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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Nitraten aus
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Trinkwasser mittels eines basischen Anionenaustauscherharzes.
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Endprodukte aller biochemischen Oxidations-Vorgänge in der Natur,
an denen Stickstoffverbindungen beteiligt sind, sind Nitrate. Bedingt durch künstliche
Düngung in der Agrarwirtschaft und Einleitung von Abwasser in Oberflächengewässer
ist in der jüngeren Vergangenheit der Nitratgehalt der Grund- und Oberflächenwässer
kontinuierlich angestiegen. Immer mehr häufen sich die Fälle, daß Richtwerte für
zulässige Nitratkonzentrationen im Trinkwasser überschritten werden.
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Die nachteiligen Einflüsse von Nitraten, insbesondere in humantoxikologischer
Hinsicht, haben bereits zu gesetzlichen Maßnahmen geführt und die maximal zulässige
Nitratkonzentration auf 50 mg NO3 /1 beschränkt. Folglich ist man in der Wasseraufbereitungstechnik
um Nitrat-Abbau bemüht.
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Bei den bisher einschlägig bekannten Verfahren mit lediglich einer
lonenaustauschersäule in einem Regenerationszyklus wurde das Rohwasser in seiner
anionischen Zusammensetzung stark verändert, z.B.
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werden durch ein Austauscherbett in der Bikarbonatform die Chloride,
Sulfate und Nitrate im wesentlichen parallel gegen Bikarbonat ausgetauscht, wobei
der Bikarbonatanteil im Ablauf unvorteilhaft erhöht wird. Ähnlich laufen die Vorgänge
bei einem Austauscherbett in lediglich der Chlorid- oder Sulfatform ab. Denn die
Chlorid- bzw. Sulfatkonzentration steigt stark an, wobei die Werte bei salzhaltigeren
Rohwässern die einschlägigen Normen übersteigen. - Um diesem Problem
entgegenzuwirken
ist es bekannt, eine lonenaustauschersäule durch ein aufwendiges, zweistufiges Regenerationsverfahren
in ein bestimmtes Gleichgewicht zu bringen. Derartige Maßnahmen erfordern aber unter
Berücksichtigung einer geringeren nutzbaren Kapazität - da nur das relativ schmale
Gleichgewichtsspektrum zur Verfügung steht - einen sehr hohen Regeneriermittelaufwand,
z.B. 5 Bettvolumen 10%ige Natriumchloridlösung, 5 bis 8 Bettvolumen einer 10%gen
Mischlösung aus Natriumsulfat und Natriumkarbonat. - Diese Nachteile will die Erfindung
vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Entfernen
von Nitraten aus Trinkwasser der eingangs beschriebenen Art anzugeben, wonach unter
Kapazitätserhöhung der Regeneriermittelaufwand erheblich reduziert wird. Außerdem
soll eine zur Durchführung dieses Verfahrens funktionsgerechte Anlage geschaffen
werden.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren
dadurch, daß das aufzubereitende Rohwasser durch drei voneinander getrennt arbeitende
lonenaustauschersäulen mit einem in der ersten lonenaustauschersäule in der Bikarbonatform,
in der zweiten lonenaustauschersäule in der Chloridform und in der dritten Ionen
aus tauschersäule in der Sulfatform vorliegenden Austauscherbett hindurchgeführt
wird und die aus den drei einzelnen lonenaustauschersäulen abfließenden Filtratwässer
zu Reinwasser vereinigt werden. Dabei können die Filtratwässer nach dem Abfließen
aus den einzelnen Ionenaustauschersäulen in variabler Weise verschnitten werden.
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das erfindungsgemäße Verfahren, das aufzubereitende Rohwasser
in drei lonenaustauschersäulen mit Austauscherbetten in der Bikarbonatform, Chloridform
und Sulfatform zu behandeln und das ablaufende nitratfreie Filtratwasser, das aus
der Bikarbonatform reich an Bikarbonaten, aus der Chloridform reich an Chloriden
und aus der Sulfatform reich an Sulfaten, aber arm an den äquivalent ausgetauschten
Anionen ist, zu verschneiden, wird der Regeneriersalz-Verbrauch gegenüber den vorbekannten
Verfahren erheblich gesenkt. Hinzu kommt, daß mit einer wesentlichen Kapazitätserhöhung
gerechnet werden kann, da jede lonenaustauschersäule bis in den Bereich der totalen,
nutzbaren Kapazität befahren wird. Durch die Möglichkeit, die Verschneidung der
aufbereiteten Filtratwässer nach den einzelnen Ionenaustauschersäulen variieren
zu können, wird der Vorteil erreicht, daß das entnitratisierte Wasser den individuellen
Wünschen oder Erfordernissen angepaßt werden kann. Zum Beispiel kann durch bestimmte
Verschneideverhältnisse neben der Nitratelimination auch der Bikarbonat-, Chlorid-
oder Sulfatwert des Reinwassers vermindert oder erhöht werden.
