DE4137725A1 - METHOD FOR REMOVING THE NITRATES FROM WATER INTENDED TO DRINK BY MEANS OF MEMBRANE SYSTEMS AND SIMILAR METHODS - Google Patents
METHOD FOR REMOVING THE NITRATES FROM WATER INTENDED TO DRINK BY MEANS OF MEMBRANE SYSTEMS AND SIMILAR METHODSInfo
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Beseitigung von Nitraten und sonstigen gegenüber den ge setzlichen Vorschriften überhöhten ionischen Bestandtei len aus dem zum Trinken bestimmten Wasser mit Hilfe ei nes Membransystems, insbesondere einer Elektrodialyse batterie mit Polaritätsumkehr unter Verwendung von ab wechselnd für Kationen und Anionen durchlässigen Membra nen in Kombination mit einem Denitrierungssystem nur für den Abwasserfluß, das in der Lage ist, aus der Abwasser- Sole die gegenüber den gesetzlichen Vorschriften über höhten Nitrate zu beseitigen.The present invention relates to a method for Elimination of nitrates and other ge statutory provisions excessive ionic constituent len from the water intended for drinking with the help of egg nes membrane system, especially an electrodialysis reverse polarity battery using ab alternating for cations and anions permeable membra in combination with a denitrification system only for the wastewater flow that is able to flow from the wastewater Brine the over legal regulations eliminate high nitrates.
Bekanntlich nimmt der Nitratgehalt im Trinkwasser immer mehr zu, weshalb sich der Gesetzgeber durch das Festle gen eines oberen Grenzwerts als Sicherheitsgrenze für eine unschädliche Aufnahme mit der Nahrung für den Men schen zum Eingreifen genötigt sah. Gleichzeitig legen die gesetzlichen Bestimmungen auch Parameter für alle sonstigen Ionenbestandteile im Trinkwasser fest, was da hin führt, daß eine ganze Reihe herkömmlicher Wasserauf bereitungsverfahren veraltet sind, die das Problem nur teilweise lösen (Wasserenthärten mit Kalk, Wasserenthär ten durch Ionenaustausch, selektive Nitratbeseitigung auf Ionenaustauscherharzen, ionische, aerobe oder anaerobe, biologische Denitrierung) oder auch total, so daß die Remineralisierung des Produktes erforderlich wurde (umgekehrte Osmose, Verdampfungssysteme).As is well known, the nitrate content in drinking water always increases more about why the legislator through the Festle an upper limit as a safety limit for harmless food intake for men saw the need to intervene. Lay at the same time the legal provisions also parameters for everyone other ion components in the drinking water what is there leads to a whole range of conventional water preparation procedures are out of date, which is only the problem partially dissolve (water softening with lime, water softening through ion exchange, selective nitrate removal on ion exchange resins, ionic, aerobic or anaerobic, biological denitrification) or totally, so that the remineralization of the product is required was (reverse osmosis, evaporation systems).
Die neuesten Vorschriften, z. B. die EWG-Richtlinie 80/778 vom 15. Juli 1980, der Erlaß des Präsidenten des Ministerrats DPCM vom 8. Feb. 1985 haben für Nitrate bei Trinkwasser maximal zulässige Grenzwerte festgelegt, die nicht überschritten werden dürfen, sowie einzuhaltende Richtwerte bei weiteren chemischen Parametern, darunter Wasserhärte, Chloride, Sulfate, Natrium und gesamte ge löste Feststoffe (TDS) sowie auch zulässige Grenzwerte für Nitrate in Abwässern, Grenzwerte, die nach neuesten Vorschriften auf 20 ppm als Stickstoff oder 88,5 ppm als NO3 festgelegt sind.The latest regulations, e.g. B. the EEC Directive 80/778 of July 15, 1980, the decree of the President of the Council of Ministers DPCM of February 8, 1985 have set maximum permissible limit values for nitrates in drinking water, which must not be exceeded, as well as guidelines to be observed for other chemical substances Parameters, including water hardness, chlorides, sulfates, sodium and total dissolved solids (TDS) as well as permissible limit values for nitrates in wastewater, limit values that are set at 20 ppm as nitrogen or 88.5 ppm as NO 3 according to the latest regulations.
Die bisher angewandte Technologie tendiert dazu, die Probleme einzeln anzugehen um die Trinkwassereigenschaf ten des Wassers zu verbessern, und zwar:The technology used so far tends to Addressing issues individually around drinking water properties to improve water, namely:
- - Weichmachen des Wassers mit Kalk oder Ionenaustau scherharzen zur Verminderung der Härte;- Softening the water with lime or ion exchange shear resins to reduce hardness;
- - selektive Ionenaustauscherharze oder biologische Be handlungen zwecks Beseitigung der Nitrate;- Selective ion exchange resins or biological loading acts to remove nitrates;
- - Elektrodialyse oder umgekehrte Osmose zwecks Verminde rung der gesamten gelösten Salze (TDS), der Chloride und der Sulfate, insbesondere bei der Aufbereitung von Brackwasser.- Electrodialysis or reverse osmosis for the purpose of avoidance total dissolved salts (TDS), chlorides and the sulfates, especially in the processing of Brackish water.
Die neuen Vorschriften hingegen fordern, daß das Trink wasserproblem global gelöst wird, weil das zur Verfügung stehende Wasser häufig wegen mehrerer Parameter und nicht nur wegen seines Nitrat- oder Chloridgehalts nicht genießbar ist. The new regulations, however, require that drinking water problem is solved globally because that is available stagnant water often due to several parameters and not just because of its nitrate or chloride content is edible.
