DE3605962A1

DE3605962A1 - Process for nitrate depletion in the treatment of drinking water and apparatuses for carrying out the process

Info

Publication number: DE3605962A1
Application number: DE19863605962
Authority: DE
Inventors: Reinhard Schultz-Hock; Peter Prof Dr Obermann
Original assignee: STADTWERKE VIERSEN GmbH
Current assignee: STADTWERKE VIERSEN GMBH, 4060 VIERSEN, DE FORSCHUN
Priority date: 1986-02-25
Filing date: 1986-02-25
Publication date: 1987-08-27

Abstract

The field of the invention is the field of microbial denitrification of nitrate-containing waters for the purpose of treating it to provide drinking water. For the improvement of known processes in which the raw water to be treated is continuously fed to a filter zone having cellulose-containing waste products, and then a microbial denitrification proceeds in the filter zone, it is proposed to measure the phosphate concentration, the pH and DOC (dissolved organic carbon) content of the water at least on start-up of the process and, in the case of deviation from predetermined preset values, to bring the corresponding values to these preset values. Furthermore, additional expedient process steps and apparatuses for carrying out the process are described.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nitratabreicherung bei der Trinkwasseraufbereitung, bei dem Rohwasser einer zellulosehal tige Abfallprodukte, vorzugsweise Stroh, aufweisenden Filterzone zugeführt wird, in welcher eine mikrobielle Denitrifikation er folgt, und das Wasser dann einer Nachreinigung unterzogen wird.The invention relates to a method for nitrate depletion drinking water treatment, in the raw water of a cellulose neck term waste products, preferably straw, having a filter zone is supplied in which he microbial denitrification follows, and the water is then subjected to post-purification.

Zur Nitratabreicherung sind physikalisch/chemische und biologi sche Verfahren bekannt. Bei den physikalisch/chemischen Verfa ren erfolgt eine Trennung zwischen dem Wasser und dem Nitrat unter Energieaufwand, wobei außer dem aufbereiteten Wasser eine konzentrierte Nitratsalz-Sole als Abfallprodukt entsteht. Dieses Abfallprodukt muß entsorgt werden. Es ist eine regelmäßige Regenerierung des Ionenaustauschers erforderlich, da sonst die Laststoffe "durchbrechen". Das Nitrat wird unspezifisch entfernt.For nitrate depletion, there are physical / chemical and biological cal process known. With the physical / chemical verfa There is a separation between the water and the nitrate with energy expenditure, whereby in addition to the treated water concentrated nitrate salt brine is created as a waste product. This Waste product must be disposed of. It's a regular one Regeneration of the ion exchanger required, otherwise the "Break through" loads. The nitrate is removed unspecifically.

Die biologischen Verfahren bedienen sich der sog. mikrobiellen Denitrifikation. Es gibt im anaeroben Bereich von Boden und Süßwasser eine Reihe von Bakterien, welche Nitrat zu N₂-Gas reduzieren können. Voraussetzung ist ein reduzierendes, also ein als Wasserstoff- bzw. Elektronen-Donator dienendes Substrat, wie z.B. reduzierter Schwefel oder Wasserstoff oder mikrobiell oxydier bare organische Stoffe, die aber gerade in einem der Trinkwasser gewinnung dienenden Rohwasser von Hause aus nicht vorhanden ist, so daß u.a. Methan, Methanol, Ethanol oder Zucker als Zusatz in Betracht gezogen bzw. verwendet werden. The biological processes use so-called microbial denitrification. There are a number of bacteria in the anaerobic range of soil and fresh water that can reduce nitrate to N ₂ gas. A prerequisite is a reducing substrate, i.e. a substrate serving as a hydrogen or electron donor, such as, for example, reduced sulfur or hydrogen or microbially oxidizable organic substances, which, however, is not present in a raw water used for drinking water, so that Among other things, methane, methanol, ethanol or sugar can be considered or used as an additive.

Für die mikrobielle Denitrifikation sind Verfahren mit externer C-Quelle und mit interner C-Quelle bekannt. Bei Verfahren mit externer C-Quelle wird beispielsweise das erwähnte Athanol ver wandt, was relativ teuer ist. Da bei diesem Verfahren Restkohlen stoff in dem Wasser verbleibt, wird eine aufwendige Nachreini gung des Wassers mittels Aktivkohlefiltern betrieben. Da der Anfall an Biomasseschlamm relativ hoch ist, ist ein häufiges Rückspülen des Reaktors erforderlich. Das Wachstum der Bakterien wird nämlich durch die leicht metabolisierbare C-Quelle stark begünstigt, und außerdem sitzen die Mikroorganismen bei diesem Verfahren beispielsweise auf glatten, auf der Basis von Kunststoff aufgebauten Trägerkugeln, von denen sie leicht abgelöst werden können. Es bilden sich in dem Reaktor Gaspolster, die nicht nach oben abgeführt werden können. Daher muß der Reaktor des öfteren abgelassen werden, was zu einer Unterbrechung des Deni trifikationsprozesses führt.Methods with external C sources and with internal C sources are known for microbial denitrification. In processes with an external C source, for example, the ethanol mentioned is used, which is relatively expensive. Since residual carbon remains in the water in this process, a complex post-cleaning of the water is operated by means of activated carbon filters. Since the amount of biomass sludge is relatively high, frequent backwashing of the reactor is necessary. The growth of the bacteria is greatly promoted by the easily metabolizable C source, and in addition the microorganisms in this process sit, for example, on smooth, plastic-based carrier balls from which they can be easily detached. Gas cushions are formed in the reactor which cannot be removed upwards. Therefore, the reactor has to be drained frequently, which leads to an interruption of the denitrification process.

