DE4207560C2

DE4207560C2 - Process for decarbonization and denitrification of water

Info

Publication number: DE4207560C2
Application number: DE19924207560
Authority: DE
Inventors: Ruediger Boeckler
Original assignee: PREUSSAG WASSERTECHNIK GmbH
Current assignee: Pwt Wasser und Abwassertechnik 64673 Zwingen GmbH
Priority date: 1992-03-10
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 2001-06-07
Anticipated expiration: 2012-03-11
Also published as: DE4207560A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entcarbonisierung und Denitrifizie rung von Wasser.The invention relates to a process for decarbonization and denitrification water.

Steigende Nitratbelastung von Grundwässern zusammen mit der Herabset zung des Grenzwertes für Nitrat im Trinkwasser bereiten einer großen An zahl von Wasserversorgungsunternehmen erhebliche Probleme, da eine kurzfristige Lösung seitens des Hauptverursachers Landwirtschaft nicht mög lich ist. Häufig stellt sich den Versorgungsunternehmen zusätzlich das Pro blem hoher Härte im abgegebenen Trinkwasser.Increasing nitrate pollution of groundwater together with the reduction The limit value for nitrate in drinking water is a major concern number of water supply companies significant problems because of a short-term solution on the part of the main cause of agriculture not possible is. Utilities often face the pro a high level of hardness in the drinking water released.

Zur Nitratentfernung sind verschiedene Aufbereitungsverfahren bekannt. Einsetzbar sind nach dem bisherigen Stand der Entwicklung die chemisch- physikalischen Verfahren Umkehrosmose und Ionenaustausch sowie als biologisches Verfahren die Denitrifikation. Ein Verfahren zur Denitrifizierung von nitrathaltigem Wasser ist beispielsweise aus der DE 25 49 415 C2 be kannt. Bei dem bekannten Verfahren wird der mit einem Kohlenstoffdonator versetzte Rohwasserstrom über ein Bett aus kugelförmigen, eine rauhe Oberfläche aufweisenden Körpern geleitet, die als Träger für die den Denitri fikationsprozeß bewirkenden Mikroorganismen dienen, wobei zur sicheren Bildung und Erhaltung der Biomasse und zur Gewährleistung einer beson ders einfachen Spülbarkeit des Betts schwimmfähige Körper verwendet wer den, die ein schwimmendes Festbett bilden.Various processing methods are known for removing nitrates. According to the current state of development, the chemical physical processes reverse osmosis and ion exchange as well as biological process denitrification. A denitrification process of nitrate-containing water is, for example, from DE 25 49 415 C2 knows. In the known method, that with a carbon donor displaced stream of raw water over a bed of spherical, a rough Headed bodies headed as a carrier for the denitri fication process causing microorganisms, being safe Education and conservation of the biomass and to ensure a special easy floatability of the bed buoyant body used those who form a floating fixed bed.

Aus JP 1-4297, Referat aus Patents Abstracts of Japan, C-589, 1989 Vol. 13/No. 174 ist ein Verfahren zur Behandlung von phosphorsäurehaltigem or ganischen Abwasser bekannt. Der dabei anfallende Filterkuchen und die ab getrennte Flüssigkeit werden aus dem System entfernt.From JP 1-4297, paper from Patents Abstracts of Japan, C-589, 1989 vol. 13 / No. 174 is a process for the treatment of phosphoric acid or known from wastewater. The resulting filter cake and the off separated liquids are removed from the system.

In dem Artikel "Vollbiologische Abwasserreinigung" von U. Stoll et al, in CAV 1991, August, S. 83-84, wird ein Fließbettverfahren zur vollbiologischen Ab wasserreinigung beschrieben. Bei diesem Verfahren verbleibt die Biomasse im Reaktor und die Abtrennung des Überschußschlammes erfolgt system intern. Rücklaufschlammleitungen sind nicht vorgesehen.In the article "Fully biological wastewater treatment" by U. Stoll et al, in CAV 1991, August, pp. 83-84, a fluidized bed process for fully biological Ab water purification described. The biomass remains in this process in the reactor and the separation of the excess sludge takes place system internal. Return sludge lines are not provided.