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Bezüglich der Regenerationstechnik ist nach bevorzugter Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, daß als Austauschsubstanz ein extrem makroporöses, starkbasisches
Anionen-Austauscherharz mit einer homoporösen Polystyrol-Matrix und darin eingebetteten
quaternären Ammoniumgruppen (Typ 1) als Ankergruppen verwendet wird. Derartige Austauschsubstanzen
zeichnen sich durch die Selektivitätsreihe NO35 SO45 Cl> HCO3 aus.
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Während der Beladung gelangt die Austauschsubstanz weitgehend in die
Nitrat-Form:
(R-N-(CH3)3) NO3 Im Verlauf der Regeneration mit Kochsalz-NaCl-Lösung,
Natriumkarbonat-NaHCO3 -Lösung und Magnesiumsulfat-MgSO4 x 7 H 2 O-Lösung erfolgt
die Überführung in die Chlorid-, Bikarbonat- und Sulfatform in den einzelnen Säulen.
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Zusammenfassend beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren folgende
Vorteile. Der Regeneriermittelüberschuß wirkt sich dadurch weniger umweltbelastend
aus, daß die einzelnen Regeneriersalze nur zu ca.
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einem Drittel der normal benötigten Menge aufgewendet werden, wobei
die Summe des Regeneriermittelüberschusses durch geeignete Regenerierverfahren ohnehin
bis an die Grenze reduziert werden kann.
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Die grundsätzliche Regeneration und Desinfektion der einzelnen Ionenaustauschersäulen
wird im übrigen nach den allgemein üblichen Verfahren vorgenommen und entspricht
dem Stande der Technik, beispielsweise nach dem Gleichstrom-, Gegenstrom-, Schwebebett-
oder kontinurierlichen Verfahren. Jedenfalls wird im Rahmen der Erfindung der Chloridüberschuß
im Regenerationswasser gegenüber einem Austauschverfahren
durch
die Chloridform zu zwei Dritteln durch die weniger belastend wirkenden Salze Bikarbonat
und Sulfat ersetzt. - Die Betriebskosten halten sich durch die Reduziermöglichkeit
des Regeneriermittels ebenfalls in Grenzen, zumal gegenüber dem Austauschverfahren
durch die Bikarbonatform das weitaus teuerste Regeneriersalz Bikarbonat zu zwei
Dritteln durch die kosten günstigeren Salze Chlorid und Sulfat ersetzt werden und
die totale nutzbare Volumenkapazität des Anionenaustauscherharzes annähernd ausgeschöpft
wird. - Die mineralogische Zusammensetzung des entnitratisierten Reinwassers wird
weitgehend beibehalten, wobei die äquivalenten Gegenionen des entfernten Nitrates
auf drei verschiedene Ionen verteilt werden. Dadurch ist die Gefahr, daß ein Gegenion
wie Chlorid oder Bikarbonat unvorteilhaft erhöht wird oder gar die einschlägige
Norm übersteigt, weitgehend gebannt. Denn eine wesentliche Erhöhung des Chloridwertes,
die zwangsläufig eine Aufbereitung durch lediglich ein Austauscherbett in der Chloridform
nach sich zieht, bedeutet gravierende Nachteile in korrosionschemischer sowie gesundheitlicher
Hinsicht. Eine Erhöhung lediglich des Bikarbonat- bzw. Karbonatwertes bringt das
aufbereitete Reinwasser zwangsläufig aus dem Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht, was
eine Nachaufbereitung erforderlich machen würde.
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Eine wesentliche Erhöhung des Sulfatwertes bringt Nachteile in geschmacklicher
Hinsicht. - Diese Nachteile bei bekannten Verfahren mit lediglich einer lonenaustauschersäule
werden nach Lehre der Erfindung vermieden.
