DE19549429A1

DE19549429A1 - Anlage zur katalytischen Reduzierung von Nitrat und/oder Nitrit in mit Wasserstoff beladenem Wasser sowie Verfahren zum Betreiben der Anlage

Info

Publication number: DE19549429A1
Application number: DE19549429A
Authority: DE
Inventors: Hanno Dr Wenske
Original assignee: ELWATEC ELEKTROLYSE und WASSER
Current assignee: ELWATEC ELEKTROLYSE und WASSER
Priority date: 1995-10-27
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 1997-04-30
Also published as: DE19540012A1; WO1997015383A2; WO1997015383A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur katalytischen Reduzierung von Nitrat und/oder Nitrit in mit Wasserstoff beladenem Wasser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie gewährleistet eine erhöhte Wirtschaftlichkeit bei vergleichsweise geringen technischen Aufwendungen. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betreiben der Anlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 angegeben. Die bezeichnete Anlage sowie das Verfahren zu ihrem Betrieb ermöglichen eine Wasserbehandlung ohne das Entstehen zu entsorgender Abfallprodukte.

Aus DE-A1 38 30 850 ist ein kontinuierlich durchführbares Verfahren zur Entfernung oder Verminderung des Nitrit- und/oder Nitratgehaltes in Wasser bekannt, bei dem das belastete Wasser mit Wasserstoffgas begast und mit einem geeigneten Metallkatalysator kontaktiert wird. Als Katalysatormaterialien werden Paladium und/oder Rhodium und als Aktivator ein Metall der Kupfergruppe, sofern Nitrat und/oder Nitrit im Wasser vorkommen, vorgeschlagen. Als Katalysatorträger sind poröse Teilchen, vorzugsweise auf der Basis von Aluminiumoxid, mit einer bimodalen Porenradienverteilung mit einem mindestens 20%igen Anteil bezogen auf das Gesamtporenvolumen an den Makroporen mit einem Mindestradius von 2000 Å vorgesehen. Alternativ dazu wird vorgeschlagen, Teilchen kleiner 20 µm zu verwenden, wobei das Metall auf der Oberfläche konzentriert sein soll.

Die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Anlage besteht im wesentlichen aus einer Vorbehandlungsstufe, in der eine Filtration und - soweit erforderlich - eine Entkeimung und pH-Werteinstellung des Wassers vorgenommen wird. Daran schließt sich ein mit einer Wasserstoffquelle verbundenes H₂-Begasungsmodul an. Anschließend wird das Wasser durch einen oder mehrere hintereinandergeschaltete Strömungsreaktoren geleitet, in denen sich die katalytisch wirkende Füllung befindet. Von Nachteil ist, daß die vorgeschlagene katalytisch wirkende Reaktorfüllung einen vergleichsweise hohen hydraulischen Widerstand aufweist. Außerdem sind Vorkehrungen erforderlich, die sicherstellen, daß der Flüssigkeitsstrom die nur staubkorngroßen Katalysatorträger nicht aus der Anlage ausspült.

Darüber hinaus wird ein relativ großer Aufwand zur Verteilung des Wasserstoffs im H₂- Begasungsmodul betrieben, um eine möglichst große Reaktionsfläche zu erzeugen. Unter anderem wird zur Erzielung eines blasenfreien Wasserstoffeintrags vorgeschlagen, eine Permeationsbegasung, beispielsweise mittels Silikonschläuchen, vorzunehmen. Um große Mengen Wasserstoff durchzusetzen, ist es jedoch erforderlich, eine vergleichsweise große Membranoberfläche zur Verfügung zu stellen oder mit hohen Drücken zu arbeiten, da der Gastransport ausschließlich auf der Grundlage der Diffusion erfolgt und die transportierte Gasmenge von den äußeren Triebkräften (Konzentrationsgefälle, Druckgradient) abhängt.

Zur Verteilung von Gasen in Flüssigkeiten sind mechanisch arbeitende Verfahren allgemein bekannt, die im wesentlichen auf die Erzeugung möglichst großer Turbulenzen gerichtet sind. Die US 1 531 918 beschreibt eine Begasungseinrichtung für Flüssigkeiten unter Verwendung von gewickeltem Drahtgewebe, das in unterschiedlichen Maschenweiten, in kaskadenartig hintereinandergeschalteten Anlagenteilen angeordnet ist. Beim Durchströmen des Drahtgewebes sollen die Gasblasen möglichst stark verkleinert und gleichmäßig verteilt werden. Dieses mechanische Verfahren besitzt den Nachteil, daß zur Erzeugung sehr kleiner Gasblasen, deren Durchmesser unter einem Millimeter liegt ein überproportionaler Energieeinsatz und Anlagenaufwand notwendig ist.

Ein biegsames poröses Gewebe aus Kunst-, Natur- oder Metallfasern zur Flüssigkeitsbegasung beschreibt die DE 10 52 364. Die dargestellte technische Lösung ist zwar sehr einfach und von nur geringem Aufwand, sie eignet sich jedoch nicht für Prozesse, die eine Feinstverteilung von Gasen im Sinne ihrer Auflösung in der Flüssigkeit verlangen.

Neben keramischen Materialien, z. B. in Form von Platten oder Kerzen, ist auch die Begasung von Flüssigkeiten durch poröse Sintermetalle aus Chem.-Ing.-Techn. 28 (1956) Nr. 12, Seiten 783 bis 786 bekannt. In Abhängigkeit von der Porengröße, dem Gasdurchsatz und der Strömungsgeschwindigkeit der zu begasenden Flüssigkeit bilden sich unterschiedlich große Blasendurchmesser. Eine blasenfreie Begasung kann mit dieser Technologie nicht erreicht werden. Außerdem verursacht die unregelmäßige Porenstruktur einen relativ großen Druckverlust.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur katalytischen Reduzierung von Nitrat und/oder Nitrit in mit Wasserstoff beladenem Wasser zur Verfügung zu stellen, die bei vergleichsweise geringen technischen Aufwendungen eine wesentliche Leistungssteigerung erlaubt. Dies soll durch eine homogene und blasenfreie Verteilung des Gases in der Flüssigkeit erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Anlage hat die Aufgabe, einen effizienten Betrieb bei minimalen Betriebskosten zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 8 gelöst. Die übrigen Ansprüche geben Vorzugsvarianten an.

Das Wesen der Erfindung besteht in der Verwendung eines hinter der Zuführung des Wasserstoffs bzw. des mit Wasserstoffblasen angereicherten Wassers in den Strömungsweg des Reaktors angeordneten Bereichs mit gerichteter kapillarer Struktur, der zumindest an seiner Oberfläche ein Material mit guter Hydrierbarkeit und Dehydrierbarkeit aufweist. Darüber hinaus sind Mittel vorgesehen, die eine gezielte Erhitzung des hydrierbaren bzw. dehydrierbaren Materials, insbesondere Nickel, Aluminium und/oder ein Metall der Platingruppe, erlauben.