Sämtliche bekannten Verfahren zur Denitrifizierung von Wasser sind im Ver gleich zu den andern, üblicherweise in der Trinkwasseraufbereitung eingesetzten Verfahren sehr teuer. Die Verfahren Umkehrosmose und Ionenaus tausch bringen zudem das Problem der Entsorgung salzhaltiger Abwässer mit sich, welches, falls eine Ableitung ausscheidet, mit zusätzlichen hohen Kosten verbunden ist. Die biologischen Verfahren haben hier entscheidende Vorteile, da ein praktisch abwasserfreier Betrieb möglich ist.All known methods for the denitrification of water are in the Ver same as the others, usually used in drinking water treatment Procedure very expensive. The reverse osmosis and ion out processes The problem of the disposal of saline wastewater is also an exchange with itself, which, if a derivative fails, with additional high Associated costs. The biological processes have crucial here Advantages, since a practically wastewater-free operation is possible.

Zur Entfernung der Carbonathärte aus Wasser werden in der Praxis unter schiedliche Entcarbonisierungsverfahren angewendet. In der Regel werden dazu dem zu enthärtenden Rohwasser Fällungs- und/oder Flockungsmittel und Klockungshilfsmittel zugemischt und es werden dadurch durch Fällung, Flockung und Sedimentation gelöste und suspendierte Inhaltsstoffe als Schlamm abgeschieden. Bei Verfahren dieser Art ist es bekannt (Veröffentli chung der Abteilung und des Lehrstuhls für Wasserchemie, Leitung: Dr. H. Sontheimer, Heft 3, Teil II, Karlsruhe 1967, Seiten 190, 191 und 201) zur Vergrößerung der Feststoffmenge im Flockungsraum, einen Teil des durch Fällung, Flockung und Sedimentation gebildeten Schlamms im Kreislauf zu führen. Bei einer in der DE 28 02 066 C2 beschriebenen Variante dieses so genannten Kontaktschlammverfahrens wird dem mit Flockungshilfsmitteln und/oder Fällungsmitteln versetzten Rohwasser in der Schlammkontaktpha se unter Rühren sogenannter Kontaktschlamm zugemischt, der in einer Se dimentationszone vom Reinwasser kontinuierlich abgetrennt und in eine dem Schlammkontakt dienende Reaktionszone zurückgeführt wird. Daneben sind zur Enthärtung von Wasser auch die Verfahren Umkehrosmose und Ionen austausch möglich, wobei diese jedoch aufgrund der Abwasserproblematik und der hohen Kosten nur in Ausnahmefällen einsetzbar sind.To remove the carbonate hardness from water are in practice under different decarbonization processes applied. Usually will in addition to the raw water to be softened, precipitant and / or flocculant and clogging aids are mixed in and by precipitation, Flocculation and sedimentation dissolved and suspended ingredients as Mud deposited. In processes of this type, it is known (Publ Department and Chair of Water Chemistry, Head: Dr. H. Sontheimer, volume 3, part II, Karlsruhe 1967, pages 190, 191 and 201) Increase in the amount of solids in the flocculation space, part of the Precipitation, flocculation and sedimentation of formed sludge in the circuit to lead. In a variant described in DE 28 02 066 C2 this is so mentioned contact sludge process with flocculants and / or precipitants add raw water in the sludge contact phase Se mixed with so-called contact sludge, which in a Se dimentation zone continuously separated from the pure water and into a Sludge contact serving reaction zone is returned. Are next to it Reverse osmosis and ions are also used to soften water exchange possible, but due to the wastewater problem and the high costs can only be used in exceptional cases.