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Eine Denitrifikationsanlage, mit einer lonenaustauschersäule mit einem
Austauscherbett in der Bikarbonatform, mit einer Rohwasserzuführungsleitung und
einer Reinwasserabführungsleitung, die zur Durchführung
des beanspruchten
Verfahrens besonders geeignet ist, zeichnet sich dadurch aus, daß zwei weitere an
die Rohwasserzuführungsleitung und Reinwasserabführungsleitung angeschlossene Ionenaustauschersäulen
vorgesehen sind, von denen die eine Ionenaustauschersäule ein Austauscherbett in
der Chloridform und die andere Ionenaustauschersäule ein Austauscherbett in der
Sulfatform aufweist, so daß drei voneinander getrennt arbeitende Kolonnen bzw. Ionenaustauschersäulen
verwirklicht sind. Diese drei lonenaustauschersäulen können in beliebiger Reihenfolge
parallelgeschaltet an die Rohwasserzuführungsleitung und Reinwasserabführungsleitung
angeschlossen sein, vorzugsweise in der Reihenfolge Chlorid-Säule, Bikarbonat-Säule
und Sulfat-Säule. An die drei Ionen austauschersäulen ist zweckmäßigerweise über
jeweils eine Besalzungsleitung mit Besalzungspumpe ein Salzlösbehälter für das jeweilige
Regeneriersalz angeschlossen. In die Besalzungsleitungen sind Durchflußmesser, z.B.
Schwebekörperdurchflußmesser, eingesetzt. Zwischen den lonenaustauschersäulen und
der Reinwasserabführungsleitung sind Wasserzähler, z.B. Kontaktwasserzähler, eingesetzt.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße
Denitrifikationsanlage in schematischer Darstellung und Fig. 2 eine Beladungscharakteristik.
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Die in den Figuren dargestellte Denitrifikationsanlage dient zum Entfernen
von Nitraten aus Trinkwasser mittels eines starkbasischen
makroporösen
Anionenaustauscherharzes und weist drei an eine Rohwasserzuführungsleitung 1 und
an eine Reinwasserabführungsleitung 2 angeschlossene lonenaustauschersäulen 3, 4,
5 auf, von denen die erste lonenaustauschersäule 3 ein Austauscherbett in der Chloridform,
die zweite lonenaustauschersäule 4 ein Austauscherbett in der Bikarbonatform und
die dritte lonenaustauschersäule 5 ein Austauscherbett in der Sulfatform aufweist.
Das aufzubereitende Rohwasser wird durch diese drei voneinander getrennt arbeitenden
lonenaustauschersäulen 3, 4, 5 hindurchgeführt. Die aus den einzelnen Ionenaustauschersäulen
abfließenden Filtratwässer werden zu Reinwasser vereinigt bzw.
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verschnitten. Die drei lonenaustauschersäulen 3, 4, 5 sind in Parallelschaltung
an die Rohwasserzuführungsleitung 1 und Reinwasserabführungsleitung 2 angeschlossen.
Ihre Reihenfolge kann beliebig sein.
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Ferner ist an jede lonenaustauschersäule 3, 4, 5 eine Besalzungsleitung
6 mit einer Besalzungspumpe 7 und ein Salzlösebehälter 8 für Regeneriersalz angeschlossen.
In die Besalzungsleitungen 6 sind Schwebekörperdurchflußmesser 9, zwischen den lonenaustauschersäulen
3, 4, 5 und der Reinwasserabführungsleitung 2 sind Kontaktwasserzähler 10 eingesetzt.
Ferner ist jede lonenaustauschersäule 3, 4, 5 mit einem elektromotorisch betriebenen
Zentralsteuerventil 11 und einem Steuergerät 12 für das Zentralsteuerventil und
die Besalzungspumpe 7 ausgerüstet, wobei das Steuergerät 12 an den Kontaktwasserzähler
10 angeschlossen ist. Von jeder lonenaustauschersäule 3, 4, 5 führt eine Abflußleitung
13 in einen Abflußkanal 14, während zu jedem Salzlösebehälter 8 eine an die Reinwasserabführungsleitung
2 angeschlossene Wasserleitung 15 führt. In sämtliche Leitungen sind die üblichen
Absperrorgane 16 eingesetzt. Die drei aufbereiteten Filtratwässer
ergeben
vereinigt eine Beladungscharakteristik, die eine quasi-selektive Nitratelimination
aufweist.