Bei den Verfahren mit interner C-Quelle beinhaltet die Filterzone ein Material, dessen organische Substanz von den Mikroorganismen langsam aufgezehrt wird, so daß sich das Reduktionspotential dieses Materials langsam erschöpft. Als Material ist imprägniertes Kunststoffgranulat, Fichtenrinde, Hobelspäne oder auch Stroh be kannt geworden.In processes with an internal C source, the filter zone contains a material whose organic substance is slowly consumed by the microorganisms, so that the reduction potential of this material is slowly exhausted. Impregnated plastic granulate, spruce bark, wood shavings or even straw have become known as the material.

Die Möglichkeit einer Nitratentfernung mit Hilfe von Fichtenrinde ist in "Rohmann/Sontheimer: Nitrat im Grundwasser, 1985", be schrieben. Hierbei ist eine aufwendige Nachreinigung für die anfallenden Huminstoffe erforderlich. Wegen dieser aufwendigen Nachreinigung ist ein derartiges Verfahren vor allem bei kleine ren Wasserwerken kaum einsetzbär.The possibility of nitrate removal with the help of spruce bark is in "Rohmann / Sontheimer: nitrate in groundwater, 1985", be wrote. Here is a complex post-cleaning for accumulating humic substances required. Because of this elaborate Post-cleaning is such a procedure, especially for small ones barely usable waterworks.

Aus der Europäischen Patentveröffentlichung 01 33 405 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem zur Denitrifizierung unterirdischer Wässer mit Stroh und Muschelsand als interne C-Quelle genutzt wird. From the European patent publication 01 33 405 a method of the type mentioned is known in which underground water with straw and shell sand is used as an internal C source for the denitrification.

Durch den dabei zusätzlich verwendeten Muschelsand wird das Wasser zwangsläufig aufgehärtet. Nach der mikrobiellen Denitrifi kation erfolgt eine Nachreinigung durch eine Untergrundpassage. Dies hat den Nachteil, daß die Nachreinigung - wenn überhaupt - unkontrolliert erfolgt.Because of the additionally used mussel sand this becomes Water inevitably hardened. After the microbial denitrifi cation, there is a subsequent cleaning through an underground passage. This has the disadvantage that the post-cleaning - if at all - uncontrolled.

Bei dem Anfahren des Denitrifikationsprozesses ergeben sich Prob leme dadurch, daß leicht lösliche organische Verbindungen (DOC-Wert) in großer Menge herausgelöst und die Nachreinigungs passage - wenn überhaupt - überlastet. Für die Besiedelung der vorzugsweise als Stroh ausgebildeten zellulosehaltigen Abfallpro dukte mit den gewünschten Mikroorganismen sind die Phosphatkon zentration und der pH-Wert des Wassers entscheidend. Da die Phos phatkonzentration und der pH-Wert des zu behandelnden Wassers unterschiedlich sein können, kommt es vor, daß sich keine Mikroorganismen in ausreichender Zahl bilden, so daß eine Funk tion der aus der Europäischen Patentveröffentlichung 01 33 405 bekannten Vorrichtung nicht gewährleistet ist.When starting the denitrification process, problems arise because readily soluble organic compounds (DOC value) are released in large quantities and the post-cleaning passage is overloaded , if at all. The phosphate concentration and the pH of the water are decisive for the settlement of the cellulose-containing waste products, which are preferably straw-shaped, with the desired microorganisms. Since the phosphate concentration and the pH of the water to be treated can vary, it happens that no sufficient number of microorganisms form, so that a function of the device known from European patent publication 01 33 405 is not guaranteed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine sichere Funktion gewährleistet ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfin dungsgemäß vorgesehen, daß zumindest bei dem Anfahren des Prozesses die Phosphatkonzentration, der pH-Wert und der DOC-Wert (Dissolved Organic Carbon) des Wassers gemessen und bei Abweichung von vorherbestimmten Sollwerten auf diese ge bracht werden. Damit wird erreicht, daß zumindest bei dem Anfahren des Prozesses sich genügend Mikroorganismen bilden können, um die Denitrifikation zu gewährleisten. Außerdem wird dadurch erreicht, daß die Nachreinigung nicht überlastet wird.The invention has for its object the method of to improve the type mentioned so that a safe Function is guaranteed. To solve this problem is invented provided according to the invention that at least when starting the Process the phosphate concentration, the pH value and the DOC value (Dissolved Organic Carbon) of the water measured and in the event of a deviation from predetermined target values be brought. This ensures that at least the Starting the process enough microorganisms form to ensure denitrification. Besides, will achieved in that the post-cleaning is not overloaded.

