DE3939732A1

DE3939732A1 - Verfahren zur entfernung von stickstoffverbindungen aus wasser

Info

Publication number: DE3939732A1
Application number: DE19893939732
Authority: DE
Inventors: Ruediger Dipl Ing Boeckle
Original assignee: Preussag AG
Current assignee: Preussag AG
Priority date: 1989-12-01
Filing date: 1989-12-01
Publication date: 1991-06-06

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Ammonium und anderen organischen Stickstoffverbindungen aus Wasser, mit einer Nitrifikationsstufe, in der der Stickstoff zu Nitrat oxidiert wird, und eine Denitrifika tionsstufe, in der das gebildete Nitrat biochemisch unter Zugabe eines Elektronendonators zu elementarem Stickstoff reduziert wird.

Verfahren zur biologischen Stickstoffentfernung aus Wasser der angegebenen Art sind aus der DVGW-Schriftenreihe "Wasser" Nr. 14, Seiten 187-228 bekannt. Bei diesen Ver fahren kommt es in der Nitrifikationsstufe zu einer Pro duktion von H⁺-Ionen, was zu einer Abnahme des m-Wertes bzw. des pH-Wertes des Wassers führt. Bei der anschließen den Denitrifikation entstehen OH⁻-Ionen und ebenfalls HCO₃¯-Ionen, wodurch der m-Wert bzw. der pH-Wert wieder an gehoben wird. Faßt man beide Reaktionen in einer Summe zu sammen, so ergibt sich insgesamt entsprechend der entfernten Ammoniummenge eine Abnahme des m-Wertes und ein Anstieg der Kohlensäuresumme, da vor allem die Denitrifikationsreaktion mit abnehmendem pH-Wert gehemmt wird, muß die gebildete Säuremenge durch Zusatz von Lauge neutralisiert werden, was zu einer Veränderung der Wasserzusammensetzung durch Erhö hung des Salzgehaltes führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches die Aufsal zung des Wassers minimiert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Wasser vor dem Eintritt in die Denitrifikationsstufe die Menge an Kohlendioxid durch Extraktion entzogen wird, die in der Denitrifikationsstufe entsteht. Bei dem erfindungs gemäßen Verfahren kann somit die Neutralisation der gebil deten Kohlensäure mit Lauge entfallen, so daß nur noch die gebildete Menge an H₃O⁺-Ionen, die der Erniedrigung des m-Wertes entspricht, mit Lauge neutralisiert werden muß. Hierdurch wird die Änderung der Wasserzusammensetzung bei der Stickstoffentfernung auf ein Minimum reduziert und es ergibt sich eine Einsparung an Lauge und damit eine Ver billigung des Verfahrens. Weiterhin ermöglicht das erfin dungsgemäße Verfahren eine gezielte Steuerung der Karbonat härte des Wassers, indem die Kohlendioxid-Extraktion rela tiv zur gebildeten Kohlendioxidmenge erhöht oder erniedrigt wird.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung erfolgt die Ex traktion des Kohlendioxids durch Ausblasen mit Luft, wobei die Abluft zumindest teilweise als Zuluft für die Sauerstoff zufuhr in der Nitrifikationsstufe verwendet und im Kreislauf in die Extraktionsstufe zurückgeführt wird. Hierdurch läßt sich über die Regelung der Frischluftmenge, die der Extrak tionsstufe zugeführt wird, der Kohlendioxidgehalt des nitri fizierten Wassers auf einfache Weise den Erfordernissen an passen, ohne daß es zu einer Störung durch die Belüftung in der Nitrifikationsstufe kommt. Die Extraktion von Kohlendi oxid kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl vor als auch hinter der Nitrifikationsstufe erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines schematischen Fließbildes näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.