Vorzugsweise besteht der Reaktor aus mehreren, die Reaktorpackungen aufnehmenden Zwischenzargen, zwischen denen die beheizbaren Bereiche angeordnet sind. Die Kapazität zur Absorption/Desorption von Wasserstoff im beheizbaren Bereich ist unter Berücksichtigung der Prozeßbedingungen (Druck, Temperatur) derart ausgelegt, daß dieser Wasserstoff für eine hinreichende Denitrifizierung einer solchen Wassermenge ausreicht, die sich zwischen zwei benachbarten Bereichen im gleichen Prozeßregim befindet. Dadurch soll eine möglichst effiziente Ausnutzung des eingesetzten und hochreaktiven Wasserstoffs gewährleistet werden.

Nach einer Vorzugsvariante der Erfindung steht die Einlaufzarge des Reaktors mit einem Wasserelektrolyseur vom SPE-Typ in Verbindung, die den zur Begasung des zu behandelnden Wassers benötigten Wasserstoff zur Verfügung stellt. Die Prozeßparameter des Reaktors und des Wasserelektrolyseurs werden von einer gemeinsamen Regeleinrichtung gesteuert. Zumindest ein Teilstrom des zu behandelnden Wassers sollte zur Beladung mit Wasserstoff durch den Kathodenraum des SPE-Wasserelektrolyseurs geleitet werden, wobei die Leistung des SPE-Wasserelektrolyseurs in Abhängigkeit vom Wasserdurchsatz der Gesamtanlage und der Eingangskonzentration von Nitrat/Nitrit gesteuert wird, so daß Wasserstoff in einem etwa stöchiometrischen Verhältnis zu dem umzusetzenden Nitrat/Nitrit an das durchströmende Wasser abgegeben wird.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn der SPE-Wasserelektrolyseurs Katalysatormaterial und Aktivatormaterial zur Umsetzung des im Wasser enthaltenen Nitrats und/oder Nitrits trägt und derart dimensioniert ist, daß sein Anteil am Soll-Umsatz des im Wasser enthaltenen Nitrats und/oder Nitrits wenigstens 30% beträgt. In diesem Falle müssen natürlich Mittel zur Ausschleusung des im Wasserelektrolyseur gebildeten Stickstoffgases vorgesehen sein.

Während des Betriebs der Anlage wird der beheizbare, mit hydrierbarem bzw. dehydrierbarem Material versehene Bereich für eine vorgegebene Zeitdauer auf einem unteren Temperaturniveau von wasserstoffbeladenem Rohwasser durchflutet wird, wobei Wasserstoff von dem dafür vorgesehenen Material absorbiert wird. Anschließend wird der beheizbare Bereich innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer bis zum Erreichen eines festgelegten oberen Temperaturniveaus erwärmt, wobei Wasserstoff an das vorbeiströmende Rohwasser abgegeben (desorbiert) wird. Die anschließende Abkühlung des beheizbaren Bereichs übernimmt das hindurchströmende Wasser zwischen zwei Heizperioden.

Zum Betreiben der Anlage sind zwei prinzipielle Verfahrensweisen anwendbar. Zum einen kann man die benachbarten beheizbaren Bereiche jeweils im entgegengesetzt gerichteten Prozeßregim fahren, das heißt, wenn der eine Bereich beheizt wird, dann werden die benachbarten Bereiche gerade abgekühlt und umgekehrt. Aber auch beim Einsatz nur eines beheizbaren Bereichs kann eine gleichmäßige Beladung ohne diskontinuierliche Betriebsweise erreicht werden, wenn ein Teil des Flüssigkeitsstroms über einen Bypass im Kreis gefahren wird. Zum anderen kann man zwei Reaktoren mit jeweils mehreren Absorptions-/Desorptionsbereichen parallel betreiben, wobei sich die Reaktoren jeweils im entgegengesetzt gerichteten Prozeßregim befinden, das heißt wenn sich zum Beispiel alle Bereiche des einen Reaktors in der Absorptionsphase befinden und begast werden, befinden sich alle Bereiche des anderen Reaktors in der Desorptionsphase und werden nicht begast.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anlage ist folgende:
Das Gas-Flüssigkeitsgemisch trifft entlang seines Strömungsweges auf die Kapillarstruktur und dringt darin ein. Dabei wirkt die Kapillarstruktur wie ein Zerkleinerer und Mischer für größere Gasblasen. Aufgrund der herrschenden Kapillarkräfte und einer Geschwindigkeit von vorzugsweise mehr als 0,05 m/s (bezogen auf die Viskosität von Wasser bei etwa 10°C) kommt es zu einem innigen Kontakt zwischen der Oberfläche der Kapillarstruktur und dem Gas der Gasbläschen. Trotz seiner großen inneren Oberfläche wird nur ein vergleichsweise geringer hydraulischer Widerstand verursacht, so daß relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten gefahren werden können, die die Dynamik im Grenzflächenbereich (Helmholtz-Schicht) von Flüssigphase und Wandung des Strömungskanals vorteilhaft beeinflussen. Die sogenannte Nernstsche Schichtdicke verringert sich erheblich, was zu einer bedeutenden Beschleunigung des Reaktionsablaufs führt. So bilden hohe Strömungsgeschwindigkeiten eine wichtige Voraussetzung für eine hohe Absorptionsrate, das heißt sie gewährleisten einen schnellen Einbau einer möglichst großen Gasmenge in das Kristallgefüge der Kapillarstruktur.

Nachdem eine hinreichende Menge des Gases auf einem unteren Temperatur- und/oder Druckniveau in das Material der Kapillarstruktur absorbiert ist, kann der Prozeß umgekehrt werden. Durch Erhöhung von Temperatur und/oder Druck wird die Desorption des soeben aufgenommenen Gases eingeleitet. Dabei sollte eine möglichst gleichmäßige Abgabe des Gases an den Flüssigkeitsstrom gewährleistet werden, damit eine gleichmäßige Beladung der Flüssigkeit erfolgt.

Während das absorbierte Gas vor der Kapillarstruktur noch in der gasförmigen Phase (also in Form von Bläschen) vorlag, ist das desorbierte Gas nach der Kapillarstruktur weitestgehend molekular und in klusterartigen Verbänden in der Flüssigkeit gelöst. Hierdurch wird die Reaktionsfläche zwischen Gas und Flüssigkeit um mehrere Größenordnungen vergrößert, was die notwendige Verweilzeit in einem Reaktor drastisch verringert und zu einer stark verbesserten Ausnutzung nachgeschalteter katalytischer Reaktoren führt. Mithin können erhebliche Mengen teuren Katalysatormaterials eingespart und die Größe der Anlage reduziert werden. Alternativ ist natürlich auch eine Steigerung des Anlagendurchsatzes möglich.