Die zellulosehaltigen Abfallprodukte, beispielsweise das Stroh, werden nach Erschöpfen seiner Reduktionskapazität ausgewechselt und durch neues Stroh ersetzt. The cellulose-containing waste products, for example straw, will be replaced after its reduction capacity is exhausted and replaced with new straw.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß das neue Stroh vor dem Einfüllen in die Filterzone einer alkali schen oder thermischen Vorbehandlung unterzogen wird. Bei einer alkalischen Vorbehandlung ist von Vorteil, daß dadurch die Zellulosemoleküle in kleinere Einheiten gespalten werden und dadurch durch die Mikroorganismen schneller abbaubar sind. Dies führt insgesamt zu einer erhöhten Abbaugeschwindigkeit und damit zu einer Leistungssteigerung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die zellulosehaltigen Abfallprodukte durch die alkali sche Vorbehandlung gleichzeitig gewaschen werden, so daß bei der Nachreinigung weniger gelöste Substanzen anfallen. Ähnliche Effekte ergeben sich bei einer thermischen Vorbehandlung des Strohs, die beispielsweise mittels heißen Wasserdampfes erfolgen kann.According to a further feature of the invention it is provided that the new straw before filling in the filter zone of an alkali or thermal pretreatment. At a alkaline pretreatment is advantageous in that the Cellulose molecules are split into smaller units and are more quickly degradable by the microorganisms. Overall, this leads to an increased rate of degradation and thus to an increase in performance. Another advantage is there in that the cellulose-containing waste products by the alkali pretreatment be washed at the same time, so that at less dissolved substances occur after the cleaning. Similar Effects result from a thermal pretreatment of the Straws that are made, for example, using hot steam can.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die zellulosehaltigen Abfallprodukte mit Mikroorganis men geimpft werden, und der Wasserdurchfluß nach Prozeßbeginn langsam gesteigert wird. Die Beimpfung kann bei erstmaligem Prozeßbeginn vorzugsweise mittels Walderde erfolgen. Später kann dann eine Beimpfung durch Zufuhr der"erschöpften" zellulosehalti gen Abfallprodukte erfolgen, da in diesen spezialisierte Mikroorga nismen enthalten sind.According to a further feature of the invention can be provided be that the cellulose-containing waste products with microorganism men and the water flow after the start of the process is slowly increased. The inoculation can be started The process should preferably be started using forest soil. Later can then an inoculation by feeding the "exhausted" cellulose contents waste products because they contain specialized microorganisms nisms are included.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Wasser zur Nachreinigung einem Wasserpflanzen-Bo denfilter zugeführt wird. Hierbei ist vorteilhaft, daß der Rest-DOC abgebaut wird und andererseits eine Belüftung erfolgt, was zur Folge hat, daß in dem Wasser enthaltene reduzierte Verbindungen, z.B. Nitrit, oxydiert werden. Zumindest während der Vegetationsperiode erfolgt in dem Wasserpflanzenbodenfilter eine weitere Nitrateliminierung. Weiterhin ist vorteilhaft, daß die ausgespülte Bakterien-Biomasse ohne Verstopfungsgefahr abge trennt wird, da die Filterbereiche durch die Pflanzenaktivitäten im Wurzelbereich freigehalten werden. According to a further feature of the invention can be provided be that the water for post-cleaning a water plant Bo the filter is fed. It is advantageous that the Residual DOC is broken down and on the other hand ventilation takes place, which has the consequence that reduced contained in the water Connections, e.g. Nitrite to be oxidized. At least during the vegetation period takes place in the aquatic soil filter another nitrate elimination. It is also advantageous that the rinsed bacterial biomass without risk of clogging is separated because the filter areas by plant activity be kept clear in the root area.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Wasser zur Nachreinigung einer Untergrundpassage zugeführt wird. Der Einsatz einer Untergrundpassage ist hier möglich, da der DOC-Wert durch das erfindungsgemäße Verfahren innerhalb niedriger Grenzen gehalten werden kann und daher das der Untergrundpassage zugeführte Wasser keine Verstopfungsge fahr mit sich bringt. Der im wesentlichen durch die Bakterien-Bio masse gebildete Bakterienschlamm wird erfindungsgemäß entweder durch den der Untergrundpassage vorzuschaltenden Wasserpflanzen- Bodenfilter abgefiltert, oder es kann auch vorgesehen sein, daß anstelle des Wasserpflanzen-Bodenfilters ein langsam durch strömter Sandfilter vorgeschaltet ist. Die Untergrundpassage weist den Vorteil auf, daß dadurch ein Wasserspeicher gebildet wird, der als Pufferspeicher für Spitzen-Wasserverbrauch dienen kann. Durch die lange Verweildauer des Wassers in einer derartigen Untergrundpassage werden ggf. vorhandene schwer abbaubare Stoffe aus dem Wasser entfernt.According to a further feature of the invention can be provided be that the water for post-cleaning an underground passage is fed. The use of an underground passage is here possible because the DOC value by the inventive method can be kept within low limits and therefore the water supplied to the underground passage does not cause clogging brings with it. The essentially through the bacteria bio mass-formed bacterial sludge is either through the aquatic plants upstream of the underground passage Filtered bottom filter, or it can also be provided that instead of the aquatic soil filter a slowly through flowed sand filter is connected upstream. The underground passage has the advantage that it forms a water reservoir will serve as a buffer for peak water consumption can. Due to the long residence time of the water in one such underground passage may become difficult degradable substances removed from the water.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß sich während der mikrobiellen Denitrifikation in der Filterzone bildende Gase kontinuierlich oder taktweise abgeführt werden. Durch sich während der mikrobiellen Denitrifika tion an den zellulosehaltigen Abfallprodukten bildende Gaspolster werden die aktiven Kontaktflächen teilweise blockiert, und damit die gesamte aktive Kontaktfläche kleiner, was zu einer Leistungsminderung führt. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird dies verhindert.According to a further feature of the invention can be provided be that during microbial denitrification gases forming the filter zone continuously or in cycles be dissipated. By itself during the microbial denitrification gas cushions forming on the cellulose-containing waste products the active contact areas are partially blocked, and making the total active contact area smaller, resulting in a Loss of performance leads. By the measure according to the invention this is prevented.

In der Europäischen Patentveröffentlichung 01 33 405 wird u.a. vorgeschlagen, daß die das Stroh aufweisende Filterzone von unten nach oben durchströmt werden soll. Hierbei ist außer Acht gelassen, daß dabei eine Verdichtung des Strohs in den oberen Filterzonen eintritt, und zwar sowohl durch den Auftrieb als auch durch das von unten nach oben strömende Wasser, was ein Austreten des Strohes aus dem die Filterzone aufweisenden Behälter zur Folge haben kann. In European patent publication 01 33 405 i.a. proposed that the filter zone comprising the straw should flow from bottom to top. Here is disregarded the fact that a compaction of the straw occurs in the upper filter zones, both through the buoyancy as well as from the bottom to top Water, causing the straw to emerge from the filter zone having container can result.

Zu diesem Vorgang trägt auch die Gasbildung bei.Gas formation also contributes to this process.