Das ammoniumhaltige Rohrwasser wird bei 1 zugeführt und ge langt zunächst in die Nitrifikationsstufe 2. In der Nitri fikationsstufe wird dem Wasser durch Einleitung von Luft über eine Kreislaufleitung 3 Sauerstoff zugeführt, wo durch der in reduzierter Form vorliegende Stickstoff zu Nitrat oxidiert. Über eine Kreislaufleitung 4 wird die Ab luft aus der Nitrifikationsstufe 2 abgeführt. Das nitrat haltige Wasser gelangt aus der Nitrifikationsstufe 2 über eine Leitung 5 in eine Stripanlage, in der Kohlendioxid mit Luft extrahiert wird. Die Stripluft wird über die Kreis laufleitung 4 zugeführt, in die bei 7 die der zur Extrak tion einer bestimmten Menge an Kohlendioxid erforderliche Frischluftanteil eingeleitet wird. Die Abluft aus der Strip anlage 6 gelangt über die Kreislaufleitung 3 zur Nitrifi kationsstufe 2, wobei die überschüssige Abluftmenge über einen Auslaß 8 abgeleitet wird. Von der Stripanlage 6 ge langt das Wasser über eine Laugedosierstation 9 in die bio logische Denitrifikationsstufe 10, in der unter Zufuhr eines Kohlenstoffdonators beispielsweise Ethanol das Nitrat zu elementarem Stickstoff reduziert wird, wobei der Kohlen stoffdonator zu Kohlendioxid oxidiert wird. Das aus der Denitrifikationsstufe 10 austretende Reinwasser wird bei 11 entnommen. Eine vom Ausgang der Denitrifikationsstufe 10 zum Eingang der Nitrifikationsstufe 3 führende Rückfüh rung 12 dient zur Regelung des Verfahrens und zur Erhöhung der Reinigungsleistung.

Bei dem erläuterten Verfahren kann die in der Stripanlage 6 extrahierte Kohlendioxidmenge durch Regelung der Frisch luftzufuhr der in der Denitrifikationsstufe 10 gebildeten Kohlendioxidmenge angepaßt werden. Der Gesamtprozeß kann daher so gesteuert werden, daß das aufbereitete Wasser hin sichtlich m-Wert, p-Wert und pH-Wert den Rohrwasserwerten entspricht. Die Neutralisation der restlichen Säuremengen erfolgt zweckmäßig mit Calciumhydroxid, so daß sich als Ge samtreaktion des beschriebenen Prozesses gewissermaßen ein Austausch von Ammonium-Ionen gegen Calcium-Ionen ergibt.

Das folgende Beispiel macht die Vorzüge des erfindungsge mäßen Verfahrens deutlich. Aus Rohrwasser mit einer Ammo niumkonzentration von 5 mol/m³ (90 mg/l) wurde das Ammonium einerseits nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und anderer seits nach dem bekannten Verfahren entfernt, wobei der pH- Wert des aufbereiteten Reinwassers dem pH-Wert des Rohr wassers angepaßt wurde. In der nachfolgenden Tabelle ist die Veränderung der Wasserzusammensetzung beider Reinigungs prozesse gegenüber gestellt:

Wie die Tabelle zeigt, bleiben im Gegensatz zu dem bekann ten Verfahren bei dem erfindungsgemäßen Verfahren m-Wert und p-Wert konstant und der Anstieg der Calciumkonzentration im Wasser ist geringer entsprechend dem geringeren Bedarf an Calciumhydroxid zur Neutralisation.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Trinkwasseraufbereitung, wobei sich Carbonathärte über die Steuerung der CO₂-Extraktion verändern oder konstant halten läßt. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Grundwassersanierung eingesetzt werden, wobei hauptsächlich die Minimierung der Aufsalzung des in den Boden zurückge leiteten Grundwassers besonders vorteilhaft ist. Auch bei der Abwasserreinigung wie auch bei der Abwasseraufbereitung für eine Wiederverwendung in industriellen Prozessen läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft einsetzen und ermöglicht eine Minimierung des Chemikalienbedarfs.

Claims

1. Verfahren zur Entfernung von Ammonium und anderen organi schen Stickstoffverbindungen aus Wasser mit einer Nitri fikationsstufe, in der Stickstoff zu Nitrat oxidiert wird, und einer Denitrikationsstufe, in der das gebildete Nitrat biochemisch unter Zugabe eines Elektronendonators als Re duktionsmittel zu elementarem Stickstoff reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasser vor Eintritt in die Denitrifikationsstufe eine Menge an Kohlendioxid durch Extraktion entzogen wird, die der in der Denitrifikations stufe gebildeten Menge an Kohlendioxid entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktion des Kohlendioxids durch Ausblasen mit Luft erfolgt, wobei die Abluft zumindest teilweise als Zuluft für die Sauerstoffzufuhr in der Nitrifikationsstufe ver wendet und dem Kreislauf in die Extraktionsstufe zurück geführt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Teil des gereinigten Wassers vom Ausgang der Denitrifikationsstufe zum Eingang der Nitri fikationsstufe zurückgeführt wird und daß das Kohlen dioxid dem rückgeführten Wasser entzogen wird.