Untersuchungen an Strömungsreaktoren, aufgebaut aus einer Vielzahl aneinander gestapelter folienartiger Elemente auf der Basis eines sehr glatten glasmetallischen, amorphen Werkstoffs, haben ergeben, daß etwa ab einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,05 m/s in den kapillaren Kanälen optimale Reaktionsbedingungen erreicht werden. Die als Spalten ausgebildeten kapillaren Kanäle wiesen eine mittlere Weite von 0,08 mm bis 0,4 mm auf. Ähnliche Kapillarstrukturen können auch auf der Basis von keramischen Werkstoffen, Kunststoffen oder anderen Werkstoffen erzeugt werden, zum Beispiel durch Extrusion. Nach ihrer Beschichtung mit für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneten Materialien für die Absorption bzw. Desorption des entsprechenden Gases, sind auch derartige Kapillarstrukturen für den erfindungsgemäßen Zweck einsetzbar.

Der erfindungsgemäße Bereich zur alternierenden Absorption und Desorption des Wasserstoffs mit seinen im wesentlichen unidirektional gerichteten Strömungskanälen kann unter Anwendung verschiedenster Materialien auf unterschiedliche Weise gestaltet sein. Beispielsweise können die kapillaren Spalten von aufeinandergestapelten folienartigen Elementen gebildet sein, wobei die kapillaren Spalten von Profilierungen fixiert werden, die wenigstens jedes zweite der folienartigen Elemente aufweist. Solche Profilierungen können quer zur Längsachse der folienartigen Elemente verlaufende Wellungen oder Prägungen, aber auch Materialauftragungen sein. Die Materialien können nahezu beliebig gewählt werden, das heißt, entsprechend des konkreten Anwendungsfalls wird ein geeignetes Material eingesetzt. Natürlich muß die Oberfläche der Kapillarstruktur mit einer für den vorgesehenen Absorptions- und Desorptionsprozeß geeigneten Werkstoff beschichtet werden, soweit dieses Material nicht schon als Grundwerkstoff zur Herstellung der Kapillarstruktur dient.

Eine kostengünstige Methode zur Erzeugung amorpher folienartiger Bänder besteht in der Anwendung des sogenannten Schmelz-Spinn-Verfahrens. Hierdurch können auch Legierungen erzeugt werden, die man in kristalliner Form nicht erhalten würde. Dies gilt sowohl hinsichtlich der Möglichkeiten der Auswahl der Legierungspartner als auch hinsichtlich ihrer anteilmäßigen Zusammensetzung. Die Dicke derart erzeugter Bänder liegt im allgemeinen zwischen 10 µm und 100 µm. Durch das Wickeln der beschriebenen, mit Profilierungen zur kapillaren Beabstandung versehenen folienartigen Elemente zu einer Spirale entsteht eine Vielzahl quer zur Spiralebene verlaufender kapillarer Spalten.

Das durch Desorption freigesetzte feinstverteilte Gas sollte auf seinem Weg zwischen zwei erfindungsgemäßen Bereichen weitestgehend für die vorgesehene Reaktion verbraucht werden, damit möglichst nur in Gasblasen auftretendes Gas zur Absorption zur Verfügung steht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen sowie der dargestellten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematische Darstellung eines beheizbaren, kapillarstrukturierten Bereichs mit einer induktiven Heizung;

Fig. 2 schematische Darstellung eines beheizbaren, kapillarstrukturierten Bereichs mit einer Mikrowellenheizung für eine polare Flüssigkeit;

Fig. 3 schematische Darstellung eines beheizbaren, kapillarstrukturierten Bereichs mit einer Heizschlange;

Fig. 4 schematische Darstellung eines beheizbaren, kapillarstrukturierten Bereichs mit einer direkten Widerstandsheizung;

Fig. 5 schematische Darstellung eines Reaktors zur Beladung des mit Nitrat verunreinigten Wassers mit Wasserstoff, wobei das Gas-Flüssigkeitsgemisch gemeinsam dem Reaktoreinlauf zugeführt wird;

Fig. 6 schematische Darstellung eines Reaktors zur Beladung des mit Nitrat verunreinigten Wassers mit Wasserstoff, wobei Gas und Wasser dem Reaktor getrennt zugeführt werden;

Fig. 7 schematische Darstellung einer Verschaltungsvariante von zwei parallel betriebenen Reaktoren des in Fig. 6 dargestellten Typs;

Fig. 8 schematische Darstellung einer weiteren Verschaltungsvariante von zwei parallel betriebenen Reaktoren;

Fig. 9 Querschnitt durch einen Reaktor mit kapillarstrukturierten, beheizbaren Bereichen, die als paarige Elektroden ausgebildet und mit einer Wechsel spannungsquelle verbunden sind;

Fig. 9a vergrößerter Ausschnitt von Fig. 9;

Fig. 10 Anlagenschema zur Denitrifikation von Trinkwasser unter Verwendung eines Wasserelektrolyseurs und eines Nachreaktors;

Fig. 11 schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Teil eines aus folienartigen Elementen aufgebauten Absorptions-/Desorptionsbereichs bzw. einer Reaktorpackung;

Fig. 12 stark vergrößerte perspektivische Darstellung eines einzelnen folienartigen Elements mit Distanzstegen;

Fig. 13 perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer aus mehreren Packungseinheiten bestehenden Reaktorpackung;

Fig. 14 aus zwei folienartigen Bändern zu einer Spirale gewickelte Packungseinheit;

Fig. 15 aus mehreren spiralförmig gewickelten Packungseinheiten bestehende Reaktorpackung.

Grundlage der erfindungsgemäßen Anlage zur katalytischen Reduzierung von Nitrat und/oder Nitrit ist ein im Strömungsweg des Gas-Flüssigkeitsgemisches angeordneter kapillarstrukturierter Bereich, dessen Oberfläche zumindest teilweise aus einem Material mit guter Absorptions- und Desorptionsfähigkeit für den dem Flüssigkeitsstrom zugegebenen Wasserstoff besteht. Diesen Bereich wird periodisch erhitzt und abgekühlt, so daß das betreffende Material den Wasserstoff abwechselnd absorbiert beziehungsweise desorbiert.

