DE2549415C2 - Verfahren zur Denitrifizierung von nitrathaltigem Wasser - Google Patents

Description

' Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Denitrifizierung von nitrathaltigem Wasser, bei dem der mit einem Kohlenstoffdonator versetzte Rohwasserstrom über ein Bett aus kugelförmigen, eine rauhe Oberfläche ausfweisenden Körpern geleitet wird, die als Träger für die den Denitrifikationsprozeß bewirkenden Mikroorganismen dienen.

Grundlage für das erfindungsgemäße Verfahren ist die an sich bekannte biochemische Reduktion des Nitrats zu Stickstoff. Die Grundlagen dieses bekannten Verfahrens wurden eingehend von Mitarbeitern des Instituts für Wasser-, Boden- und Lufthygiene in Berlin (Gesundheits-Ingenieur, 1963, S. 213-215), in einem umfassenden Bericht der dänischen Gesundheitsbehörde (Christensen, M. H., Harremoes, R, Report 2-72, Department of Sanitary Engineering, T. U. of Denmark, 1972) und erst kürzlich in einer Arbeit von Bailey und Thomas (Water Pollution Control, 1975, S. 467—515) beschrieben.

Alle verfahrenstechnischen Überlegungen in diesen Arbeiten beziehen sich vorwiegend auf die Entfernung von Nitrat aus Abwasser, das primär durch die biochemische Oxidation von Ammoniak und von anderen organischen Stickstoffverbindungen entsteht

Bei den bislang bekannten Versuchen zur Nitratentfernung aus Abwasser wurde vorwiegend mit grobem Kies, Aktivkohle oder Bims, d. h. mit Trägermaterialien für die Mikroorganismen, gearbeitet, die spezifisch schwerer sind als Wasser. Zur Abwasserreinigung wurden auch Kunststoffhohl- oder -formkörper mit großer Oberfläche verwendet, die jedoch bei der erforderlichen Kontaktzeit relativ stark verschmutzten und regelmäßig durch Spülung oder externe Waschung gereinigt werden mußten. Es sind auch Fließ- oder Schwebebettverfahren mit feinkörnigem Trägermaterial bekannt

Bei einem aus der DE-OS 23 31 192 bekannten Verfahren der oben genannten Art wird als Filtermaterial und gleichzeitiges Trägermaterial für die Bakterien der Biomasse ein poröser Stoff mit einer Teilchengröße von 0,2 bis 3 mm und einem spezifischen Gewicht von etwa 1,1 verwendet, wobei als Ausführungsbeispiel Aktivkohle angegeben wird. Ferner besteht der Filter aus einem Fließbett oder Wirbelschichtbett mit diesen Filterteilchen. Bei diesem bekannten Verfahren wird daher mit Filterteilchen eines spezifischen Gewichtes höher als 1 zur Herstellung des Wirbelschichtreaktors gearbeitet, wobei hinzukommt, daß bei dem angegebenen Ausführungsbeispiel sich dieses spezifische Gewicht aufgrund der Porösität von Aktivkohle noch ändern kann. Bei diesem bekannten Verfahren ist es außerordentlich schwierig, die in dem Filterbett durch die biologischen Vorgänge entstehende Biomasse herauszuspülen und gleichzeitig eine aktive Biomassenschicht auf

ίο der Filtermaterialoberfläche auszubilden und zu erhalten. Im praktischen Betrieb ist es problematisch, ein Verkrusten des Trägerbettes zu verhindern, gleichmäßig über den Bettquerschnitt verteilte Zwischenräume für den Strömungsdurchgang zu erhalten und fernerhin

is auch die Haftung einer stets ausreichenden Biomasse auf den Körnern beim Reaktorbetrieb und unter den Bedingungen der Rückspülung zuverlässig sicherzustellen.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Verfahren der oben genannten Art so durchzuführen, daß bei einer sicheren Bildung und Erhaltung der aktiven Biomasse eine besonders einfache Spülbarkeit des Filterbettes gewährleistet ist
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß schwimmfähige Körper verwendet werden, die ein schwimmendes Festbett bilden.

Durch die Erfindung wird unter anderem erreicht, daß die schvimrnfähigen Körper gegenüber dem strömenden Medium stets eine gewisse Beweglichkeit haben, durch welche eine ausreichende Befreiung von den ausgeschiedenen Biomassenteilchen bei gleichmäßiger Freihaltung von Durchtrittsquerschnitten für die Strömung sowie eine zufriedenstellende Haftung von aktiver Biomasse auf den Trägerkörpern sichergestellt wird.

Je nach Rohwassertemperatur werden bei dem hier beschriebenen Verfahren bei Schichthöhen von 1— 2 m auf den Rohwasserdurchsatz bezogene hydraulische Flächenbelastung von 1-1OmVm²Xh für eine Abbauleistung von 98% bei einem Rohwassernitratgehalt von 60—100 mg/1 benötigt Bei geringer Strömungsgeschwindigkeit in dem Bioreaktor wurde beobachtet, daß die Zwischenräume zwischen den Kugeln schnell verschmutzen und verstopfen. Dieser Verstopfungsprozeß mit gebildeter Biomasse wurde demgegenüber nicht beobachtet, wenn ein Teil des gereinigten Wassers zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und Turbulenz in dem Reaktorbett im internen Kreislauf geführt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung besteht daher darin, daß dem Rohwasserstrom beim Durchlauf durch das schwimmende Festbett ein Teilstrom von bereits denitrifiziertem Wasser beigemengt wird.