Zur Behebung dieses Nachteils schlägt die Erfindung vor, daß bei einer von unten nach oben durchströmten Filterzone vorgese hen wird, daß die auf die zellulosehaltigen Abfallprodukte einwir kenden Auftriebskräfte durch Gegenkräfte kompensiert werden.To overcome this disadvantage, the invention proposes that with a filter zone from bottom to top hen is that the act on the cellulose-containing waste products counteracting forces are compensated for.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah rens die jedoch auch für die Durchführung von mit externer C-Quelle arbeitenden Verfahren geeignet ist, ist dadurch gekenn zeichnet, daß die Filterzone in einem Behälter angeordnet ist, und der Behälter eine durch ein unteres Rost und ein oberes Rost begrenzte Aufnahmezone für das Stroh aufweist, und der Behälter unterhalb des unteren Rostes eine Vertiefung aufweist, in welcher eine Wasserzuführung angeordnet ist, und in dem Behälter Arretiereinrichtungen für das obere Rost vorgesehen sind, und oberhalb des oberen Rostes Wasseraustritts einrichtungen angeordnet sind. Diese Vorrichtung ist von einfa chem Aufbau und ermöglicht ein gleichmäßiges Durchströmen des Strohs od. dgl. im Aufwärtsstrom ohne Verstopfungsgefahr und ohne Gefahr eines Überquellens oder Austretens des Strohs od. dgl.A device for performing the method according to the invention, which is however also suitable for carrying out processes which work with external C sources, is characterized in that the filter zone is arranged in a container, and the container has a lower grate and an upper one Grate limited receiving zone for the straw, and the container below the lower grate has a recess in which a water supply is arranged, and in the container locking devices are provided for the upper grate, and above the upper grate water outlet devices are arranged. This device is of simple construction and enables a uniform flow through the straw or the like. In the upward flow without risk of clogging and without the risk of overflowing or escaping the straw or the like.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Wände des Behälters wärmeisoliert ausgebildet sind. Dies ist insbesondere bei im Freien angeordneten Behältern sinnvoll, da die Temperatur von erheblicher Bedeutung bei dem Vorgang der mikrobiellen Denitrifikation ist.According to a further feature of the invention can be provided be that the walls of the container are thermally insulated are. This is particularly the case with containers arranged outdoors reasonable, since the temperature is of considerable importance in the The process of microbial denitrification is.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Wasseraustrittsbereich des Behälters durch eine gegen das austretende Wasser abgedichtete Abdeckung gegenüber der Atmosphäre abgeschlossen ist, und an die Abdeckung eine Absaugeinrichtung zur Abführung der sich bei der mikrobiellen Denitrifikation in der Filterzone bildenden Gase angeschlossen ist. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Abführung der Gase durch einen Absaugvorgang erfolgt, da hierdurch sich im Bereich der aktiven Reaktionszonen bildende Gasblasen ausperlen.According to a further feature of the invention can be provided be that the water outlet area of the container by a cover sealed against the escaping water the atmosphere is complete, and to the cover one Suction device for removing the microbial Denitrification in the filter zone forming gases is connected. It is particularly useful if the gases are removed by means of a suction process, since this results in the area Bubble out gas bubbles forming the active reaction zones.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß in die Filterzone schnorchelartig wirkende Röhren eingeführt sind, deren obere Enden oberhalb des Wasserspiegels des Behälters münden. Damit wird das Ausperlen der Gasblasen beschleunigt. Je nach Größe und Höhe des Behälters können Röhren mit verschiedenen Abständen und mit verschiedenen Ein tauchtiefen vorgesehen sein.According to a further feature of the invention can be provided be that snorkel-like tubes in the filter zone are introduced, the upper ends of which are above the water level of the container open. This will cause the gas bubbles to bubble out accelerates. Depending on the size and height of the container Tubes with different distances and with different On diving depths should be provided.

ln weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß mehrere Behälter - in Wasserdurchflußrichtung gesehen - pa rallel angeordnet sind. Dieser Anordnung liegt der Gedanke zugrunde, daß die Länge der von dem Wasser durchströmten Filterzone für ein wirtschaftliches Verfahren durch den Filterwider stand begrenzt ist. Somit wird die Länge bzw. Höhe der Filterzo ne zum Begrenzungsfaktor für die Durchflußrate. Durch die erfin dungsgemäße Anordnung mehrerer Behälter nebeneinander kann die Durchflußrate gesteigert werden.In a further embodiment of the invention it can be provided that a plurality of containers - as seen in the water flow direction - are arranged in parallel. This arrangement is based on the idea that the length of the filter zone through which the water flows was limited for an economical process by the filter resistor. The length or height of the filter zone thus becomes the limiting factor for the flow rate. The flow rate can be increased by the inventive arrangement of several containers side by side.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Behälter nebeneinander mit gegeneinander angrenzenden Wänden angeordnet sein. Weiterhin sind Abstützeinrichtungen vorgesehen, welche auf die außenliegenden Wände dieser so gebildeten Behälteranordnung einwirken. Vorteilhaft ist hierbei, daß an den aneinander angren zenden Wänden eine Wärmeisolation entfallen kann. Die Abstützein richtungen können beispielsweise durch die Wände eines Erd beckens gebildet werden. Hierdurch wird auch ein Abkühlen der Außenwände einer im Freien befindlichen Behälteranordnung redu ziert. Gleichzeitig bilden die Wände des Erdbeckens eine preiswer te Abstützeinrichtung. According to a further feature of the invention, the container arranged side by side with adjacent walls be. Furthermore, support devices are provided, which on the outer walls of the container arrangement thus formed act. It is advantageous here that they adjoin one another thermal insulation can be eliminated. The support For example, directions can go through the walls of an earth be formed. This will also cool the External walls of an outdoor container arrangement redu graces. At the same time, the walls of the earth basin form an inexpensive te support device.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah rens kann alternativ so ausgestaltet sein, daß die Filterzone mehrere regalartig übereinander angeordnete Aufnahmezonen für die zellulosehaltigen Abfallprodukte aufweist, und die Böden sieb artig durchlässig gestaltet sind, und die Zonen im Abwärtsstrom mit Wasser beschickbar sind. Mit dieser Anordnung wird gewisser maßen eine "Serienschaltung" von Filtermaterial aufweisenden Be reichen gebildet. Vorteilhaft ist hierbei, daß die Anzahl der Filtermaterial aufweisenden Zonen variabel ist, je nach dem Nitratgehalt des zu behandelnden Wassers.The device for performing the method according to the invention Alternatively, rens can be designed so that the filter zone several shelving areas arranged one above the other for the cellulose-containing waste products, and the bottoms sieve well-designed permeable, and the zones in the downward flow can be loaded with water. With this arrangement it becomes more certain measure a "series connection" of filter material rich formed. It is advantageous here that the number of Zones having filter material is variable, depending on the Nitrate content in the water to be treated.