Bei Fällen, in denen sowohl eine Entfernung der Wasserhärte als auch eine Entfernung von Nitrat aus Wasser gewünscht ist, kann der angestrebte Auf bereitungseffekt weder durch biologische Verfahren noch durch ein Entcar bonisierungsverfahren allein erreicht werden.In cases where both water hardness removal and Removal of nitrate from water is desired, the desired target preparation effect neither by biological processes nor by a decar Bonus procedures can be achieved alone.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein wirtschaftliches Verfahren anzugeben, durch das aus Wasser sowohl die Carbonathärte als auch Nitrat entfernt wird.The object of the invention is to provide an economical method, which removes both carbonate hardness and nitrate from water becomes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Rohwasser in einer Reaktionszone gleichzeitig durch Einwirkung von Calciumhydroxid entcarbonisiert und durch eine Biomasse unter Zugabe von Nährstoffen de nitrifiziert wird. Das dabei bei der Entcarbonisierung entstehende Carbonat dient als Besiedlungsfläche für die denitrifizierende Biomasse. Zur Aufkon zentrierung von ausgefälltem Calciumcarbonat wird der Reaktionszone ent nommener Calciumcarbonatschlamm in den Reaktor zurückgeführt.This object is achieved in that the raw water in a reaction zone simultaneously by the action of calcium hydroxide decarbonized and de-biomassed with the addition of nutrients is nitrified. The carbonate formed during the decarbonization serves as a settlement area for the denitrifying biomass. For conc The center of precipitated calcium carbonate is removed from the reaction zone taken calcium carbonate sludge returned to the reactor.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren laufen folgende Reaktionen gleich zeitig ab:
The following reactions take place simultaneously in the method according to the invention:

1. Decarbonization
Ca2 + + HCO 3 - + Ca (OH) 2 = 2 CaCO 3 + 2 H 2 O
2. Denitrification (heterotrophic) ethanol as a substrate
0.613 C 2 H 5 OH + NO 3 - = 0.102 C 2 H 7 O 2 N + 0.714 HCO 3 - + 0.286 OH - + 0.98 H 2 O + 0.449 N 2

a) Acetic acid as a substrate
0.819 CH 3 COOH + NO 3 - = 0.068 C 2 H 7 O 2 N + HCO 3 - + 0.301 CO 2 + 0.902 H 2 O + 0.466 N 2

Wie aus den vorstehenden Gleichungen ersichtlich, werden bei der Entcar bonisierung HCO₃ ^-- und OH-Ionen verbraucht, während diese bei der Deni trifikation wiederum entstehen. Bei der erfindungsgemäßen Kombination bei der Reaktionen entsteht somit ein Synergieeffekt, der sich in einer Leistungs steigerung und einer Stabilisierung der Reaktionsbedingungen auswirkt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Verfahrensaufwand durch den Wegfall eines durch fremdes Trägermaterial gebildeten Festbetts vorteilhaft reduziert. Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, dass die mit der Denitrifikation verbundene Erhöhung der Carbonathärte durch die simultane Carbonatfällung vermieden wird. Dies ist insbesondere bei Wässern von Bedeutung, deren Nitratgehalt hoch ist und bei denen aus der Denitrifikation somit eine erhebliche Erhöhung der Carbonathärte resul tiert.As can be seen from the above equations, HCO ₃ ^- and OH ions are consumed during the decarbonization, while these in turn arise during the denification. In the combination according to the invention in the reactions, there is thus a synergy effect which results in an increase in performance and a stabilization of the reaction conditions. In the method according to the invention, the outlay on the method is advantageously reduced by the elimination of a fixed bed formed by foreign carrier material. Another advantage of the process according to the invention is that the increase in carbonate hardness associated with denitrification is avoided by the simultaneous carbonate precipitation. This is particularly important for waters whose nitrate content is high and for which denitrification therefore results in a significant increase in carbonate hardness.