Die schematischen Darstellungen der Fig. 1 bis 4 zeigen beheizbare kapillarstrukturierte Bereiche 1a, 1b, 1c, 1d, die von einem Gas-Flüssigkeitsgemisch, bestehend aus der Flüssigkeit 2 und den Gasbläschen 3, durchströmt werden. Dabei ist angedeutet, daß die Gasbläschen idealerweise während einer Absorptionsphase vollständig von der Kapillarstruktur des Bereichs 1a, 1b, 1c, 1d absorbiert werden und daß das Gas während einer Desorptionsphase in feinster Verteilung an die Flüssigkeit abgegeben wird, so daß das Gas dann im Fluidstrom 2′ weitestgehend in gelöster, das heißt, in molekularer Form vorliegt. Alle dargestellten Varianten sind auf eine Temperaturwechselabsorption ausgerichtet; sie verwenden jedoch unterschiedliche physikalische Prinzipien zur Beheizung des kapillaren Bereichs 1.

In Fig. 1 ist eine induktive Beheizung 10a des gut elektrisch leitenden Bereichs 1a angedeutet. Mit Hilfe magnetischer Wechselfelder, die kräftige Wirbelströme hervorrufen, erfolgt die Erwärmung des Bereichs 1a. Da die Eindringtiefe der Wirbelströme und somit die Tiefe der erwärmten Schicht frequenzabhängig ist, kann bei Bedarf eine rasche Erwärmung der oberflächennahen Schicht, in der die Absorptions- und Desorptionsvorgänge ablaufen, erreicht werden.

Gemäß Fig. 2 ist zur Beheizung des Bereichs 1b eine Mikrowellenheizung 10b vorgesehen, wobei zunächst das Wasser 2 erwärmt wird, die ihrerseits einen Teil der Wärme an den Bereich 1b abgibt, wenn sie diesen entlang des Strömungsweges 20 passiert. Bei der Dimensionierung derartiger Heizungen ist zu berücksichtigen, daß die Eindringtiefe von der Wellenlänge des Mikrowellenfeldes abhängt.

Ebenfalls indirekt erfolgt die Erwärmung des Bereichs 1c in Fig. 3. Eine konventionelle Heizschlange 10c wird periodisch mit Energie versorgt und erwärmt so das vorbeiströmende Wasser 2. Nach Beendigung jeder einzelnen Heizphase kommt es aufgrund der kälteren Fluidströmung zu einer Abkühlung des Bereichs 1c, so daß eine neuerliche Absorption von Wasserstoff erfolgen kann. Da keine separaten Mittel zur Kühlung der Bereiche 1a, 1b, 1c, 1d vorgesehen sind, übernimmt die Fluidströmung diese Aufgabe auch in den anderen Ausführungsbeispielen.

In Fig. 4 ist eine direkte Widerstandsheizung 10d unter unmittelbarer Einbeziehung des elektrisch leitenden Materials des kapillaren Bereichs 1d angedeutet. Eine Erwärmung tritt also auf infolge ohmscher Leistungsverluste.

Die beheizbaren Absorptionsbereiche des im Querschnitt in Fig. 9 dargestellten Reaktors sind von jeweils zwei scheibenförmigen Elektroden 1e′, 1e′′ mit einer gerichteten Kapillarstruktur gebildet, deren Strömungskanäle sich im wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung erstrecken. Die Elektroden 1e′, 1e′′ können einen Aufbau besitzen, wie er beispielsweise in Fig. 14 dargestellt und weiter unten beschrieben ist. Während der Heiz- bzw. Desorptionsphase werden die Elektroden 1e′, 1e′′ von einer Wechselspannungs quelle gespeist, die mit einer Steuerungseinrichtung in Verbindung steht. Die Wechselspannungsfrequenz und Höhe der Spannung sind so gewählt, daß keine Elektrolyseprodukte entstehen können.

Der Reaktor besteht im wesentlichen aus mehreren Zwischenzargen 3, zwischen denen die beheizbaren Bereiche 1e′, 1e′′ angeordnet sind. An den Enden ist der Reaktor von einer Einlaufzarge 31 bzw. einer Auslautzarge 32 begrenzt. Es sinnvoll, den Raum in den Zwischenzargen 3 mit einer katalytischen Packung auszufüllen, die, ebenso wie die schon beschriebenen Absorptions-/Desorptionsbereiche 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′), eine gerichtete Kapillarstruktur aufweisen.

Um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden, sind sowohl zwischen den Kapillarspaltelek troden 1e′, 1e′′ selbst, als auch zwischen den angrenzenden (nicht dargestellten) Reaktorpackungen in den Zwischenzargen 3 Abstandshalter 11, 12 angeordnet. Zur Verdeutlichung ist dies in einem vergrößerten Ausschnitt in Fig. 9a dargestellt. Die Stromversorgung der Elektroden 1e′, 1e′′ erfolgt über die am Umfang anliegenden Elektrodenringe 10e′, 10e′′.

Nachfolgend werden Möglichkeiten zum Aufbau der kapillarstrukturierten Absorptions-/De sorptionsbereiche 1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′ sowie der bei Bedarf einzusetzenden Reaktorpackungen angegeben. Eine erste Gestaltungsvariante besteht in der parallelen Anordnung einer Vielzahl von folienartigen Elementen 4a, 4b, wobei sich gerade Elemente 4a und durch Wellungen profilierte Elemente 4b abwechseln. Fig. 11 zeigt einen stark vergrößerten Ausschnitt der beschriebenen Anordnung. Hierbei bilden sich zwischen den Elementen 4a, 4b kapillare Strömungskanäle 40a, deren Querschnitt von der Höhe der Wellungen abhängig ist. Durch Zusammendrücken der aneinandergelagerten folienartigen Elemente kann der Querschnitt der kapillaren Strömungskanäle 40a praktisch beliebig reduziert und so optimal an die jeweils herrschenden Bedingungen angepaßt werden.

Soweit eine metallische Kapillarstruktur vorgesehen ist, läßt sich diese in vielen Fällen besonders günstig durch bandförmige Folien-Elemente 4a, 4b herstellen, die nach dem sogenannten Schmelz-Spinn-Verfahren erzeugt wurden. Dabei wird die gewünschte Legierung, gegebenenfalls unter Zusatz von Katalysator- und Aktivatormaterial, im flüssigen Zustand aus einer Kokille auf eine rotierende, gekühlte Trommel gegeben, wo die Schmelze mit einer Geschwindigkeit von ca. 1 Mio°K pro Sekunde abgeschreckt und der amorphe Zustand der Schmelze eingefroren wird. Das Material weist eine vergleichsweise glatte Oberfläche auf. Derzeit kann es mit einer Dicke von ca. 10 µm bis 120 µm und einer Breite bis zu ca. 0,5 m hergestellt werden.