Unter den verschiedenen bekannten Prozessen gestattet nur das Verfahren, das Elektrodialyseeinheiten einsetzt, und zwar besonders Elektrodialyseeinheiten mit Polari tätsumkehr (EDR), die Beseitigung der Nitrate im Wasser, führt gleichzeitig andere Schadstoffe unter die Schwelle der Zulässigkeit gemäß den neuen Vorschriften zurück und ermöglicht ferner, daß man sich wirtschaftlich und ener getisch optimal an die angegebenen Richtwerte annähert oder sie erreicht.Allowed under the various known processes only the process that uses electrodialysis units, especially electrodialysis units with Polari reversal (EDR), the removal of nitrates in water, leads other pollutants below the threshold the admissibility according to the new regulations and also allows you to be economical and ener table approximates optimally to the specified guide values or reached it.
Dieses Verfahren, das aus aufeinanderfolgenden Stufen besteht, gestattet ferner die Anpassung der Aufbereitung an die effektiven Voraussetzungen, die von der verfügba ren Wasserquelle vorgegeben sind.This process, which consists of successive stages exists, also allows the adaptation of the preparation to the effective conditions that are available from the ren water source are specified.
Es muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß die bekann ten Verfahren, wie umgekehrte Osmose und Verdampfung, die eine zu weitgehende Demineralisierung hervorrufen, zur Trinkbarkeit des Wassers eine Remineralisierung ent weder durch chemische Produkte oder durch Vermischung mit dem Rohwasser erforderlich machen.It must be pointed out, however, that it did processes, such as reverse osmosis and evaporation, that cause excessive demineralization, a remineralization to make the water drinkable neither by chemical products nor by mixing with the raw water.
Ebenso muß in Betracht gezogen werden, wie noch genauer ausgeführt werden wird, daß die Anwendung der Einheit (EDR) quantitativ gleichwertige Beseitigungen, sei es bei Chlorid, sei es bei Nitraten, gestattet, wobei es bei den Nitraten möglich ist, noch unter die Schwelle der maximal zulässigen Werte zu kommen, und bei den Chloriden, sich dem Richtwert der Vorschriften anzunä hern oder ihn noch zu verbessern.Likewise, consideration must be given to how more precisely that will execute the application of the unit (EDR) quantitatively equivalent removals, be it with chloride, be it with nitrates, permitted, whereby it is possible with the nitrates, still below the threshold of the maximum allowable values, and at the Chlorides to meet the guideline value of the regulations or improve it.
Alle bekannten Verfahren zur Beseitigung der Nitrate einschließlich der Elektrodialyse, abgesehen nur von den direkt zur Aufbereitung des Trinkwassers vorgesehenen biologischen Verfahren zur Beseitigung der Nitrate, ha ben den Nachteil, daß sie die beseitigten Nitrate im Ab wasser konzentrieren, weshalb der Gehalt dieser letzte ren höher wird, als es die Vorschriften für Abwässer zu lassen. Es wird daher eine weitere Wasseraufbereitung unabdingbar, um schließlich auch die vom Gesetz gefor derten Grenzwerte für den Abwasserfluß einzuhalten.All known processes for the removal of nitrates including electrodialysis, apart from only those provided directly for the treatment of drinking water biological processes for the removal of nitrates, ha ben the disadvantage that they remove the nitrates in Ab concentrate water, which is why the content of this last higher than the wastewater regulations to let. There will therefore be further water treatment indispensable in order to ultimately also meet the requirements of the law to comply with the limit values for waste water flow.
Die direkt auf das Trinkwasser angewandte biologische Aufbereitung weist hingegen einen anderen schwerwiegen den Nachteil auf und zwar deswegen, weil der Kontakt und das technisch durchaus mögliche unmittelbare Vorkommen der Bakterien im Trinkwasser auch den menschlichen Orga nismus schädigen könnte. Als Hauptziel der vorliegenden Erfindung soll insbesondere diese Möglichkeit des Vor kommens von Bakterien vollständig ausgeschlossen werden.The biological applied directly to the drinking water Processing, on the other hand, has another serious problem the disadvantage because of the contact and the technically possible immediate occurrence the bacteria in the drinking water also the human org nism could harm. As the main objective of the present In particular, this invention is intended to provide this possibility bacteria are completely excluded.
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Beseitigung der Nitrate (und weiterer schädlicher Ionen) aus dem zum Trinken bestimmten Wasser zu realisieren und es mittels eines besonderen Prozesses der Wasseraufbereitung mit Hilfe von Membransystemen und der Denitrierung von Abwässern gesondert vom Trinkwasser einzusetzen, um die gesetzlichen vorgeschriebenen Werte sowohl beim Trinkwasser als auch beim Abwasser einzuhal ten.The main object of the present invention is therefore a process for removing nitrates (and others harmful ions) from the water intended for drinking to realize and use a special process water treatment with the help of membrane systems and the denitrification of waste water separately from drinking water to use the statutory values both for drinking water and wastewater ten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Beseitigung der Nitrate zu entwickeln, das geeignet ist, die Behandlung des Wasser durch Beseitigung von Nitraten auf die gesetzlich vorgeschriebenen Werte für Trinkwasser einzustellen und gleichzeitig, zusammen mit den Nitraten, die Beseitigung auch der Chloride, der Sulfate, der Härte und der gelösten Gesamtfeststoffe zu ermöglichen sowie die gleichmäßige Qualität des erzeug ten Wassers gegenüber einer entsprechenden Konstanz der chemischen Merkmale des zugeführten Rohwassers sicherzu stellen.Another object of the invention is a method to develop the nitrate that is suitable is the treatment of water by removing Nitrates to the legally required values for Stop drinking water and at the same time, along with the nitrates, the removal of the chlorides, the Sulfates, hardness and total dissolved solids enable and the uniform quality of the production th water compared to a corresponding constancy of chemical characteristics of the raw water supplied put.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es schließlich, ein Verfahren nach den obigen Vorgaben zu entwickeln, das in der Lage ist, eine erhöhte Ergiebigkeit der Trinkwasserproduktion zu erzielen und auch so, daß sich jede Zumischung, Homogenisierung und Remineralisierung des so erzeugten Wasser erübrigt, mit offensichtlichen wirtschaftlichen und praktischen Vorteilen, das ferner den bisher üblichen Verfahren zum Beseitigen von Nitra ten sowohl hinsichtlich des Platzbedarfs als auch der Geräte- und Betriebskosten eindeutig überlegen ist.Finally, another object of the invention is to develop a process according to the above specifications, which is able to increase the productivity of the To achieve drinking water production and so that every admixture, homogenization and remineralization of the water generated in this way, with obvious economic and practical advantages that further the usual procedure for removing Nitra both in terms of space requirements and Device and operating costs are clearly superior.