In zweckmäßiger Ausgestaltung dieser Vorrichtung kann weiterhin vorgesehen sein, daß unterhalb der Filterzone ein weiterer siebar tig ausgebildeter Boden mit einem einen intensiven Luftkontakt ermöglichenden Füllkörper angeordnet ist. Ein derartiger Füllkör per kann beispielsweise aus Reisig bestehen. Durch den Luftkon takt des Wassers unmittelbar hinter den Filterzonen kann bei spielsweise entstandenes CO₂ austreten und es können reduzierte Verbindungen, z.B. Nitrit, oxydiert werden.In an expedient embodiment of this device it can further be provided that a further siebar-shaped bottom is arranged below the filter zone with a filling body which enables intensive air contact. Such Füllkör by may consist of brushwood, for example. Due to the air contact of the water directly behind the filter zones, for example, CO ₂ can escape and reduced compounds, such as nitrite, can be oxidized.

Schließlich kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß die regal artig ausgebildete Filterzone eine bespielsweise als Plane ausge bildete lose Abdeckung aufweist. Diese Plane dient einerseits zur Verhinderung des Eintretens von Verschmutzungen und außerdem werden Verdunstungsverluste reduziert.Finally, it can be provided according to the invention that the shelf well-designed filter zone, for example, as a tarpaulin formed loose cover. On the one hand, this tarpaulin is used for Prevention of pollution and more evaporation losses are reduced.

Bei der Vorrichtung mit regalartig übereinander angeordneten Aufnahmen erfolgt keine Durchströmung der Filterzonen, sondern eine Durchrieselung. Dadurch können entstehende Gase unmittelbar in die Atmosphäre entweichen, und das organische Material wird durch die zumindest teilweise erfolgende Belüftung während des Durchrieselungsvorganges schneller abbaubar.In the device with shelves arranged one above the other Images do not flow through the filter zones, but instead a trickle. This allows gases to be generated immediately escape into the atmosphere, and the organic material will due to the at least partial ventilation during the The trickling process can be broken down more quickly.

In den Zeichnungen sind schematische Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Es zeigen: In the drawings are schematic embodiments of the Device according to the invention shown. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines die Filterzone aufweisenden Behälters; Figure 1 is a schematic representation of a container having the filter zone.

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungs form der Vorrichtung mit mehreren nebeneinander angeord neten Behältern; Figure 2 is a schematic representation of a further embodiment of the device with a plurality of containers arranged side by side.

Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung; Fig. 3 is a schematic perspective view of another embodiment of the device;

Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 3, längs der Linie IV-IV; FIG. 4 shows a schematic section through the device according to FIG. 3, along the line IV-IV;

Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung längs der Linie V-V in Fig. 4. FIG. 5 shows a schematic sectional illustration along the line VV in FIG. 4.