Fig. 12 zeigt ein Beispiel aus einer Vielzahl von Möglichkeiten zur Anformung von Profilelementen, die den kapillaren Abstand zwischen den benachbarten folienartigen Elementen gewährleisten. Danach stellen die Distanzstege 41 des Elements 4c quer über dessen Breite 42 verlaufende Materialerhebungen dar. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Höhe der Distanzelemente 41, welche den kapillaren Abstand definiert, etwa der Dicke 43 des Elements 4c. Die geometrischen Abmessungen der Elemente sind im wesentlichen von der Wahl des Werkstoffs und dem Herstellungsverfahren der Folienelemente abhängig. Neben metallischen Werkstoffen können auch Kunststoffe und keramische Werkstoffe zum Einsatz kommen. Bei Anwendung eines Extrusions- oder Strangpreßverfahrens, beispielsweise bei dem ein Formwerkzeug zum Einsatz kommt, sollten die Distanzstege 41 schon während des urformgebenden Prozesses angeformt werden, so daß die Distanzstege 41 entlang der Längserstreckung des Bandes verlaufen. Bei einem durch Walzen hergestellten Element könnte die profilerzeugende Matrize der Walzenoberfläche auch so beschaffen sein, daß sich die Distanzstege 41 quer zur Längsachse des Bandes erstrecken.

Fig. 13 zeigt schematisch eine aus vier Packungseinheiten 44 bestehende Reaktorpackung, deren kapillare Struktur aus den voranbeschriebenen folienartigen Elementen 4a, 4b oder 1c oder ähnlichen Elementen aufgebaut wurde. Ihre, den kapillaren Abstand 40 zwischen benachbarten Elementen 4 gewährleistenden Profilierungen (Wellungen oder Distanzstege) erstrecken sich parallel zur Strömungsrichtung 20 der Reaktanten und damit quer zur Längserstreckung der bandförmigen Elemente 4. Die übereinander gestapelten Packungseinheiten 44 sind zu den benachbarten jeweils um 90 Grad verdreht, so daß sich die einzelnen Elemente 4 kreuzen.

Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung einer kapillaren Struktur auf der Basis folienartiger Elemente 4a, 4b zeigt Fig. 14. Dementsprechend werden das gerade, unprofilierte bandförmige Element 4a und das gewellte Element 4b gemeinsam zu einer spiralförmigen Packungseinheit 44a gewickelt, die aufgrund ihrer kreisrunden äußeren Kontur besonders für den Einsatz in einem zylindrischen Reaktor geeignet ist. Fig. 15 stellt eine aus mehreren gewickelten Packungseinheiten 44a aufgebaute Reaktorpackung dar. Auch hier können die kapillaren Strömungskanäle 40a durch mehr oder weniger straffes Wickeln dimensioniert und so an die herrschenden Bedingungen angepaßt werden.

Beim Einsatz eines Reaktors gemäß den Fig. 9 und 9a zur Denitrifizierung von Trinkwasser kommen aus Elektrodenpaaren 1e′, 1e′′ bestehende Absorptions-/Desorp tionsbereiche zur Anwendung, deren Kapillarstruktur der von Fig. 14 entspricht. Als Ausgangsmaterial dienen amorphe Bänder mit einer Breite von etwa 5 mm. Unter den gegebenen Bedingungen wurden Zyklen mit einer Dauer von etwa 30 Sekunden erfolgreich getestet, wobei ein Zyklus die Absorptions- und Desorptionsphase umfaßt. In Abhängigkeit von der Dimensionierung der Anlage und den Prozeßbedingungen können auch kürzere Zyklen, etwa von 10 Sekunden Dauer, oder deutlich längere Zyklen mit einer Dauer von einigen Minuten zweckdienlich sein. In jedem Falle sollte man aber dafür sorgen, daß eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der gerichteten kapillaren Strömungskanäle 40, 40a herrscht, um optimale hydraulische Stoffaustauschbedingungen zu gewährleisten.

Hohe Strömungsgeschwindigkeiten beeinflussen die Dynamik im Grenzflächenbereich (Helmholtz-Schicht) von Flüssigphase und Wandung des Strömungskanals vorteilhaft. Die sogenannte Nernstsche Schichtdicke verringert sich erheblich, was insbesondere bei katalytischen Prozessen zu einer erheblichen Beschleunigung des Reaktionsablaufs führt. Untersuchungen haben ergeben, daß etwa ab einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,05 m/s in den kapillaren Kanälen optimale Reaktionsbedingungen erreicht werden. Die als Spalten ausgebildeten kapillaren Kanäle wiesen eine mittlere Weite von 0,08 mm bis 0,4 mm auf. Es versteht sich von selbst, daß die genannte Strömungsgeschwindigkeit nur einen Richtwert darstellen kann. Die jeweils optimale Strömungsgeschwindigkeit sollte unter realen Prozeßbedingungen und unter Einsatz des vorgesehenen Reaktors ermittelt werden.

Nach einer Vorzugsvariante der Erfindung ist die Zyklusdauer zur Absorption und Desorption des Wasserstoffs derart mit der Verweilzeit der Flüssigkeit abgestimmt, daß der Flüssigkeitsstrom während der Zyklusdauer in etwa die Distanz zwischen zwei Bereichen 1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′ überbrückt, die sich in der gleichen Arbeitsphase, also Absorptions- oder Desorptionsphase, befinden. Dadurch wird sichergestellt, daß die Flüssigkeit gleichmäßig mit feinstverteiltem, molekular desorbiertem Gas angereichert wird.

Fig. 5 zeigt die schematische Darstellung eines Reaktors für eine Anlage zur Denitrifizierung von Trinkwasser. Er besteht aus mehreren Zwischenzargen 3, denen beheizbare Bereiche 1, 1′, 1′′ vorgeschaltet sind. An die untere Einlaufzarge 31 ist eine Leitung 310 für das mit Nitrat belastete Rohwasser angeschlossen, dem Wasserstoffgas zugemischt wurde. Das obere Ende des Reaktors wird von einer Auslaufzarge 32 gebildet, über die das aufbereitete Wasser abgeleitet wird.

Gemäß dieser Darstellung befindet sich der untere Bereich 1 in der Desorptionsphase, da er aufgeheizt wird, was durch die Richtung des Wärmestroms Q angedeutet ist. Die Wärmezufuhr kann beispielsweise nach einer der bereits beschriebenen Methoden erfolgen. Am vorteilhaftesten sind jedoch diejenigen Methoden, welche das kapillarstrukturierte Material direkt, vorzugsweise nur in einem begrenzten Oberflächenbereich erwärmen und somit eine nur unwesentliche Erhitzung der Fluidströmung verursachen.