Diese und noch weitere aus der folgenden Beschreibung ersichtlichen Aufgaben werden durch ein Verfahren zum Beseitigen von Nitraten aus dem zum Trinken bestimmten Wasser gelöst, das erfindungsgemäß darin besteht, daß das zugeführte Rohwasser einem Verfahren zum Beseitigen von in diesem Wasser enthaltenen Nitraten und sonstigen Ionen zwischen mehreren mit Membranen arbeitenden Reinigungselementen, insbesondere mehreren Elek trodialyseeinheiten des Typs mit Polaritätsumkehr unter zogen wird, die in Reihe angeordnet sind, und zwar so, daß der Reihe nach jede Membraneinheit das Wasser fort schreitend reinigt, bis durch die Beseitigung der Nitrate und sonstiger Ionen wie Chloride, Sulfate u.ä. ein Grad der Trinkbarkeit erreicht wird, der in den ge setzlichen Vorschriften vorgesehen ist, anschließend diese Nitrate und sonstigen Ionen aus diesen Einheiten entfernt werden und einer biologischen Denitrierungsbe handlung mittels bekannter Technologien unterzogen wer den, so daß auch im Abwasser der Grenzwert für Nitrate gemäß den geltenden gesetzlichen Vorschriften eingehal ten wird.These and others from the following description apparent tasks are carried out by a procedure for Eliminate nitrates from drinking Dissolved water, which according to the invention consists in that the raw water supplied to a process for disposal of nitrates and other contained in this water Ions between several working with membranes Cleaning elements, especially several elec trodialysis units of the type with polarity reversal below which are arranged in a row, in such a way that in turn each membrane unit the water away striding cleans up by eliminating the Nitrates and other ions such as chlorides, sulfates, etc. a degree of drinkability is achieved that is in the ge statutory provisions is provided, subsequently these nitrates and other ions from these units be removed and a biological denitrification action using known technologies den, so that the limit value for nitrates in accordance with the applicable legal regulations will.
Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Ver
fahrens werden aus der nachfolgenden detaillierten Be
schreibung einer bevorzugten Ausführungsform deutlich,
die nicht die einzige für die praktische Anwendung dar
stellt, wobei diese Beschreibung auch unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen gegeben wird und hier
nur mit hinweisender Wirkung angeführt ist, in diesen
Zeichnungen
zeigt die
Fig. 1 in der Form eines Blockdiagramms die im
einzelnen bekannten Geräte, die erfindungsgemäß zur
Durchführung der Betriebsphasen des Verfahrens zum
Beseitigen von Nitraten einsetzbar sind, während
Fig. 2 schematisch eine Reihe von Elektrodialyseeinhei
ten mit Membranen umgekehrter Polarität zeigt, die er
findungsgemäß zum Abscheiden von Nitraten und sonstigen
Ionen aus dem für Trinkzwecke bestimmten Wasser sowie zu de
ren Beseitigung aus den mit den Nitraten angereicherten
Abwasserflüssen, die aus diesen Elektrodialyseeinheiten
abgegeben werden, zwecks anschließender gesonderter allgemei
ner Behandlung zur Denitrierung einsetzbar sind.Further features and advantages of the method according to the invention will become apparent from the following detailed description of a preferred embodiment, which is not the only one for practical use, this description being given with reference to the accompanying drawings and given here only for reference is in these drawings
Fig. 1 in the form of a block diagram, the known devices in detail, which can be used according to the invention for performing the operating phases of the process for removing nitrates, while
Fig. 2 schematically shows a series of Elektrodialyseeinhei th with membranes of opposite polarity, which he inventively for separating nitrates and other ions from the water intended for drinking purposes and for de ren elimination from the nitrate-enriched wastewater flows that are released from these electrodialysis units , can be used for the subsequent separate general treatment for denitrification.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird das zwecks Abscheidens etwaiger fester Fremdkörper entsprechend gefilterte Roh wasser über eine Leitung A zwischen einer Mehrzahl von Elektrodialyse-Einheiten bzw. -Zellen mit Membranen um gekehrter Polarität hindurchgeschickt, die hintereinan der in Reihe angeordnet sind in hinreichend großer An zahl vorhanden sind, daß das Beseitigen der Nitrate, Chloride u.ä. bis zu einer Reduktion der Konzentration im Wasser, die innerhalb der gesetzlichen Grenzwerte für Trinkwasser liegt, fortgesetzt wird. Das durch die ver schiedenen Einheiten gereinigte Wasser wird, wie noch näher ausgeführt wird, über eine Leitung B den Anlagen, für die es bestimmt ist, zugeführt, während die Abwas serflüsse aus den Einheiten über eine Leitung C gesam melt werden, zu einer Einheit zur biologischen Denitrie rung D geleitet werden, von wo aus der Abwasserfluß nach Aufbereitung durch Beifügung organischer Nährstoffe E, die über eine Leitung F zugeführt werden, frei von Nitraten über eine Leitung G nach außen abgeleitet wird. With reference to Fig. 1, for the purpose of separating any solid foreign bodies, appropriately filtered raw water is sent through a line A between a plurality of electrodialysis units or cells with membranes of reversed polarity, which are arranged one behind the other in a sufficiently large amount number are present that the removal of nitrates, chlorides, etc. until the concentration in the water falls within the legal limits for drinking water. The water purified by the various units is, as will be explained in more detail, via a line B to the systems for which it is intended, while the waste water flows from the units are collected via a line C to one unit biological denitration D are conducted, from where the wastewater flow after treatment by adding organic nutrients E, which are supplied via a line F, is derived free of nitrates via a line G to the outside.