Bei dem neu entwickelten Verfahren wird die Denitrifikation und die Entcar bonisierung vorzugsweise in einem Schwebebett durchgeführt. Das aufzube reitende Wasser wird am konisch ausgeführten Boden des Reaktors einge speist, wobei gleichzeitig die Nährstoffe (Ethanol bzw. Essigsäure und Phosphat) und als Fällungsmittel Calciumhydroxid zudosiert werden. Es bildet sich im Reaktor eine Wirbelschicht aus, die für einen intensiven Stofftransport sorgt. Zur Unterstützung kann zusätzlich gerührt werden.The newly developed process uses denitrification and Entcar Rating preferably carried out in a floating bed. To open that up riding water is drawn into the conical bottom of the reactor feeds, while at the same time the nutrients (ethanol or acetic acid and phosphate) and calcium hydroxide are added as a precipitant. It forms in the reactor a fluidized bed, which is for an intensive mass transfer worries. Additional support can be provided for support.

Über die Zufuhr von Rückführschlamm kann der erforderliche Feststoffgehalt in der Reaktionszone eingestellt werden. Der Rückführschlamm wird vor zugsweise am oberen Teil des Reaktors entnommen. In bestimmten Fällen empfiehlt sich auch eine Schlammrückführung aus einem den späteren Auf bereitungstufen nachgeschalteten Eindicker.The required solids content can be obtained by supplying return sludge can be set in the reaction zone. The return sludge will be before preferably removed from the upper part of the reactor. In certain cases a sludge recirculation from a later up is also recommended preparation stages downstream thickener.

An den Reaktor schließen sich vorzugsweise eine oder mehrere Flockungs stufen an. Die im Ablauf des Reaktors enthaltenen Schwebstoffe werden hier ausgeflockt und anschließend durch Sedimentation abgetrennt.The reactor is preferably followed by one or more flocculations graduate. The suspended matter contained in the outlet of the reactor is here flocculated and then separated by sedimentation.

Nach der Sedimentation ist das entcarbonisierte und denitrifizierte Wasser nur noch mit geringen Trübstoffgehalten belastet und kann durch Mehr schichtfiltration bis unter die für Trinkwasser zulässigen Gehalte feingereinigt werden.After sedimentation is the decarbonized and denitrified water only burdened with low levels of turbidity and can do more stratified filtration down to the levels permitted for drinking water become.

Ein weiterer, synergistischer Effekt des Verfahrens ergibt sich durch die hier bei gemeinsame Entwässerung von Carbonat- und Bioschlamm, da die zur Verbesserung der Entwässerbarkeit von Bioschlamm üblicherweise erforder liche Zugabe von Carbonat entfallen kann.Another, synergistic effect of the process results from the here with joint dewatering of carbonate and bio sludge, as the for Improvement in the drainage of organic sludge is usually required addition of carbonate can be omitted.

Claims

1. Process for decarbonization and denitrification of water, characterized in that raw water in a reaction zone is simultaneously decarburized by the action of calcium hydroxide as a precipitant and denitrified by a biomass with the addition of nutrients and that calcium carbonate precipitated as a carrier material by the decarbonization is used for the biomass, and calcium carbonate sludge withdrawn from the reaction zone for concentration of precipitated calcium carbonate is returned to the reactor.

2. The method according to claim 1, characterized in that as nutrients for the biomass ethanol or acetic acid is used.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that that to concentrate precipitated calcium carbonate in the reak a floating bed is formed.

4. The method according to claim 3, characterized in that in suspension bed is stirred.

5. The method according to claim 4, characterized in that calcium car bonat preferably as sludge to the reactor at its upper end is removed.

6. The method according to claim 5, characterized in that zurückge guided calcium carbonate or calcium carbonate sludge at the reactor bottom which is fed.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized records that the reactor has a flocculation stage and / or sedimentati level with thickener.

8. The method according to claim 7, characterized in that several Flocculation levels are provided.

9. The method according to any one of claims 7 or 8, characterized in that flocculants and flocculants are added.

10. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that calcium carbonate sludge is removed from the thickener and into the Reactor is recycled.