DE3727108C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur mikrobiologischen Denitrifikation von Wasser, insbesondere Trinkwasser, durch kontinuierliche Behandlung in einem denitrifizierende Bakterien in hoher Konzentration enthaltenden Durchflußreaktor sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Seit Jahren wird in Ländern mit intensiver industrieller und landwirtschaftlicher Produktion eine Erhöhung der Konzentrationen von Nitrat-Ionen in Grund- und Oberflächenwasser beobachtet.

Da mit der Anwesenheit von Nitrat im Trinkwasser Gesundheitsprobleme verbunden sind, ergibt sich die Notwendigkeit, seinen Gehalt im Trinkwasser zu vermindern. Durch herkömmliche Methoden der Trinkwasseraufbereitung kann eine solche Verminderung des Nitratgehaltes nicht erreicht werden.

Es gibt bereits einige Verfahren, die auf dem Weg der mikrobiellen Denitrifikation selektiv eine Nitratabreicherung eines entsprechend belasteten Wassers erreichen. Dabei wird in der Denitrifikationsanlage naturgemäß eine möglichst hohe Konzentration an denitrifizierenden Bakterien angestrebt unter Lebensbedingungen, unter denen sie optimal zur Denitrifikation gedrängt werden, um so eine maximale Nitratabreicherung eines zu behandelnden Wassers zu erreichen.

Gemeinsam ist vielen bisher bekannten Denitrifikationsverfahren, daß verschiedenartige Festkörper als Aufwuchsmaterial verwendet werden, um so eine Rückhaltung von denitrifizierenden Bakterien im Reaktionsraum zu gewährleisten. Die bakteriellen Umsetzungen finden dabei an der Oberfläche oder mehr oder weniger tief im Aufwuchskörper statt.

Bei solchen Festbettreaktoren treten nun im Verlaufe des Betriebes Probleme durch eine zunehmende Verstopfung des Festbettes auf, die zum einen durch nachwachsende Biomasse und zum anderen durch bei der Denitrifikation entstehendes Gas (Stickstoff) verursacht wird. Eine Rückspülung dieser Reaktoren in bestimmten Zeitabständen ist nicht sonderlich wirtschaftlich, denn sie läßt nur einen diskontinuierlichen Betrieb dieser Anlagen zu und benötigt ca. 10% des gereinigten Wassers.

Bei Fließbett- oder Drehtrommelreaktoren wird dieses Problem vermieden, da sowohl überschüssige Bakterienbiomasse mit der gereinigten Flüssigkeit als auch entstehendes Stickstoffgas kontinuierlich aus dem Reaktor entfernt werden. Diese Verfahren erfordern jedoch eine besonders intensive Nachreinigung, da gewährleistet werden muß, daß keine Bakterien aus dem Reaktor in das Trinkwasser gelangen.

Ziel der Erfindung ist daher ein Denitrifikationsverfahren, bei dem weder Verstopfungsprobleme auftreten noch eine aufwendige Nachreinigung erforderlich ist.

Das zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße Verfahren der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorinhalt durch eine schnellaufende Pumpe, die das Wasser durch eine Filtrationseinheit pumpt, voll durchmischt wird, und die somit in suspendierter Form vorliegenden, denitrifizierenden Bakterien vom Reaktorablauf durch die Filtrationseinheit zurückgehalten werden.

Dabei wird mit einer Suspension von Bakterien oder Bakterienflocken in einem Reaktor gearbeitet, der insbesondere als Tauchstrahl- oder Hubstrahl- oder als Rührkesselfermenter ausgebildet sein kann. Auf diese Weise wird eine sehr hohe Konzentration an denitrifizierenden Bakterien aufrechterhalten (bis zu 10₉TS/l), ohne daß ein Aufwuchskörper notwendig ist; jedoch muß durch geeignete Filtration dafür gesorgt werden, daß die Biomasse im Denitrifikationsreaktor verbleibt, während die gereinigte Flüssigkeit bakterienfrei aus der Anlage abgegeben wird und direkt in das Trinkwassernetz eingespeist werden kann. Eine geeignete Filtrationseinheit arbeitet insbesondere nach dem Cross-Flow-Prinzip unter ausreichender Rückhaltung der denitrifizierenden Bakterien im Reaktor bei hohem Durchsatz des behandelten Wassers.