Durch die Temperaturerhöhung des Materials des Bereichs 1 verringert sich dessen Speicherkapazität für Wasserstoff. Der desorbierte Wasserstoff wird von der Kapillarstruktur des Bereichs 1 an das vorbeiströmende Wasser in feinster, blasenfreier Form abgegeben. Er bildet für das gelöste Nitrat eine weitaus größere Reaktionsfläche als die gleiche Menge Wasserstoff in Form von Gasbläschen, auch wenn diese einen Durchmeser von nur wenigen Mikrometern aufweisen würden. Bei der Reaktion des Wasserstoffs mit Nitrat an einem Katalysator entstehen Wasser und Stickstoff.

Da sich der Bereich 1 definitionsgemäß in der Desorptionsphase befindet, kann er natürlich kein Wasserstoffgas aus den Bläschen aufnehmen und muß diese passieren lassen. Der darüberliegende Bereich 1′ befindet sich zu diesem Zeitpunkt in der entgegengesetzten, nämlich in der Absorptionsphase, was durch den entsprechend angedeuteten Wärmestrom Q verdeutlicht werden soll. Das Material dieses Bereichs 1, wird durch den Flüssigkeitsstrom abgekühlt, wodurch dieser wieder in die Lage versetzt wird, einen Teil des Wasserstoffs aus den aufsteigenden Gasbläschen zu absorbieren, so daß das Gas-Flüssigkeitsgemisch 2′′ zwischen den Bereichen 1′ und 1′′ eine verringerte Menge gasförmigen Wasserstoffs enthält. In dem Gas-Flüssigkeitsgemisch 2′′′ nach dem Bereich 1′′ sollte nach Möglichkeit kein gasförmiger Wasserstoff (in Form von Gasbläschen) mehr vorkommen.

Die Dimensionierung des Reaktors sollte so erfolgen, daß der desorbierte, in gelöster Form vorliegende Wasserstoff weitestgehend innerhalb einer Zwischenzarge 3 umgesetzt wird, damit er bei Erreichen des nächsten (absorbierenden) Bereichs 1′ nicht zur Absorption zur Verfügung steht. Besonders geeignet sind Katalysatorpackungen, die - ebenso wie die Absorptions-/Desorptionsbereiche 1, 1′, 1′′ - eine gerichtete Kapillarstruktur aufweisen.

Auch die Erfindungsvariante gemäß Fig. 6 bezieht sich auf einen Reaktor zur Trinkwasseraufbereitung, bei der jedoch Rohwasser und Wasserstoff getrennt zugeführt werden. Über die Einlaufzarge 31 wird der Reaktor mit Rohwasser gespeist und passiert auf seinem Weg zur Auslaufzarge 32 nacheinander mehrere Absorptions-/Desorptionsbereiche 1, 1′, 1′′, 1′′′, zwischen denen Zwischenzargen 3 mit (nicht dargestellten) katalytisch wirkenden Reaktorpackungen angeordnet sind. Das Wasserstoffgas wird in den Reaktor separat eingeleitet, und zwar direkt mittels unterhalb der Bereiche 1, 1′, 1′′, 1′′′ angeordneter Gasverteiler 5, 5′, 5′′, 5′′′. Die Gaszufuhr zu den einzelnen Bereichen 1,1′, 1′′, 1′′′ ist über die Ventile 50, 50′, 50′′, 50′′′ derart gesteuert, daß nur diejenigen Bereiche 1′, 1′′′ mit Wasserstoff versorgt werden, die sich in der Absorptionsphase befinden. Die desorbierenden Bereiche 1, 1′′ werden in dieser Phase erhitzt und geben molekularen Wasserstoff an den Fluidstrom ab. Dieser reagiert unter Einwirkung des in den Zwischenzargen vorgesehenen Katalysators unter Bildung von Wasser und Stickstoffgas mit dem gelösten Nitrat. Der gebildete Stickstoff konzentriert sich im oberen Teil der Zwischenzarge 3 und sollte unmittelbar unterhalb der Gasverteiler 5, 5′, 5′′, 5′′′ mittels Gasausschleuser 6, 6′, 6′′ aus dem Reaktor entfernt werden, um negative Auswirkungen auf die Effektivität des Absorptionsprozesses in den Bereichen 1, 1′, 1′′, 1′′′ zu vermeiden.

Die benachbarten Bereiche 1, 1′, 1′′, 1′′′ befinden sich jeweils im entgegengesetzten Prozeßregim, das in einem festgelegten Zyklus wechselt, so daß trotz der diskontinuierlichen Elemente des Prozesses der Gesamtprozeß im Reaktor quasi kontinuierlich abläuft, da von den Bereichen 1, 1′, 1′′, 1′′′ des Reaktors praktisch stets die gleiche Menge Wasserstoff absorbiert beziehungsweise desorbiert wird. Vorzugsweise ist die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers so eingestellt, daß während eines Absorptions-/Desorptionszyklus′ die Distanz zwischen zwei Bereichen 1, 1′, 1′′, 1′′′ zurückgelegt wird, die sich im selben Prozeßregim, also in der Desorptions- oder in der Absorptionsphase befinden.

Eine Parallelschaltung des voran beschriebenen Reaktoraufbaus mit den Reaktoren 300l, 300r ist in Fig. 7 dargestellt. An einer gemeinsamen Gaszuleitung 500 sind die Gasverteiler 5, 5′, 5′′, 5′′′ beider Reaktoren 300l, 300r angeschlossen. Im übrigen gilt die Beschreibung zu Fig. 6 analog.

Im Unterschied zur voran beschriebenen Ausführungsvariante befinden sich gemäß Fig. 8 sämtliche Bereiche 1 eines der beiden parallelgeschalteten Reaktoren 300l, 300r im selben Prozeßregim, wobei sich jeweils der eine Reaktor 300l in der Absorptionsphase befindet und die entsprechenden Bereiche 1 mit Wasserstoffgas begast werden, während die Bereiche 1 des anderen Reaktors 300r zur selben Zeit Wasserstoff desorbieren. Vorzugsweise ist die Anlage so ausgelegt daß während der Zeit eines Prozeßzyklus′ der Bereiche 1 der Fluidstrom die Distanz zwischen zwei benachbarten Bereichen 1 zurücklegt. So wird bei einfacher Prozeßführung und geringem apparativen Aufbau eine gleichmäßige Beladung des Flüssigkeitsstroms mit Wasserstoff gewährleistet.

Fig. 10 stellt ein Anlagenschema zur Denitrifikation von Trinkwasser unter Verwendung eines Wasserelektrolyseurs 7 zur direkten Beladung des Wassers mit Wasserstoff dar.

Darüber hinaus verwendet die Anlage einen dem Reaktor 300 nachgeschalteten Nachreaktor 9, in dem in wirtschaftlicher Art und Weise der Restumsatz erfolgen soll.

