-
Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Wasser Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Reinigen von Wasser von darin befindlichem Eisen mit Hilfe von
Sauerstoff und durch Hindurchsehicken des Wassers durch einen Filtriermaterial enthaltenden
Behälter.
-
Das Wasser in Gewässern und das Grundwasser sind mitunter derart
rein, daß sie so wie sie sind dem Verbrauch zugeleitet werden können. Häufig liegt
jedoch insbesondere im Grundwasser gelöstes Eisen vor, welches man entfernen muß,
ehe das Wasser verwendet werden kann. Herkömmlich wird das Eisen aus dem- Wasser
in einer Reinigungsanlage entfernt, in der dem Wasser Sauerstoff zugesetzt wird,
der das Eisen als Eisenhydroxid niederschlägt.
-
Der Sauerstoff kann dem Wasser entweder in Form von reinem Sauerstoff
zugegeben werden oder durch Belüften des Vjassers, indem man dieses durch eine treppenartige
Konstruktion hindurchleitet.
-
Anschließend an das Ausfällen des Eisenhydroxids wird das Wasser beispielsweise
filtriert, indem man es durch eine oder mehrere Sandschichten hindurchleitet. Dieses
herkömmliche Verfahren zur Entfernung von Eisen aus hasse hat den Nachteil, daß
die Reinigungsanlage hohe Änlagekosten bedingt. Ferner sind damit erhöhte Betriebskosten
verbunden, da die Sandschichten von Zeit zu Zeit
zwecks Entfernung
des abgesetzten Eisenhydroxids regeneriert werden müssen.
-
Ein zweites, besser brauchbares Verfahren zum Entfernen von Eisen
aus Grundwasser ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3 649 533 bekannt. Gemäß
diesem Verfahren wird das Eisen bereits im Erdboden ausgefällt. Dies erfolgt auf
die eise, daß in die einen Rohrbrunnen umgebende, Grundwasser führende Erdschicht
Rohre hineingetrieben werden, durch die man der den Brunnen umgebenden Erdschicht
Oxydationswasser zuführt. Beim Anwenden des Verfahrens sind die Anlagekosten und
die Betriebskosten geringer als bei dem herkömnlichen Verfahren, aber immerhin noch
von einer merklichen Größenordnung, da die Rohrsysteme verhältnismäßig große Länge
haben und darin eine reichliche Zahl von Ventilen benötigt wird.
-
Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, Eisen aus dem
Viasser mit beträchtlich geringerem Kostenaufwand zu entfernen. Dabei wird der Prozeß
der Eisenentfernung völlig beherrschbar, was dagegen bei den zuvor bekannten Verfahren
nicht der Fall ist.
-
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Durchdrjjcken
des Wassers durch den Behälter von Zeit zu Zeit abgestellt und während dieser Zeit
sauerstoffhaltiges Wasser durch einen Teil dieses Behälters hindurchgeleitet wird.
-
Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß nur durch einen
Teil des Behälters sauerstoffhaltiges Wasser oder Oxydationswasser geschickt wird.
-
Die wirkung dieser Maßnahme besteht darin, im Piltriermaterial eine
Grenzfläche hervorzubringen#, auf deren einer Seite das Filtriermaterial bezüglich
des Eisens reduzierend und auf der anderen Seite oxydierend ist. Gerade an dieser
Grenzfläche leben die nisenbakterien, an deren Rhizomorphen ich das Eisen niederschlägt.
An der Grenzfläche beträgt das Oxydations-Reduktionspotential
in
der Eh-Skala etwa 230 Millivolt. Die Stärke des wirksamen Bereichs an der Grenzfläche
beträgt nur wenige Zentimeter. Wenn das zu reinigende Wasser die Grenzfläche durchfließt,
findet die Eisenfällung praktisch momentan statt. Auf der einen Seite der Grenzfläche
ist das Wasser eisenhaltig und auf der gegenüberliegenden Seite ist. es eisenfrei.
-
Beim Anwenden des Verfahrens gemäß der Erfindung ist die Lage besagter
Grenzfläche nicht unveränderlich, sondern sie verschiebt sich so, daß der oxydierte
Bereich des Filtriermaterials kleiner wird. Die Verschiebung der Grenzfläche erfolgt
jedoch sehr langsam, und zwar um ein Vielfaches langsamer als es gemäß einer theoretischen
Berechnung an Hand der zugeführten Sauerstoffmenge und der ausgefällten Eisenmenge
zu erwarten ist.