In Fig. 1 ist ein insgesamt mit 1 bezeichneter Behälter vorgese hen, der beispielsweise im Freien aufgestellt ist. Der Behälter kann im Querschnitt rund oder eckig ausgebildet sein. Die Wände 2 des Behälters sind wärmeisoliert ausgebildet. Der Boden 3 ist keilförmig bzw. trichterförmig zulaufend ausgebildet und weist dadurch eine Vertiefung 4 auf, in die ein Wasserzulauf 5 mündet. In dem Behälter ist zwischen einem unteren Rost 6 und einem oberen Rost 7 eine Filterzone 8 vorgesehen, welche mit Stroh gefüllt ist, wie schematisch mit 9 bezeichnet. Der obere Rost 7 ist gegen eine Bewegung nach oben hin arretiert, und zwar bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch ein Gewicht 10. In der Praxis kann dieses Gewicht beispielsweise aus einer Lage von Lochziegelsteinen bestehen. Der obere Rand 11 des Behälters ist als Zahnschwelle ausgebildet. Das durch die Zähne dieser Zahnschwelle austretende Wasser fließt in eine den Behälter umgebende Rinne 12 und von dort in eine die Rinne 12 umgebende Sammelrinne 13 und wird aus der Sammelrinne 13 einem Ablauf 14 zugeführt. Oberhalb des Behälters ist eine als Gasglocke ausgebildete Abdeckung 15 angeordnet, die beispielsweise mittels Seilen 16 (über eine nicht dargestellte Einrichtung) angehoben werden kann. Die Abdeckung 15 ragt mit ihrem unteren Rand 17 in die Rinne 12 bis unterhalb des Wasserspiegels des darin befindlichen Wassers, so daß dadurch der oberhalb des Behälters 1 befindliche Raum gegenüber der Atmosphäre abgeschlossen ist. An die Abdeckung ist eine insge samt mit 18 bezeichnete Absaugeinrichtung angeschlossen, welche eine Vakuumpumpe 19 aufweist, die über eine Leitung 20 mit dem Inneren der Abdeckung 15 in Verbindung steht. In der Leitung 20 ist außerdem ein Ventil 21 angeordnet. Je nach Stellung des Ventils 21 ist die Leitung 20 entweder mit der Pumpe 19 oder mit einem mit der Atmosphäre in Verbindung stehende Auslaß 22 verbunden. Der Wasserzuführung 5 wird Wasser aus einer Leitung 23 in Pfeilrichtung A durch Wirkung einer Pumpe 24 über eine Mischschleife 25 und ein Ventil 26 zugeführt. An das Ventil 26 ist eine Ablaufleitung 27 angeschlossen. Die Ablaufleitung 27 dient bei entsprechender Stellung des Ventils 26 zur Entnahme einer Probe aus dem zuströmenden Wasser oder auch dazu, beispielsweise im Falle von Wartungsarbeiten Wasser aus dem Behälter 1 ablaufen zu lassen. Dem Wasser in der Leitung 23 kann über eine nicht näher dargestellte Dosiereinrichtung über eine Pumpe 28 beispielsweise Natronlauge 29 aus einem Vorratsbe hälter 30 zugeführt werden. Diese Vorrichtung dient zur Einstel lung des pH-Wertes. Der Natronlauge kann auch Phosphat zuge setzt sein. Ein Zusetzen von Phosphat kann auch von einem (nicht dargestellten) gesonderten Phosphatbehälter aus erfolgen. Weiterhin ist eine (nicht dargestellte) Meßeinrichtung vorgesehen, mittels derer die Phosphatkonzentration und der pH-Wert des in der Leitung 23 zuströmenden Wassers und der DOC-Wert des ausströmenden Wassers (Leitung 14) gemessen werden. Weichen die gemessenen Werte von vorherbestimmten Sollwerten ab, so erfolgt eine Zudosierung von Medium aus dem Vorratsbehälter 30, solange, bis eingangsseitig die Werte der Phosphatkonzentration und der pH-Wert innerhalb vorherbestimmter Sollwerte liegen bzw. eine Änderung der Wasserdurchflußmenge zur Veränderung des ausgangsseitigen DOC-Wertes. In Fig. 1, a total designated 1 container hen hen, for example, is set up outdoors. The container can be round or angular in cross section. The walls 2 of the container are thermally insulated. The bottom 3 is wedge-shaped or funnel-shaped and thus has a recess 4 into which a water inlet 5 opens. A filter zone 8 is provided in the container between a lower grate 6 and an upper grate 7 , which is filled with straw, as indicated schematically by 9 . The upper grate 7 is locked against an upward movement, in the embodiment shown by a weight 10 . In practice, this weight can consist, for example, of a layer of perforated bricks. The upper edge 11 of the container is designed as a toothed sill. The water emerging through the teeth of this toothed threshold flows into a channel 12 surrounding the container and from there into a collecting channel 13 surrounding the channel 12 and is fed from the collecting channel 13 to an outlet 14 . A cover 15 designed as a gas bell is arranged above the container and can be raised, for example, by means of ropes 16 (via a device, not shown). The cover 15 protrudes with its lower edge 17 into the channel 12 to below the water level of the water therein, so that the space above the container 1 is closed off from the atmosphere. A total of 18 suction device is connected to the cover, which has a vacuum pump 19 which is connected via a line 20 to the interior of the cover 15 . A valve 21 is also arranged in line 20 . Depending on the position of the valve 21 , the line 20 is connected either to the pump 19 or to an outlet 22 connected to the atmosphere. The water supply 5 is supplied with water from a line 23 in the direction of arrow A by the action of a pump 24 via a mixing loop 25 and a valve 26 . A drain line 27 is connected to the valve 26 . When the valve 26 is in the appropriate position, the drain line 27 serves to take a sample from the inflowing water or also to let water flow out of the container 1 , for example in the case of maintenance work. The water in line 23 can be supplied via a pump 28, for example sodium hydroxide solution 29 from a Vorratsbe container 30 via a metering device, not shown. This device is used to adjust the pH. The sodium hydroxide solution can also be added to phosphate. Phosphate can also be added from a separate phosphate container (not shown). Furthermore, a measuring device (not shown) is provided, by means of which the phosphate concentration and the pH value of the water flowing in in line 23 and the DOC value of the outflowing water (line 14 ) are measured. If the measured values deviate from predetermined target values, medium is dosed from the storage container 30 until the values on the input side of the phosphate concentration and the pH value are within predetermined target values or a change in the water flow rate to change the DOC value on the output side .

Dieser Vorgang erfolgt zumindest bei dem Anfahren des Prozesses.This process takes place at least when the process is started.

Vor dem erstmaligen Füllen der Filterzone mit zellulosehaltigen Abfallprodukten, vorzugsweise Stroh, impft man das Stroh mittels Mikroorganismen enthaltendem Medium, beispielsweise mit Walder de. Der Behälter wird dann zunächst mit nitrathaltigem Wasser geflutet. Zunächst läßt man das Wasser in dem Behälter 1 dann stehen, bis der Nitratgehalt durch die mikrobielle Denitrifikation auf fast Null abgesunken ist. Anschließend wird dann der Durch fluß allmählich (vorzugweise stufenweise) erhöht, bis ein ge wünschter Wert der Denitrifikationsrate erreicht ist. Durch das allmähliche Anfahren wird eine Überlastung der späteren Nachrei nigung verhindert, da aus frischem Stroh leicht lösliche Verbin dungen herausgewaschen werden können ( DOC-Werte: 50-100 ppm).Before the filter zone is filled for the first time with cellulose-containing waste products, preferably straw, the straw is inoculated with a medium containing microorganisms, for example with Walder de. The container is then first flooded with water containing nitrate. First, the water is left in the container 1 until the nitrate content has dropped to almost zero due to the microbial denitrification. Then the flow is then increased gradually (preferably gradually) until a desired value of the denitrification rate is reached. The gradual start-up prevents the subsequent cleaning from being overloaded, since easily soluble compounds can be washed out of fresh straw (DOC values: 50-100 ppm).