Danach wird der Wasserelektrolyseur (vorzugsweise vom SPE-Typ) über die Zuleitung 70, 71 mit Rohwasser beschickt das zu entfernendes Nitrat und/oder Nitrit enthält. Ein Bypass 72 ermöglicht, einen Teil des Rohwassers unter Umgehung des Elektrolyseurs 7 dem nachgeschalteten Reaktor 300 zuzuführen, nachdem es in der Leitung 310 mit dem wasserstoffbeladenen Wasser vermischt wurde. Dieser Bypassstrom kann beispielsweise dann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn aus Gründen des gewünschten Gesamtumsatzes an NO₃ oder des Druckverlustes die Hindurchführung der gesamten Rohwassermenge durch den Elektrolyseur 7 die wirtschaftliche Fahrweise der Anlage in Frage stellen würde. Natürlich ist sicherzustellen, daß der Elektrolyseur 7 entsprechend der Gesamtmenge an umzusetzendem Nitrat und/oder Nitrit im gesamten Rohwasserstrom genügend Wasserstoff produziert.

Der Vorteil der direkten Begasung des Rohwassers mit Wasserstoff liegt insbesondere darin, daß die Fluidströmung des Rohwassers die Gasblasen des Wasserstoffs von der Kathode mitreißt, sobald diese den kritischen Blasenablösedurchmesser erreicht haben; eine Koagulation der Wasserstoffblasen wird weitestgehend verhindert. Somit wird eine außergewöhnlich feine und gleichmäßige Verteilung der Wasserstoffbläschen erzielt, was sich vorteilhaft auf die Absorptionsbedingungen der erfindungsgemäßen Bereiche 1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′ auswirkt.

Gesteuert wird die Wasserstoffproduktion von einer Meß- und Regeleinrichtung 91, die über eine Signalleitung 91c mit dem Stromsteller 77 in Verbindung steht, mittels dem die elektrische Leistung des Elektrolyseurs 7 eingestellt wird. Grundlage hierfür sind zwei Meßstellen 910, 911 zur Ermittlung des Nitrat- und/oder Nitritgehalts im Rohwasserzulauf 70, 72 beziehungsweise im Trinkwasser der Leitung 90. Diese Meßstellen 910, 911 stehen über die Meßstrecken 91a, 91b mit der Meß- und Regeleinrichtung 91 in Verbindung. Sie stellt sicher, daß entsprechend dem abzubauenden Nitrat/Nitrit im richtigen stöchiometrischen Verhältnis Wasserstoff produziert wird.

Über die Zuleitung 73, in der - falls erforderlich - eine Pumpe 75 angeordnet ist, wird der Anodenraum des Elektrolyseurs 7 aus dem Tank 76 mit destilliertem Wasser versorgt. Am Kopf des Anodenraums zweigt eine Leitung 74 ab, die in den Tank 76 gasförmigen Sauerstoff und destilliertes Wasser zurückführt. Über die Leitung 700 strömt der Sauerstoff ins Freie, falls er nicht in nachgeschalteten Speichern aufgefangen oder weiterverarbeitet wird.

Aus dem Elektrolyseur 7 gelangt das wasserstoffbeladene Wasser über die Leitung 310 in den Reaktor 300, der mit einer Kapillarstruktur ausgestattet ist. Zumindest seine Oberfläche weist für den Abbau von Nitrat und/oder Nitrit geeignete Katalysatoren und Aktivatoren auf. Die Kapazität des Strömungsreaktors 300 ist so dimensioniert, daß wenigstens 30%, vorzugsweise 50 bis 60% des Sollumsatzes darin erbracht werden können. Der Restumsatz soll in einem Nachreaktor 4 erfolgen, der über die Leitung 320 mit dem vorbehandelten Wasser versorgt wird, das den Kopf des Reaktors 300 nach abgeschlossener Behandlung verläßt. Zuvor ist jedoch der im Reaktor 300 gebildete Stickstoff über die Leitung 600′ aus der Anlage auszuschleusen.

Der Nachreaktor 9 weist keine Katalysatoren, sondern ausschließlich Aktivatoren auf. Seine Packung sollte vorzugsweise ebenfalls kapillarstrukturiert sein. Der darin gebildete Stickstoff verläßt die Anlage über die Leitung 600′′.

Bezugszeichenliste

1 beheizbarer Bereich
1a beheizbarer Bereich
1b beheizbarer Bereich
1c beheizbarer Bereich
1d beheizbarer Bereich
1e′ Teil des beheizbaren Bereichs, Elektrode
1e′′ Teil des beheizbaren Bereichs, Elektrode
1′ beheizbarer Bereich
1′′ beheizbarer Bereich
1′′′ beheizbarer Bereich
10a induktive Heizung
10b Mikrowellenheizung
10c Heizschlange
10d direkte Widerstandsheizung
10e′ Elektrodenring
10e′′ Elektrodenring
11 Abstandshalter
12 Abstandshalter
13 Lochdeckel
14 Lochdeckel
2 Flüssigkeit vor einem beheizbaren Bereich
2′ Gas-Flüssigkeitsgemisch nach bzw. zwischen zwei beheizbaren Bereichen
2′′ Gas-Flüssigkeitsgemisch zwischen zwei beheizbaren Bereichen
2′′′ Gas-Flüssigkeitsgemisch zwischen zwei beheizbaren Bereichen
20 Strömungsrichtung
3 Zwischenzarge
31 Einlaufzarge
32 Auslaufzarge
300 Reaktor
300l (linker) Reaktor
300r (rechter) Reaktor
310 Zuleitung für Gas-Flüssigkeitsgemisch
320 Ableitung für Flüssigkeit
4 folienartiges Element
4a folienartiges Element
4b folienartiges Element
4c folienartiges Element
40 kapillare Strömungskanäle, Spalten
40a kapillare Strömungskanäle, Spalten
40b kapillare Strömungskanäle, Spalten
41 Distanzsteg
42 Breite des folienartigen Elements
43 Dicke des folienartigen Elements
44 Packungseinheit
44a Packungseinheit
5 Gasverteiler
5′ Gasverteiler
5′′ Gasverteiler
5′′′ Gasverteiler
50 Ventil vor dem Gasverteiler
50′ Ventil vor dem Gasverteiler
50′′ Ventil vor dem Gasverteiler
50′′′ Ventil vor dem Gasverteiler
50l Ventil
50r Ventil
500 Gaszuleitung
500l Gaszuleitung
500r Gaszuleitung
6 Gasausschleusung (für Reaktionsprodukte)
6′ Gasausschleusung (für Reaktionsprodukte)
6′′ Gasausschleusung (für Reaktionsprodukte)
6′′′ Gasausschleusung (für Reaktionsprodukte)
60 Ventil nach Gasausschleusung
60′ Ventil nach Gasausschleusung
60′′ Ventil nach Gasausschleusung
60′′′ Ventil nach Gasausschleusung
600 Ableitung für gasförmige Reaktionsprodukte
600′ Ableitung für gasförmige Reaktionsprodukte
600′′ Ableitung für gasförmige Reaktionsprodukte
7 Wasserelektrolyseur
70 Rohwasserzulauf
71 Zuleitung
72 Bypass
73 Zuleitung
74 Leitung
75 Pumpe
76 Tank für destilliertes Wasser
77 Stromsteller
700 Ableitung für Sauerstoff
8 Stromversorgung
80 elektrische Schalter
9 Nachreaktor
90 Ableitung für aufbereitetes Wasser, Trinkwasser
91 Meß- und Regelungseinrichtung
91a Meßstrecke zur Nitrat-/Nitritmessung im Rohwasser
91b Meßstrecke zur Nitrat-/Nitritmessung im Trinkwasser
91c Signalleitung zur Steuerung des Stromstellers
910 Meßsteile zur Nitrat-/Nitritmessung in Rohwasser
911 Meßstelle zur Nitrat-/Nitritmessung in Trinkwasser
H₂ Wasserstoff
H₂O Wasser
N₂ Stickstoff
NO₃ Nitrat
Q Wämestrom