Im Einzelnen lassen sich die Betriebsphasen zum Beseiti gen von Nitraten mittels eines Membransystems bestehend aus Elektrodialyseeinheiten mit Membranen umgekehrter Polarität wie folgt zusammenfassen.In detail, the operating phases can be eliminated gene of nitrates using a membrane system from electrodialysis units with membranes reversed Summarize polarity as follows.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 besteht ein Elektrodialyse system im wesentlichen aus einem Behälter in Parallel epipedform H, innerhalb dessen eine Vielzahl von senk rechten Membranen abstandsgleich angeordnet ist, die mit Nummern 1 bis 6 gekennzeichnete Abteilungen oder Zellen definieren.With reference to Fig. 2, an electrodialysis system consists essentially of a container in parallel epiped form H, within which a plurality of perpendicular membranes are arranged equidistantly, which define departments or cells marked with numbers 1 to 6 .
Die Membranen sind vom anionischen bzw. kationischen Typ und innerhalb des Behälters 4 abwechselnd angeordnet; die äußersten Abteilungen 1 bzw. 6 enthalten die Elek troden und zwar steht die Kathode in Abteil 1 und die Anode in Zelle 6. Diese Elektroden sind an eine Gleich stromquelle 7 angeschlossen. Dank dieser Anordnung ist das Elektrodialysesystem in der Lage, eine konstante Qualität des mittels Polaritätsumkehr aus der Strom quelle 7 zugeführten elektrischen Stroms trinkbar ge machten Wassers beizubehalten. Das Rohwasser wird konti nuierlich in die zwischen der ersten und der letzten der Reihe liegenden Abteilungen eingespeist und die Membranen bewirken die Trennung der in Lösung vorliegenden ioni sierten Verunreinigungen (Nitrate, Chloride usw.).The membranes are of the anionic or cationic type and are arranged alternately within the container 4 ; the outermost compartments 1 and 6 contain the electrodes, namely the cathode in compartment 1 and the anode in cell 6 . These electrodes are connected to a direct current source 7 . Thanks to this arrangement, the electrodialysis system is able to maintain a constant quality of the drinking water made available by means of polarity reversal from the current source 7 , which makes the electrical current drinkable. The raw water is continuously fed into the sections between the first and the last of the row and the membranes separate the ionized impurities in solution (nitrates, chlorides, etc.).
Im einzelnen sind die Membranen in Fig. 2 paarweise ge kennzeichnet, und zwar mit den Buchstaben I und L für jedes aneinandergrenzende Paar.In detail, the membranes in Fig. 2 are marked in pairs, with the letters I and L for each adjacent pair.
Die mit "I" gekennzeichneten Membranen sind vom anioni schen Typ, undurchlässig für das Wasser, und lassen die negativ geladenen Ionen (Anionen) passieren.The membranes marked with "I" are from anioni type, impermeable to water, and let the negatively charged ions (anions) pass.
Die mit "L" gekennzeichneten Membranen sind vom kationi schen Typ, undurchlässig für das Wasser, und lassen die positiv geladenen Ionen (Kationen) passieren.The membranes marked with "L" are from kationi type, impermeable to water, and let the pass positively charged ions (cations).
Bei den Zellen oder Abteilungen sind die Zellen 1 und 6 einmalig, weil sie die Elektroden enthalten, während die anderen entsprechend die folgenden Funktionen erfüllen:For cells or departments, cells 1 and 6 are unique because they contain the electrodes, while the others accordingly perform the following functions:
- - Zelle 2 - NO3 und andere negativ geladene Ionen können die Membran "L" nicht durchdringen und bleiben in Zelle 2 - Cell 2 - NO 3 and other negatively charged ions cannot penetrate the membrane "L" and remain in cell 2
- - Zelle 3 - Na⁺ und andere positiv geladene Ionen kön nen die Membran "I" nicht durchdringen und bleiben in Zelle 3.- Cell 3 - Na⁺ and other positively charged ions cannot penetrate membrane "I" and remain in cell 3 .
- - Zelle 4 - NO3 und andere negativ geladene Ionen durch dringen die Membran "I" zur Zelle 5, Na⁺ und andere po sitiv geladenen Ionen durchdringen die Membran "L" zur Zelle 3.- Cell 4 - NO 3 and other negatively charged ions penetrate membrane "I" to cell 5 , Na⁺ and other positively charged ions penetrate membrane "L" to cell 3 .
-
- Zelle 5 - NO3⁻ und andere negativ geladenen Ionen kön
nen die Membran "L" nicht durchdringen und bleiben in
Zelle 5.