Bei dem Verfahren ist keine externe C-Quelle vorgesehen. Die Energieversorgung der auf dem Stroh sitzenden Mikroorganismen mit Reduktionsäquivalenten wird intern durch die Zersetzung und Auflösung des Strohs aufrechterhalten.No external C source is provided in the process. The energy supply to the microorganisms sitting on the straw with reduction equivalents is maintained internally by the decomposition and dissolution of the straw.

Es kann beispielsweise Weizenstroh verwendet werden, welches im wesentlichen etwa 24% Hemizellulose, 40% Cellulose und 23% Lignin aufweist. Ein solches Stroh bildet ca. 5% Asche von der Trockensubstanz. Die organischen Stoffe des Strohes werden bei der mikrobiellen Denitrifikation langsam abgebaut. Stroh hat ein weites C : N-Verhältnis von 100:1. Dies wirkt sich günstig auf die Denitrifikation von nitrathaltigem Wasser aus, weil N eher gebun den als es aus dem Stroh freigesetzt bzw. ohne externe Zufuhr von N kaum Stroh abgebaut wird;For example, wheat straw can be used, which in the essentially about 24% hemicellulose, 40% cellulose and 23% Has lignin. Such straw forms about 5% ash from the Dry matter. The organic matter of the straw is at microbial denitrification slowly degraded. Straw has one wide C: N ratio of 100: 1. This has a beneficial effect on the Denitrification of nitrate-containing water because N is more likely to be the one released from the straw or without an external supply hardly any straw is mined from N;

Die Röhrenstruktur des Strohs bringt gute Besiedlungsmöglichkei ten für die Mikroorganismen mit sich. Die Sauerstoffverhältnisse wirken sich durch die Ausbildung von anoxischen Mikrozonen, insbesondere innerhalb der Halme, günstig auf die Denitrifizie rung aus. The tubular structure of the straw brings good settlement possibilities for the microorganisms. The oxygen ratios act through the formation of anoxic microzones, especially within the straws, favorable to denitrification tion.

Bei Auswahl des Strohes sollte darauf geachtet werden, daß das Stroh möglichst wenig Spritzmittelrückstände aufweist. Kommerziell gesehen ist Stroh preiswert; es fällt in der modernen Landwirt schaft in großen Mengen als Ernterückstand an.When selecting the straw, care should be taken that the Straw has as little residue as possible. Commercially seen straw is inexpensive; it falls in the modern farmer in large quantities as harvest residue.

Bei der mikrobiellen Denitrifikation entsteht gasförmiger Stick stoff. Zur Entfernung der in dem Behälter 1 entstehenden Gasbla sen kann das sich innerhalb der Abdeckung 15 ansammelnde Gas über die Leitung 20 und dann entweder über die Leitung 22 nach außen abgeführt oder mittels der Pumpe 19 abgesaugt werden. Weiterhin können (nicht dargestellte) schnorchelartig wir kende Rohre in den Filterbereich eingesteckt sein, derart, daß deren oberen Enden oberhalb des Wasserspiegels und unterhalb der Abdeckung 15 münden.Microbial denitrification produces gaseous nitrogen. To remove the resulting in the container 1 Gasbla sen, the gas accumulating within the cover 15 via line 20 and then either discharged via line 22 to the outside or sucked off by means of the pump 19 . Furthermore, we can insert snorkel-like tubes (not shown) into the filter area in such a way that their upper ends open above the water level and below the cover 15 .

Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 ist eine Mehrzahl von Behältern 1′ nebeneinander angeordnet und zwar sind bei der gezeigten Ausführungsform 16 Behälter 1′ vorgesehen. Wie ersichtlich, sind die Behälter so angeordnet, daß die einander angrenzenden Wände einander zugewandt sind. Die gesamte so gebildete Behälteranord nung ist an den außenliegenden Wänden 32, 33, 34 und 35 durch (nicht dargestellte) Abstützeinrichtungen abgestützt, beispielswei se durch die Wände eines (nicht dargestellten) Erdbeckens. Die Wasserzufuhr erfolgt aus Pfeilrichtung A über eine Leitung 36, Abzweigleitungen 37, 38, 39, 40 jeweils zu untenliegenden Wasser zuführungen 5′. Die Behälterwände weisen oben Zahnschwellen 11′ auf, die in Ablaufrinnen 42, 43, 44 und 45 münden, welche mit einer Sammelrinne 41 verbunden sind. Von dieser Sammelrinne 41 strömt das Wasser in Pfeilrichtung B ab.In the arrangement according to FIG. 2, a plurality 'is arranged next to each other and that are 16 containers 1 in the embodiment shown' of containers 1 is provided. As can be seen, the containers are arranged so that the adjacent walls face each other. The entire thus formed container arrangement is supported on the outer walls 32 , 33 , 34 and 35 by (not shown) supporting devices, for example by the walls of a (not shown) earth basin. The water is supplied from the direction of arrow A via a line 36 , branch lines 37 , 38 , 39 , 40 each to the underlying water supply 5 '. The container walls have toothed sills 11 'above, which open into drainage channels 42 , 43 , 44 and 45 , which are connected to a collecting channel 41 . The water flows out of this collecting trough 41 in the direction of arrow B.

In den Behältern 1′ sind (nicht dargestellte) Filterzonen entspre chend Fig. 1 angeordnet. Die Behälteranordnung 31 kann mittels einer Plane od. dgl. abgedeckt werden. In the containers 1 '(not shown) filter zones accordingly Fig. 1 are arranged. The container arrangement 31 can be covered by means of a tarpaulin or the like.