Claims

1. Anlage zur katalytischen Reduzierung von Nitrat und/oder Nitrit in mit Wasserstoff beladenem Wasser nach Anspruch 1, bestehend im wesentlichen aus

- einer Quelle für gasförmigen Wasserstoff,
- einer Begasungseinrichtung zur möglichst homogenen Beladung des zu behandelnden Wassers mit Wasserstoff,
- einem Reaktor zur katalytischen Umsetzung von Nitrat und/oder Nitrit an einem Katalysatorträger (Reaktorpackung) mit kapillarer Struktur und
- einer Gasausschleusung am Kopf des Reaktors zur Abführung des bei der Reaktion gebildeten Stickstoffs sowie
- Mitteln zum Steuern und Regeln der Anlage, dadurch gekennzeichnet:,

daß hinter der Zuführung des Wasserstoffs bzw. des mit Wasserstoffblasen angereicherten Wassers in den Strömungsweg des Reaktors wenigstens ein Bereich (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) mit gerichteter Kapillarstruktur angeordnet ist, der zumindest an seiner Oberfläche ein Material mit guter Hydrierbarkeit beziehungsweise Dehydrierbarkeit aufweist, und daß Mittel (10a, 10b, 10c, 10d, 10e′, 10e′′) zur Erhitzung dieses Bereichs (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) vorgesehen sind.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die kapillare Struktur des beheizbaren Bereichs (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) ein Material eingesetzt wird, das Nickel, Aluminium und/oder einem Metall der Platingruppe enthält.

3. Anlage nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor aus mehreren, die Reaktorpackungen (44, 44a) aufnehmenden Zwischenzargen (3) aufgebaut ist, zwischen denen die beheizbaren Bereiche (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) angeordnet sind, und daß die äußeren Zwischenzargen (erste und letzte Zwischenzarge) jeweils von einem Lochboden (14) sowie einer Einauf- bzw. Auslaufzarge (31, 32) begrenzt sind.

4. Anlage nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität zur Absorption/Desorption von Wasserstoff im beheizbaren Bereich (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) unter Berücksichtigung der Prozeßbedingungen (Druck, Temperatur) derart ausgelegt ist, daß dieser Wasserstoff für eine hinreichende Denitrifizierung einer solchen Wassermenge ausreicht, die sich zwischen zwei benachbarten Bereichen (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) im gleichen Prozeßregim befindet.

5. Anlage nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaufzarge (31) des Reaktors (300) mit einem Wasserelektrolyseur (7) vom SPE-Typ in Verbindung steht, der zur Begasung des zu behandelnden Wassers mit Wasserstoff vorgesehen ist.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der SPE- Wasserelektrolyseurs (7) Katalysatormaterial und Aktivatormaterial zur Umsetzung des im Wasser enthaltenen Nitrats und/oder Nitrits trägt und daß die Zuleitung (71) des Kathodenraums mit der Rohwasserzuführung (70) in Verbindung steht, während der Auslauf (310) des Kathodenraumes in die Einlaufzarge des Reaktors (300) mündet.

7. Anlage nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der SPE- Wasserelektrolyseurs (7) derart dimensioniert ist, daß sein Anteil am Soll-Umsatz des im Wasser enthaltenen Nitrats und/oder Nitrits wenigstens 30% beträgt und daß der Wasserelektrolyseur (7) Mittel zur Ausschleusung des darin gebildeten Stickstoffgases aufweist.

8. Verfahren zum Betreiben der Anlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der beheizbare Bereich (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) für eine vorgegebene Zeitdauer auf einem unteren Temperaturniveau von wasserstoffbeladenem Rohwasser durchflutet wird, wobei Wasserstoff von dem dafür vorgesehenen Material absorbiert wird, und daß anschließend dieser beheizbare Bereich (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer bis zum Erreichen eines oberen Temperaturniveaus erwärmt wird, wobei Wasserstoff an das vorbeiströmende Rohwasser abgegeben wird, und daß die Abkühlung des beheizbaren Bereichs (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) durch das hindurchströmende Wasser zwischen zwei Heizperioden erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die benachbarten beheizbaren Bereiche (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) jeweils im entgegengesetzt gerichteten Prozeßregim befinden, das heißt, wenn der eine beheizbare Bereich (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) beheizt wird, dann werden die benachbarten Bereiche (1, 1′, 1′′, 1′′′, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e′, 1e′′) gerade abgekühlt und umgekehrt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß daß wenigstens zwei Reaktoren (300l, 300r) mit jeweils mehreren Absorptions-/Desorptionsbereichen (1, 1′, 1′′, 1′′′) parallel betrieben werden, wobei sich die Reaktoren (300l, 300r) jeweils im entgegengesetzt gerichteten Prozeßregim befinden, das heißt, wenn sich zum Beispiel alle Bereiche (1, 1′, 1′′, 1′′′) des einen Reaktors (300l) in der Absorptionsphase befinden und begast werden, befinden sich alle Bereiche (1, 1′, 1′′, 1′′′) des anderen Reaktors (300r) in der Desorptionsphase und werden nicht begast.

11. Verfahren nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teilstrom des zu behandelnden Wassers zur Beladung mit Wasserstoff durch den Kathodenraum des SPE-Wasserelektrolyseurs (7) geleitet wird und daß die Leistung des SPE-Wasserelektrolyseurs (7) in Abhängigkeit vom Wasserdurchsatz der Gesamtanlage und der Eingangskonzentration von Nitrat/Nitrit gesteuert wird, so daß Wasserstoff in einem etwa stöchiometrischen Verhältnis zu dem umzusetzenden Nitrat/Nitrit an das durchströmende Wasser abgegeben wird.