Na⁺ und andere positiv geladene Ionen können die Membran "I" nicht durchdringen und bleiben in Zelle 5.- Cell 5 - NO 3 ⁻ and other negatively charged ions cannot penetrate the membrane "L" and remain in cell 5 .
Na⁺ and other positively charged ions cannot penetrate membrane "I" and remain in cell 5 .
Das Gesamtergebnis ist, daß das Wasser in den Zellen 2 und 4 an Nitraten und anderen Ionen verarmt wird und somit für Trinkzwecke abgezogen und ausgegeben wer den kann. Das Wasser in den Zellen 3 und 5 reichert sich mit Nitraten und anderen Ionen an und bildet den Abwas serfluß.The overall result is that the water in cells 2 and 4 is depleted of nitrates and other ions and can therefore be withdrawn and spent for drinking purposes. The water in cells 3 and 5 is enriched with nitrates and other ions and forms the waste water flow.
Die in Fig. 2 schematisch vereinfacht dargestellte Ge samtaufbereitung sammelt die Abwasserflüsse, faßt sie zu einem einzigen Abwasserfluß "C" zusammen, der dann in einem Reaktor (oder in einem Fließbett) D (Fig. 1) abge trennt vom Trinkwasser einer biologischen Denitrierungs behandlung unterzogen werden kann.The overall schematically shown in Fig. 2 simplified processing collects the wastewater flows, summarizes them into a single wastewater flow "C", which then separates in a reactor (or in a fluidized bed) D ( Fig. 1) from the drinking water of a biological denitration treatment can be subjected.
Die Entfernung der Nitrate aus dem Abwasserfluß der Elektrodialyseeinheit wird erfindungsgemäß auf biologi schem Weg durch Bakterienpopulationen bewirkt.The removal of the nitrates from the wastewater flow of the Electrodialysis unit according to the invention is biological caused by bacterial populations.
Im Prinzip können sowohl heterotrophe als auch autotro phe Stämme eingesetzt werden.In principle, both heterotrophic and autotro phe strains are used.
Die größere Komplexität beim Einsatz der autotrophen Bakterien (u. a. auch die Notwendigkeit, Wasserstoff als Nährmittel einzusetzen) begrenzt ihre Vorteile auf ei nige ganz besondere Einsatz-Hypothesen, die hier nicht weiter in Betracht gezogen werden sollen.The greater complexity when using the autotrophic Bacteria (including the need to use hydrogen as Using nutrients) limits their benefits to egg some very special application hypotheses that are not here should be further considered.
Die heterotrophen Bakterien machen hingegen den Zusatz organischer Substanzen erforderlich. In diesem Zusammen hang seien erwähnt: Methylalkohol, Essigsäure und Ethyl alkohol sowie zahlreiche industrielle Nebenerzeugnisse wie z. B.:The heterotrophic bacteria make the addition organic substances required. In this together be mentioned: methyl alcohol, acetic acid and ethyl alcohol and numerous industrial by-products such as B .:
- - Nachläufe aus der Herstellung von Alkohol und stark alkoholhaltigen Destillaten,- After-runs from the production of alcohol and strong alcoholic distillates,
- - stark konzentrierte Zuckerabfälle,- highly concentrated sugar waste,
- - Frostschutzmittelgemische aus Kühlkreisläufen.- Antifreeze mixtures from cooling circuits.
Die Vorteile des vorgeschlagenen Prozesses sind augen fällig in Anbetracht der niedrigen Beschaffungskosten für diese Substanzen.The advantages of the proposed process are obvious due in view of the low procurement costs for these substances.
Der Verbrauch an organischen Substanzen ist nämlich pro portional zur Menge der Nitrate, die aus dem trinkbar zu machenden Wasser ausgeschieden werden muß, und nicht proportional zum Gesamtgehalt der Nitrate in diesem Was ser, wie es zum Beispiel bei Verfahren auf der Grundlage der direkten biologischen Denitrierung des trinkbar zu machenden Wassers der Fall ist.The consumption of organic substances is namely pro proportional to the amount of nitrates that are drinkable from the water must be excreted, and not proportional to the total content of nitrates in this what as is the case, for example, with procedures based on the direct biological denitrification of the drinkable making water is the case.
Die Reaktion der biochemischen Denitrierung ist in ihren biologischen, Gleichgewichts-, kinetischen und techni schen Aspekten in der Literatur ausführlich beschrieben.The reaction of biochemical denitration is in theirs biological, equilibrium, kinetic and techni aspects described in detail in the literature.
Dieser technische Prozeß läßt sich durch Anwendung einer der in der Literatur bereits bekannten und beschriebenen Techniken realisieren:This technical process can be implemented using a of those already known and described in the literature Realize techniques:
- - Haftende, ins Festbett oder ins Fließbett getauchte Biomasse,- Adherent, immersed in a fixed bed or in a fluid bed Biomass,
- - haftende, nicht eingetauchte Biomasse,- adhering, not immersed biomass,
- - Biomasse in Suspension.- Biomass in suspension.
Im ersten Fall fließt der Rückfluß aus der Elektrodia lyse mit hinreichend Methylalkohol oder einer anderen geeigneten Kohlenstoffquelle versetzt durch ein Bett aus inertem Material, an dem die Bakterienkulturen haften, die die Denitrierung bewirken. Das inerte Material kann fest oder unter der Flußgeschwindigkeit verflüssigt sein.In the first case, the reflux flows out of the electrodia lysis with sufficient methyl alcohol or another suitable carbon source offset by a bed inert material to which the bacterial cultures adhere, that cause denitrification. The inert material can solid or liquefied at the flow rate be.