-
Die langsame Verschiebung der Grenzfläche ist den Eisenbakterien
zuzuschreiben, die vermöge eines nicht genauer bekannten Prozesses Eisen zurückhalten.
Mit der Zeit aber verschwindet die --enzfläche aus dem Filtriermaterial, wobei man
dann aufs Neue sauerstoffhaltiges Wasser durch einen Teil des Behälters hin durenleitet
An das Filtriermaterial werden im erfindungsgemäßen Verfahren keine besonderen Ansprüche
gestellt. Das Filtriermaterial kann beispielsweise Sand oder eine sonstige lockere
Bodenart sein.
-
Auch kann man Kunststoffkörner, Textilmaterial oder desgleichen verwenden,
das dem Wasser Durchlaß gewährt. Es ist Jedoch Voraussetzung, daß das Filtriermaterial
chemisch inert ist.
-
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Ausführen
des vorerwähnten Verfahrens, zu welcher Vorrichtung ein Filtriermaterial enthaltender
Behälter gehört, mit einer intrittaleitung für das zu reinigende Wasser am einen
Ende und einer Austrittsleitung am anderen Ende. Ein wesentliches Merkmal der Vorrichtung
besteht darin, daß sich im Behälter eine Zuführleitung und Abführleitung fiir Oxydationswasser
befinden, die derart gelegen sind, daß das Oxydationswasser nur einen Teil des Behälters
durchläuft.
-
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Beispiels mit Bezug
auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, die eine Ausführungsform der Vorrichtung
im Längsschnitt darstellt.
-
Ein Behälter 1 ist nahezu mit Sand gefüllt. An den Behälter schließt
sich in seinem unteren Teil die Eintrittsleitung 2 für das zu reinigende Wasser
an, die mit einem Ventil 3 versehen ist. Die Eintrittsleitung endigt im Inneren
des Behälters 1 in einem perforierten Rohr 4. Die Austrittsleitung 5 für das zu
reinigende Wasser befindet sich im oberen Teil des Behälters 1, und sie ist mit
einem Ventil 6 ausgestattet. Ferner befindet sich im oberen Teil des Behälters die
mit einem Ventil 7 versehene Eintrittsleitung 8 für Oxydationswasser. Ungefähr in
halber Höhe des Behälters befindet sich die mit einem Ventil 9 versehene Austrittsleitung
10 fiir das Oxydationswasser. Diese Austrittsleitung hat ihren Anfang in einem oder
mehreren in den Behälter 1 hineinragenden perforierten Rohren 11.
-
Viren die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung in Gebrauch genommen
und durch die Rohre 2 und 5 ~:wasser durch dieselbe hindurchgeleitet wird, so erfolgt
natürlicherweise keine Ausfällung des Eisens. Zum Zweck der Eisenausfällung werden
die Ventile 3 und 6 geschlossen und die Ventile 7 und 9 geöffnet. Hierbei fließt
dann die oberhalb des Rohrs 11 stehende Wassermenge aus dem Behälter durch das Rohr
10 ab. Gleichzeitig strömt in den Behälter Oxydationswasser hinein. Das Oxydationswasser
durchströmt die Sandschicht über dem Rohr 11 und entweicht durch das Rohr 10.
-
Die Sandschicht und die darin im Laufe der Oxydation auftretenden
Lisenbakterien binden Sauerstoff derart, daß das durch das Rohr 10 austretende Wasser
bis zu einem gewissen Grad sauerstofffrei ist. Die Menge des durch den Behälter
zu schickenden Oxydationswassers ist von seinem Sauerstoffgehalt und von der Menge
und Aktivität der entstandenen Bakterienmasse abhängig. Das durch das Rohr 10 austretende
Oxydationswasser kann auch in das Wasserleitungsnetz geleitet werden.
-
Nachdem auf diese Gleise die Oxydation stattgefunden hat, werden
die Ventile 7 und 9 geschlossen und die Ventile 3 und 5 geöffnet, wobei dann zu
reinigendes Wasser über die Rohre 2 und 5 durch den Behälter hindurchzufließen beginnt.