Derartige Kreislaufprozesse sind in der Verfahrenstechnik, auch in der Wasseraufbereitungstechnik, an sich bekannt Sie dienen jedoch vorwiegend zur Rückführung von z. B. bei Filtrationsprozessen nicht vollständig abgeschiedenen Feststoffen oder zur Anreicherung von gelösten Gasen. In dem Bioreaktor nach der Erfindung soll die Filtratkreislaufführung vorwiegend eine Verschmutzung und Verstopfung des Reaktorbettes vermeiden und den Spülvorgang möglichst nicht erforderlich werden lassen oder zumindest die Spülabstände erheblich verlängern. Bei Versuchen wurde parallel ein Bioreaktor mit Kiesfüllung betrieben. Es zeigte sich, daß es außerordentlich schwierig ist, die gebildete Biomasse aus dem Filtermaterial herauszuspülen. Wenn es

tatsächlich gelingt, die Zwischenräume frei2uspülen, dann wird im allgemeinen auch die auf dem Filtermaterial haftende Biomasse entfernt und damit die Funktionsfähgkeit des Reaktors erheblich beeinträchtigt

Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise wird bestenfalls ein kurzer schneller Spülstoß aus einem über dem Reaktorbett angeordnetem Reservoir auf das Filterbett ausgelöst, der die Kunststoffkugeln nur kurz auseinanderreißt und in den Zwischenräumen angesammelte Biomasse stoßartig entfernt Das Spülwasser kann in einen Spülwasserkanal abgeleitet werden. Prinzipiell ist es auch möglich, daß Spülwasser in einem Sammelbecken aufzufangen und nach Sedimentation das Klarwasser in den Prozeß zurückzuführen, so daß praktisch keine Spüiwasserverluste entstehen. Der durch den Denitrifikationsprozeß gebildete Stickstoff wird über einen Entlüfter im oberen Teil des Reaktors aus dem Kreislauf entfernt

Als besonders zweckdienlich werden als schwinnfähige Körper Kugeln aus Schaumpolystyro) verwendet.

Bei den Untersuchungen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde eine mit Schaumpolystyrolkugeln von 10 Millimeter Durchmesser gefüllte Reaktionskammer im Aufwärts- oder Abwärtsstrom durchflossen. Diese an sich in der Baustoffindustrie als Wärmedämmaterial verwendeten Kugeln haben eine rauhe Oberfläche und bilden einen guten Haftgrund für die den biologischen Denitrifikationsprozeß bewirkenden Mikroorganismen. Anstelle von Schaumpolystrol kann auch ein anderes schwimmfähiges Material aus Kunststoff oder geschäumtem Silicat mit rauher Oberfläche als Trägermaterial für die Mikroorganismen dienen.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen anhand schematischer Darstellungen erläutert Es zeigen

F i g. 1 einen Bioreaktor für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Anwendung einer Abwärtsströmung,

F i g. 2 einen Bioreaktor für Aufwärtsströmung und
F i g. 3 eine weitere Ausführungsform für einen Bioreaktor.

F i g. 1 zeigt einen an sich bekannten zylindrischen, stehenden, oben und unten durch einen gewölbten Dekkel verschlossenen Behälter 1 mit einem Reaktorbett aus schwimmfähigen Schaumpolystyrolkugeln von 10 Millimetern Durchmesser, der im unteren Bereich mit einem Spaltsiebboden oder einem Lochbiech 2 zur Zurückhaltung des Bettmaterials beim Spülvorgang und im oberen Bereich mit einem Düsenboden 3 zur Fixierung des Filterbetts und gleichmäßigen Verteilung des Rohwasserstromes versehen ist Durch diese Kombination bilden die Schaumpolystyrolkugeln ein schwimmendes Festbett 7. Das Rohwasser 4 wird in einem Mischreaktor 5 mit dem in einer Dosiereinrichtung 6 bevorrateten Kohlenstoffdonator vermischt und kontinuierlich über das Festbett 7 geleitet Die Kreislaufpumpe 8 fördert in einem zu optimierenden Verhältnis über die Rückführungsleitung 9 das denitrifizierte Wasser zurück in den Rohwasserstrom, um die gewünschte Beschleunigung im Festbett 7 zu bewirken. Das denitrifizierte Reinwasser fließt über die Reinwasserleitung 10 zur Nachbehandlungsstufe. Der Behälter ist außerdem mit einer Entleerungseinrichtung 11 zur Durchführung eines Spülvorganges ausgerüstet

F i g. 2 zeigt sinngemäß die gleiche Anordnung, jedoch mit einem aufwärtsdurchströmten Bioreaktor.

F i g. 3 zeigt eine besondere Ausführungsform des Bioreaktors, welcher in Kombination mit einer nicht gezeichneten Spülwasservorratskammer arbeitet und sowohl im Aufwärts- als auch im Abwärtsstrom durchflossen wird. In dieser Figur ist auch die Spülklappe 13 dargestellt, die es gestattet, durch schnelles öffnen und Schließen einen kräftigen Spülstoß aus der Spülwasservorratskammer auf das Festbett einwirken zu lassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Denitrifizierung von nitrathaltigern Wasser, bei dem der mit einem Kohlenstoffdonator versetzte Rohwasserstrom über ein Bett aus kugelförmigen, eine rauhe Oberfläche aufweisenden Körpern geleitet wird, die als Träger für die den Denitrifikationsprozeß bewirkenden Mikroorganismen dienen, dadurch gekennzeichnet, daß schwimmfähige Körper verwendet werden, die ein schwimmendes Festbett (7) bildea

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rohwasserstrom (4) beim Durchlauf durch das schwimmende Festbett (7) ein Teilstrom von bereits denitrifiziertem Wasser beigemengt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als schwimmfähige Körper Kugeln aus Schaumpolystyrol verwendet werden.