Der zweite Prozeß unterscheidet sich vom ersten inso fern, als der zu denitrierende Fluß die Leerräume zwi schen dem inerten Material nicht ganz ausfüllt. Der restliche freie Raum ist daher von einer gasförmigen Phase besetzt, die keinen Sauerstoff enthalten darf.The second process is very different from the first far, when the river to be denitrified the empty spaces between the inert material is not completely filled. The remaining free space is therefore of a gaseous type Occupied phase that must not contain oxygen.
Im dritten Prozeß ist die denitrierende biologische Masse in einem Reaktor in einer flüssigen Phase in Sus pension gehalten, in den sowohl der zu denitrierende Fluß als auch die Kohlenstoffquelle eingespeist werden. In the third process, the denitrifying is biological Mass in a reactor in a liquid phase in Sus pension held in both the denitrit River as well as the carbon source can be fed.
Das Gemisch aus Biomasse und denitriertem Fluß, das den Reaktor verläßt, wird in einem unter Schwerkraft wirken den Abscheider getrennt und die Biomasse wird kontinu ierlich in den Reaktor rückgeführt.The mixture of biomass and denitrified river that the Leaves reactor, will act under gravity in one the separator is separated and the biomass is continuously re-fed into the reactor.
In der industriellen Anwendung unterscheiden sich die obigen Prozesse eindeutig im Hinblick auf Platzbedarf, Gerät- und Betriebskosten.They differ in industrial application the above processes clearly in terms of space requirements, Device and operating costs.
Die Wahl muß daher fallweise ausgerichtet sein und sowohl die Betriebsbedingungen (zu denitrierender Durch satz, Belastung mit zu entfernenden Nitraten, Tempera tur) als auch äußere Bedingungen (Möglicher Standplatz, Umwelteinflüsse, technisches Niveau des betreffenden Landstrichs, Beschaffung der Nährstoffe usw.) in Be tracht ziehen.The choice must therefore be made on a case by case basis both the operating conditions (to denitrify through rate, exposure to nitrates to be removed, tempera tur) as well as external conditions (possible stand, Environmental influences, technical level of the concerned Land, procurement of nutrients, etc.) in Be dress.
Zwecks größerer Klarheit und als Bestätigung des oben Gesagten werden hier nachstehend zwei Beispiele für die erfindungsgemäße Realisierung des kombinierten Verfah rens der Elektrodialyse und der nachfolgenden, gesondert durchgeführten Denitrierung des Abwasserflusses gemäß der vorliegenden Erfindung in der Praxis gezeigt.For the sake of clarity and as confirmation of the above Below are two examples of the Realization of the combined method according to the invention rens of electrodialysis and the following, separately performed denitrification of the wastewater flow according to of the present invention shown in practice.
In einer Pilotanlage mit Elektrodialyseeinheiten aus der Produktion der Firma IONICS Inc., Typ Aquamite XX 4/2, mit einer Kapazität von 50 m3/h Trinkwasser mit 4 m3/h Abwasserfluß, d. h. mit einer Rückgewinnung von 92%, wur den während eines dreimonatigen Probebetriebs die fol genden Ergebnisse erzielt:In a pilot plant with electrodialysis units from the production of IONICS Inc., type Aquamite XX 4/2, with a capacity of 50 m 3 / h drinking water with 4 m 3 / h waste water flow, ie with a recovery of 92%, were during of a three-month trial run achieved the following results:
Die zulässigen Nitratgrenzwerte im Abwasser sind 20 ppm als Stickstoff oder 88,5 ppm als NO3, deshalb wird die Denitrierung des Abwasserflusses erforderlich. Diese De nitrierung erfolgt mit Hilfe eines biologischen Systems, das leicht eine Reduktion auf weit unter die von der Norm verlangten 88,5% erreicht.The permissible nitrate limit values in the wastewater are 20 ppm as nitrogen or 88.5 ppm as NO 3 , which is why denitrification of the wastewater flow is required. This de-nitriding is carried out with the help of a biological system that easily achieves a reduction far below the 88.5% required by the standard.
In einer zweiten Pilotanlage, ebenfalls mit einer Elek trodialyseeinheit Typ Aquamite XX 4/2, die auf eine Ka pazität von 50 m3/h Trinkwasser mit einem konzentrierten Abwasserfluß von 4 m3/h, d. h. auf eine Rückgewinnung von 85% ausgelegt ist, wurden während eines etwa dreimonati gen Probebetriebs die folgenden Ergebnisse erzielt:In a second pilot plant, also with an electrodialysis unit type Aquamite XX 4/2, which is designed for a capacity of 50 m 3 / h drinking water with a concentrated wastewater flow of 4 m 3 / h, ie for a recovery of 85%. The following results were achieved during an approximately three-month trial run:
Auch in diesem Fall lag die Konzentration im Abwasser fluß bei NO3 um 117 ppm (265-88) über dem gesetzlich zu lässigen Grenzwert (88,5).In this case too, the concentration in the wastewater flow at NO 3 was 117 ppm (265-88) above the legally permissible limit (88.5).
Da nun die Elektrodialyse praktisch nur den Einsatz von elektrischer Energie erfordert und der Verbrauch an elektrischer Energie proportional zur Menge der besei tigten Salze ist, wird es offensichtlich, daß das Stu fensystem das System mit dem geringsten Energieverbrauch ist.Since electrodialysis practically only uses requires electrical energy and consumption electrical energy proportional to the amount of besei salts, it becomes obvious that the Stu system with the lowest energy consumption is.