Hierbei erscheint unmittelbar über dem Rohr 11 eine Eisenniederschlagsschicht, in
der Eisen durch Wirkung der Eisenbakterien ausgefällt wird. Diese Schicht zeigt
diejenige Grenzfläche des Oxydations-Reduktionspotentials an, an der die zweiwertigen
Eisenionen in dreiwertige übergehen.
-
Mit anhaltender Xiasserentnahme wächst die Stärke der Eisenniederschlagschichi
nach oben, was zu erkennen gibt, daß sich die besagte Grenzfläche nach oben verschiebt.
Sobald sich in dem Sand oberhalb des Rohres 11 durchweg Eisen niedergeschlagen hat,
beginnt aus dem Rohr 5 eisenhaltiges Wasser auszutreten, was anzeigt, daß aller
Sauerstoff aufgebraucht ist und die Eisenbakterien nicht mehr zu arbeiten imstande
sind. In dieser Phase schließt man die Ventile 3 und 6 und öffnet die Ventile 7
und 9, so daß das im Behälter 1 oberhalb des Rohres 11 stehende asser abfließt und
zugleich in den Behälter 1 Oxydationswasser hineinströmt, das abermals durch das
Rohr 10 in sauerstofffreiem Zustand austritt. Der Eisenniederschlag im Sand wird
nicht entfernt, und dessen Entfernung ist auch nicht wünschenswert, da die Niederschlagschicht
die Tätigkeit der Eisenbakterien fördert. Nachdem die Ventile 7 und 9 geschlossen
und die Ventile 3 und 6 wieder geöffnet worden sind, erhält man aus dem Rohr 5 wieder
eisenfreies Wasser. Jetzt ist die erhältliche Menge von eisenfreiem sser bedeutend
größer als das vorige Mal, was auf die lebhaftere Tätigkeit der Eisenbakterien zurückzuführen
ist.
-
Der Vorgang wird in oben beschriebener Weise fortgesetzt, indem man
durch den Behälter abwechselnd zu reinigendes Tasse und Oxydationawasser hindurchschickt.
Jedesmal wird Oxydationswasser in immer längeren Zeitabständen benötigt, so daß
es zum Schluß genügt, wenr Oxdationswasser in Abständen von einigen
Wochen
zlagefiihrt wird. Das Zufjihren der genügenden Oxydationswassermenge wiederum nimmt
nur einige Minuten in Anspruch.
-
Die Größe des in der Zeichnung dargestellten Behälters ist von der
£##nge des zu reinigenden wassers abhängig. Beispielsweise fiir ein Einfamilienhaus
geneigt ein Behälter mit etwa 100 Liter Fassungsvermögen. Für ein größeres Wasserversorgungswerk
wiederum kann ein Behälter benötigt erden, der mehrere hundert Kubikmeter faßt.
-
Im Vorstehenden wurde lediglich das Entfernen von Eisen aus Wasser
beschrieben, aber beim Einsatz des Verfahrens gemäß der Erfindung wird z.B. auch
Mangan entfernt. Die Grenzfläche des Oxydations-Reduktionspotentials ffir Mangan
fällt jedoch nicht mit derjenigen des Eisens zusammen, sondern sie ist gegen diese
etwas verschoben. Ebenfalls werden beim Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens
auch einige weitere Bestandteile aus dem wasser entfernt.
-
Gleichgilltig, welche Ausführungsformen des Behälters und welche
Anordnung der Leitungen am Behälter gewählt wird, wesentlich ist, daß mittels des
Oxydationswassers nur ein Teil des Piltriermaterials oxydiert wird, damit man eine
Grenzfläche des Oxydations.Reduktionspotentials zustandebringt. Die Innenfläche
des Behälters 1 besteht am geeignetsten aus elektrisch gut isolierendem Material,
da sich sonst Störungen in der Entstehung der Grenzfläche des Oxydations-Reduktionspotentials
ergeben könnten.
-
Es ist festgestellt worden, daß eine periodische Wasserentnahme vorteilhaft
ist, da während der Ruhepause eine Aufladung der Vorricfltung stattfindet.