Beispielsweise kann eine Cross-Flow-Filtrationseinheit mit einem Wasser/Bakterienkonzentratverhältnis von 1 : 10 und Porengrößen um 1 µm bei ca. 1 bar Druck angewandt werden.

Durch die sehr hohen Bakterienkonzentration im Reaktor ist eine sehr hohe Denitrifikationsleistung der Anlage möglich. Zu den vorherrschenden Bakterien gehören insbesondere gram-negative, aerobe, stäbchenförmige Bakterien, z. B. der Gattung Pseudomonas.

Da keine durch Aufwuchskörper begünstigte Mikrozonenbildung möglich ist, kann durch die gewählten Bedingungen eine reine Population von denitrifizierenden Bakterien aufrechterhalten werden. Unerwünschte Nebenprodukte werden vermieden.

Wie bei anderen Verfahren auch, wird als Elektronendonator zur mikrobiellen Denitrifikation entweder eine organische Substanz, vorzugsweise Methanol, Ethanol oder Acetat oder eine anorganische Substanz, wie z. B. Wasserstoff verwendet (gegebenenfalls können ferner Mineral- und Spurenstoffe zugesetzt werden). Die zu­ dosierte Menge dieser Stoffe wird von einer Regeleinheit nach Werten, die im Reaktor oder im zufließenden Wasser gemessen werden, vorzugsweise Nitrat, Sauerstoff, pH, etc., gesteuert.

Weitere vorzusehende Steuerungen betreffen die Zulauf- und die Filtrationspumpe.

Der Reaktor bedarf keiner gesonderten Rühreinrichtung, da der Inhalt durch eine schnellaufende Pumpe, die das Wasser durch die Filtrationseinheit pumpt, voll durchmischt wird.

Besonders zweckmäßig wird ein Tauchstrahlreaktor mit einer Cross-Flow-Filtrationseinheit kombiniert, deren schnellaufende Pumpe gleichzeitig für einen Flüssigkeits­ strahl hoher Energie im Reaktor sorgt, der eine lebhafte Umwälzung im Reaktor bewirkt und Flockenbildungen verhindert.

Bei dieser Denitrifikation können definierte Organismen eingesetzt und so gegebenenfalls Störeffekte vermieden werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die angefügte Zeichnung beschrieben, die schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Denitrifikation zeigt:

Beispiel

Über eine Pumpe (1) wird das nitrathaltige Wasser in einen Bioreaktor (2) gepumpt und dort in Kontakt mit den denitrifizierenden Bakterien gebracht. Im durch die Pumpe (3) angetriebenen Teilstrom arbeitet eine Filtrationseinheit (4) aus der denitrifiziertes, bakterienfreies Wasser in den Ablauf übertritt. Der Reaktor wird z. B. durch die schnellaufende Pumpe (3) vollständig durchmischt. Eine Meß- und Regeleinheit (5) mißt im zulaufenden Wasser den Nitratgehalt und den Sauerstoffgehalt und regelt danach den Zufluß an organischer Substanz aus einem Vorratsbehälter (6) und den Durchfluß der Filtrationseinheit (4). Überschüssige Bakterienbiomasse kann durch den Überlauf (7) entfernt werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur mikrobiologischen Denitrifikation von Wasser, insbesondere Trinkwasser, durch kontinuierliche Behandlung in einem denitrifizierende Bakterien in hoher Konzentration enthaltenden Durchfluß-Reaktor, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorinhalt durch eine schnellaufende Pumpe, die das Wasser duch eine Filtrationseinheit pumpt, voll durchmischt wird, und die somit in suspendierter Form vorliegenden, denitrifizierenden Bakterien vom Reaktorablauf durch die Filtrationseinheit zurückgehalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich sessile Bakterien im Reaktor vorhanden sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Filtrationseinheit eine Cross-Flow-Filtrationseinheit eingesetzt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Tauchstrahl- oder Rührkesselreaktor (2) mit Wasser- und Energielieferantenzulauf (1, 6) sowie einem Kreislauf mit schnellaufender Pumpe (3) und einer Cross-Flow-Filtrationseinheit (4).