Beim elektrolytischen System wird dem System immer mehr Wasser zugeführt als produziert wird:With the electrolytic system, the system becomes more and more Water supplied as is produced:
Das Verhältnis zwischen produzierter Menge (Qp) und ein gesetzter Menge (Qa) wird als Wirkungsgrad des Systems (R) definiertThe ratio between the quantity produced (Qp) and a set amount (Qa) is called the efficiency of the system (R) defined
dabei bedeutet S das konzentrierte Abwasser des Systems. Gleicherweise ist offensichtlich, daß der Energiever brauch desto geringer wird, je kleiner S ist, das heißt, je stärker R sich 1 annähert. Die Systeme mit Elektro dialyse und Elektrodialyse mit Polaritätsumkehr sind un ter den bekannten Systemen diejenigen, die den größten Wirkungsgrad erreichen.S means the concentrated wastewater from the system. Likewise, it is obvious that the energy ver need the smaller the smaller S is, that is, the closer R approaches 1. The systems with electronics Dialysis and electrodialysis with polarity reversal are un ter the known systems those that are the largest Achieve efficiency.
In Anbetracht des Umstandes, daß die beseitigten Nitrate sich im Abwasserfluß konzentrieren und somit der Nitrat gehalt dieses letzteren schließlich die gesetzlich vor geschriebenen Grenzwerte für Abwässer überschreitet, er gibt sich die Notwendigkeit einer weiteren Aufbereitung, um auch den Abwasserfluß innerhalb der gesetzlich fest gelegten Grenzen zu halten. Hier ist anzumerken, daß diese Notwendigkeit auch bei anderen Aufbereitungssyste men wie Umkehrosmose und selektivem Ionenaustausch auf tritt. In view of the fact that the nitrates eliminated concentrate in the wastewater flow and thus the nitrate this latter finally reserved the legally written limits for waste water, he there is a need for further processing, order also the wastewater flow within the legally fixed to keep set limits. It should be noted here that this need also with other processing systems such as reverse osmosis and selective ion exchange occurs.
Ferner fallen noch zwei Punkte ins Gewicht:There are also two more important points:
- - Die Kinetik der Denitrierung nimmt mit Absinken der Temperatur schnell ab. Da beim Elektrodialyseprozeß die Temperatur, mit welcher der Abwasserfluß ausgestoßen wird, über der Temperatur des trinkbar zu machenden Was sers liegt, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren den Einsatz unter kinetisch günstigeren Bedingungen als der Prozeß der direkten Denitrierung des Rohwassers;- The rate of denitrification decreases as the Temperature quickly. Since the electrodialysis process Temperature at which the wastewater flow is expelled becomes, above the temperature of the drinkable thing the method according to the invention enables use under kinetically more favorable conditions than the process of direct denitrification of raw water;
- - Der biologische Denitrierungsprozeß wird von stärkerer Salzhaltigkeit des zu entsalzenden Flusses behindert. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Prozesses gegenüber den Systemen mit Ionenaustausch, bei denen der Salz gehalt des zu denitrierenden Flusses durch das zur Re generierung des Ionenaustausches eingesetzte Natrium chlorid erheblich erhöht wird, liegt also auf der Hand.- The biological denitrification process is becoming stronger Salinity of the river to be desalinated hindered. The advantage of the process according to the invention over the ion exchange systems where the salt content of the river to be denitrated by that to the re Generation of the ion exchange sodium used chloride is significantly increased, is obvious.
Das Denitrierungssystem, das auf den konzentrierten Fluß aus der Elektrodialyse mit Polaritätsumkehr angewandt wird, läßt sich auch auf jedes beliebige andere Membran system anwenden, bei dem die Nitrate in einem einzigen Abwasserfluß konzentriert werden.The denitrification system based on the concentrated river from electrodialysis with polarity reversal applied can also be applied to any other membrane apply system in which the nitrates in a single Wastewater flow will be concentrated.
Nach diesen obigen Ausführungen werden, um die Unter schiede des vorliegenden Prozesses gegenüber den neue sten und wirksameren Prozessen zur Nitratbeseitigung, die im Industriemaßstab angewandt werden, besser heraus zuarbeiten, folgende Vorstellungen gemacht:.According to the above, the sub differentiate the present process from the new one Most effective nitrate removal processes that are used on an industrial scale work, the following ideas are made :.
Mehr oder weniger hochgezüchtete Aufbereitungsverfahren wurden durch Einsatz von selektiven Ionenaustauscher harzen entwickelt, d. h. Harze mit besonders starker Affinität für die besonders stark auftretenden Nitrate. More or less sophisticated processing methods were made using selective ion exchangers resins developed, d. H. Resins with particularly strong Affinity for the particularly strong nitrates.
Die Nitrate werden immer durch andere Anionen ersetzt, was dazu führt, daß die Verringerung an Nitraten immer gleich dem Zunahme an anderen Ionen ist. Die Systeme sind zyklisch und können keine konstante Qualität des Produkts sicherstellen, wenn sie nicht über Speichervo lumina zur Homogenisierung des im Zyklus produzierten Trinkwassers verfügen.The nitrates are always replaced by other anions, which causes the reduction in nitrates always is equal to the increase in other ions. The systems are cyclical and cannot have a constant quality of Make sure the product if it doesn't have storage servo lumina for the homogenization of the produced in the cycle Dispose of drinking water.
Die Abwassersole aus der Regenerierung der Harze führt andere Salze ein, die wegen der Änderung des globalen Massengleichgewichts eine negative Einwirkung auf die Umwelt haben, und so läßt sich weder das Problem der Ni tratbelastung der Abwässer noch das des Ansteigens der Salze im Abwasser lösen.The waste water brine results from the regeneration of the resins other salts due to the change in global Mass balance has a negative impact on the Environment, and so neither the problem of Ni the pollution of wastewater or that of rising Dissolve salts in the waste water.
