von 90 min im Füllkörperreaktor tritt .eine mindestens 90%ige Verminderung des Nitratgehaltes ein.Conveniently, in the immediate bank area of the standing water a Füllkörperreaktor .1 is produced, the sum of a steel frame 2, which is covered with a wire mesh, and the dimensions of about 60 χ 20 χ 1.5 m has. The Füllkörperreaktor 1 receives near the lower boundary in the middle of a main distribution pipe 3j of which depart at intervals of about 1.5 m on both sides of herringbone pipes 4, which receive at the bottom holes of about 10 mm diameter for the water outlet. The tubes are then covered on all sides with the filler. The Füllkörperreaktor 1 thus prepared is then floated on a slip-like system, lowered into the deep water and fixed on the bottom of the river 5. To the main distribution pipe connects to a connecting pipe 6, which should be flexible to compensate for water level fluctuations and extends to just below the water level 7. This is a pump 8 with a capacity of eg 400 m / h at a pressure of-3 ₅ 2 m connected. On the suction side, the pump 8 receives an intake 9, which is externally covered with filter gauze 10. The pump 8 itself is mounted on a floating body 11 which is held in place by stranding 12 and immersed in the water level 7. The pump suction line 13 through which the surface water flows receives a feed 14 for metering the readily degradable carbon source in the form of lower fatty acids and alcohols alone or as a mixture. The dosage can be done eg from the country from a container 15. At an average residence time of the surface water of 90 minutes in the packed reactor, an at least 90% reduction in the nitrate content occurs.

Claims

invention claim

1. A method for the removal of nitrogen compounds from the water of still waters by microbial denitrification, characterized in that the loaded with organic carbon disulfide surface water flow is pumped into a lying on the bottom of the water body.

2. The method according to item 1, characterized in that the filling of the packed reactor consists of rapeseed, rye, Y / eizen- or barley straw.

3. The method according to item 1, characterized in that the filling of the packing of biologically inert material, such as ceramic rings, spherical plastic bodies and coarser fibers consists.

4. The method according to item 1-3, characterized in that a readily degradable carbon source, such as lower fatty acids and alcohols are used alone or as a mixture as a carbon carrier.

5. Apparatus for carrying out the method according to item 1 characterized in weiträumiger distribution of surface water in the Füllkörperreaktor'dadurch that both sides of the main distribution pipe (3) tubes (4) are arranged.

6. Device according to item 5, characterized in that the tubes (4) are provided at the bottom with holes.

7. Apparatus according to item 5 and 6 characterized in that the tubes (4) have bores of about 10 mm in diameter.

Page drawing