Bei der in Fig. 3 bis Fig. 5 gezeigten weiteren Ausführungsform der Vorrichtung sind in einem regalartigen Gestell 46 mit Vertikal streben 47 und Horizontalstreben 48, 49, 50, 51 sowie (nicht näher bezeichneten) Zwischenstreben Böden 52 und 53 angeordnet, welche siebartig durchlässig gestaltet sind. Die Böden 52 und 53 dienen jeweils zur Aufnahme von Stroh, so daß mehrere überein ander angeordnete Filterzonen 8′ mit Stroh 9′ gebildet werden. Die Zufuhr des Wassers erfolgt im vorliegenden Fall von oben her über Zulaufleitungen 54, aus denen das Wasser die Filterzo nen 8′ von oben nach unten durchrieseln kann.When in Fig. 3 to Fig. Further embodiment of the apparatus shown 5 are in a shelf-like frame 46 with vertical struts 47 and horizontal struts 48, 49, 50, 51 and arranged (unspecified) intermediate struts floors 52 and 53, which screen-like permeable are designed. The bottoms 52 and 53 each serve to receive straw, so that several filter zones 8 'arranged one above the other with straw 9 ' are formed. The supply of water takes place in the present case from above via feed lines 54 , from which the water can filterzen 8 'trickle through from top to bottom.

Die regalartige Anordnung 46 steht auf einem fundamentartig ausgebildeten Grundkörper 55 mit einem Sammelrohr 56, dem das abtropfende Wasser von schräg aufeinander zulaufenden Flächen 57 zugeführt wird. Das Sammelrohr 56 kann als in einer Kiesschüt tung 58 liegendes Dränagerohr ausgebildet sein.The shelf-like arrangement 46 stands on a base 55 with a collecting tube 56 , to which the dripping water is fed from surfaces 57 tapering towards one another. The collecting tube 56 can be formed as a drainage pipe 58 lying in a gravel fill.

Das der Vorrichtung jeweils in Pfeilrichtung B austretende Wasser wird einer Nachreinigung unterzogen, und zwar vorzugsweise in einem Wasserpflanzen-Boden-Filterbecken (nicht dargestellt).The water emerging from the device in the direction of the arrow B is subjected to post-cleaning, preferably in a water plant soil filter basin (not shown).

Beispiele für Sollwerte:Examples of setpoints:

ph-Wert:Größenordnung 7 bis 8 Phosphatkonzentration:Größenordnung 1 mg/l DOC-Wert:Größenordnung 10 mg/lpH value: order of magnitude 7 to 8 Phosphate concentration: around 1 mg / l DOC value: order of magnitude 10 mg / l

Die Messung der Phosphatkonzentration kann in zweckmäßiger Weise auch durch Messung in dem Filterbereich oder durch Messung in dem auslaufenden Wasser erfolgen. Dadurch wird nämlich auch der Phosphatanteil erfaßt, der in dem in der Filterzone vorhandenen Stroh enthalten ist.The measurement of the phosphate concentration can be more convenient Way also by measurement in the filter area or by Measurements take place in the leaking water. This will namely also the phosphate content recorded in the in the Existing straw is included in the filter zone.

Claims

1. Process for nitrate depletion in drinking water treatment, in which raw water is continuously fed to a cellulose-containing waste product, preferably straw, having a filter zone in which microbial denitrification takes place and the water is then subjected to post-cleaning, characterized in that at least at the start During the process, the phosphate concentration, the pH value and the DOC value (Dissolved Organic Carbon) of the water are measured and, if there are deviations from predetermined target values, brought to this.

2. The method of claim 1, wherein the cellulose-containing Waste products, preferably straw, after the Reduk is exhausted tion capacity replaced and new straw or the like. to be replaced, characterized in that the new straw or the like. An alkaline or thermal pretreatment is subjected.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the straw or the like is inoculated with microorganisms, and the water flow slowly increased after the start of the process is gert.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the water for post-cleaning Water plant soil filter is fed.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the water for cleaning a Un underground passage is supplied.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized in that during the microbial denitrification gases forming in the filter zone continuously or be carried out in cycles.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, in which the straw or the like. Filter zone having from below Is flowed through at the top, characterized in that the buoyancy forces acting on the straw or the like Opposing forces are compensated.

8. Device for performing the method, in particular according to one of claims 1 to 7, characterized in that the filter zone ( 8 ) is arranged in a container ( 1 ), and the container one through a lower grate ( 6 ) and an upper grate ( 7 ) has a limited receiving zone for the straw ( 9 ), and the container below the lower grate has a recess ( 4 ) in which a water supply guide ( 5 ) is arranged, and in the container locking devices ( 10 ) for the upper one Grate ( 7 ) are provided, and above the upper grate Wasserausgangseinrichtun gene ( 11 , 12 , 13 , 14 ) are arranged.

9. The device according to claim 8, characterized in that the walls ( 2 ) of the container are thermally insulated.

10. Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that the water outlet region of the container ( 1 ) is closed off from the atmosphere by a cover ( 15 ) which is sealed against the escaping water, and on the cover a suction device ( 18 , 19 , 20 ) for the removal of the gases formed in the filter zone during microbial denitrification.

11. Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that in the filter zone ( 8 ) snorkel-like tubes are inserted, the upper ends of which open above the water level of the container.

12. Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that a plurality of containers ( 1 ') - seen in the water flow direction - are arranged in parallel.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the containers are arranged with mutually adjacent walls, and acting on the outer walls ( 32 , 33 , 34 , 35 ) of this container arrangement ( 31 ) de supporting devices are provided.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the supports through the walls of an earth be formed.

15. An apparatus for performing the method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the filter zone has a plurality of shelf-like Aufnah mezonen ( 8 ') for the cellulose-containing waste products, preferably straw ( 9 '), and the floors ( 52 , 53 ) are designed permeable to sieves, and the zones ( 8 ') can be charged with water in the downward flow.

16. The apparatus according to claim 15, characterized in that below the filter zone or filter zones ( 8 ') a further sieve-shaped bottom is arranged with a filling body allowing intensive air contact (eg brushwood).

17. The apparatus of claim 15 or 16, characterized in that the shelf-like receiving zones ( 46 ) have, for example, a tarpaulin, loose cover.