Ein besonders eigenartiges System sieht die biologische Denitrierung des Regenerationseluats vor und reduziert gleichzeitig den Zusatz von Salzen von außen, ohne sie ganz zu unterbinden.The biological system sees a particularly peculiar system Denitration of the regeneration eluate before and reduced at the same time the addition of salts from the outside without them completely prevent.
Allerdings kommt das denitrierte Konzentrat in Berührung mit der Ionenaustauscherkolonne, die für die nachfol gende Funktion bestimmt ist, und daher besteht das po tentielle Risiko einer bakteriellen Verseuchung des Trinkwassers.However, the denitrated concentrate comes into contact with the ion exchange column, which is used for the subsequent function is determined, and therefore the po potential risk of bacterial contamination of the Drinking water.
Verschiedene biologische Verfahren, sowohl autotrophe als auch heterotrophe, wurden angewandt, die in der Li teratur weitgehend bekannt sind.Different biological processes, both autotrophic as well as heterotrophic, were applied, which in the Li are largely known.
- - Alle diese Systeme sehen eine direkte Einwirkung der bakteriellen Aktivität auf das Trinkwasser vor, und alle Systeme verlangen zwingend die Gesamtausscheidung der Nitrate durch Zusatz von organischem Kohlenstoff im hö heren Maße, als es zum wirksamen Einsatz nötig wäre.- All of these systems see a direct impact of the bacterial activity on drinking water before, and all Systems absolutely require the total elimination of Nitrates by adding organic carbon in the high dimensions than would be necessary for effective use.
Schließlich lassen sich die wirtschaftlichen, prakti schen und energetischen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wie folgt zusammenfassen.Finally, the economic, practical and energetic advantages of the invention Summarize the procedure as follows.
- - Möglichkeit, die Wasseraufbereitung durch Beseitigung der Nitrate an die tatsächlich vom Gesetz bzw. von den örtlichen Gesundheitsbehörden geforderten Bedingungen anzupassen.- Possibility of water treatment by disposal the nitrates to those actually by law or by conditions required by local health authorities adapt.
- - Gleichzeitige Beseitigung von Nitraten, Chloriden, Sulfaten, Härte, TDS mit der Möglichkeit, im Rahmen ei ner einzigen Behandlung die Einstellung der chemischen Merkmale des Trinkwassers auf die gesetzlichen Vor schriften zu erreichen bzw. ganz allgemein diese Merk male zu verbessern.- Simultaneous removal of nitrates, chlorides, Sulphates, hardness, TDS with the possibility of under egg ner treatment the chemical Characteristics of drinking water on the legal pre to reach writings or in general this note male to improve.
- - Konstante Qualität des erzeugten Wassers mit Variatio nen, die einzig und allein von der unterschiedlichen Zu sammensetzung der Speisequelle abhängen.- Constant quality of the water produced with Variatio the only ones that differ from each other depend on the composition of the food source.
- - Keinerlei Notwendigkeit zur Remineralisierung, Mi schung, Lagerung zur Homogenisierung.- No need for remineralization, Wed. research, storage for homogenization.
- - Unbedingte Unabhängigkeit des Trinkwasserherstellungs systems vom System der biologischen Denitrierung mit ab solutem Ausschluß der Möglichkeit einer Bakterienverseu chung des Trinkwassers in der Folge des biologischen Prozesses.- Absolute independence of drinking water production systems from the system of biological denitrification solid exclusion of the possibility of bacterial contamination drinking water as a result of biological Process.
- - Energieverbrauch, der sich ausschließlich nach der Menge der beseitigten Salze oder Nitrate richtet.- Energy consumption, which is exclusively based on the Amount of salts or nitrates eliminated.
- - Unbedingt unverändertes Massengleichgewicht, da der Zusatz von Reagenzien oder Regenerationsmitteln zur Er höhung des Gesamtsalzgehalts im zugeführten Wasser nicht vorgesehen ist. - Absolutely unchanged mass balance, since the Addition of reagents or regeneration agents to the Er does not increase the total salt content in the water supplied is provided.
- - Die Nitrate werden ohne Substitution durch andere Salze aus dem eingesetzten Wasser entfernt, nicht wie im klassischen Fall des Ionenaustauschs, bei dem das Nitra tion durch das Chloridion ersetzt wird.- The nitrates are made without substitution by others Salts removed from the water used, not as in classic case of ion exchange, in which the Nitra tion is replaced by the chloride ion.
Claims (6)
- - auf einem eingetauchten festen Träger haftende Bio masse, wobei dieser Träger aus anorganischem Material bzw. Strukturen aus Kunststoffmaterial besteht;
- - verwirbelte, auf einem Wirbelstromträger haftende Bio masse, wobei dieser Wirbelstromträger aus Sand oder ei nem anderen Material besteht, das geeignet ist, ein Wir belstrombett zu realisieren;
- - auf einem nicht untergetauchten festen Träger haftende Biomasse, wobei dieser Träger Vorrichtungen zur Abschei dung der überschüssigen Biomasse aus dem denitrierten Fluß, Vorrichtungen zur Dosierung des organischen Nähr mittels, sowie Hilfsvorrichtungen enthält.
- - Bio mass adhering to an immersed solid support, this support consisting of inorganic material or structures of plastic material;
- - Swirled biomass adhering to an eddy current carrier, this eddy current carrier consisting of sand or another material which is suitable for realizing a vortex bed;
- - Biomass adhering to a non-immersed solid support, this support containing devices for separating the excess biomass from the denitrified flow, devices for metering the organic nutrient, and auxiliary devices.
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