PL100138B1 - Sposob usuwania szkodliwych zwiazkow azotu z wody - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób usuwania szkodliwych zwiazków azotu z wody, takiej jak woda gruntowa, woda ze zlewisk, ujec wodnych itp., a zwlaszcza z wody gruntowej, która przed odpro¬ wadzeniem jej do ujec znajduje sie jeszcze w ziemi.

Azotany, a przede wszystkim azotany zawarte w wodzie pitnej sa, jak wiadomo, szkodliwe dla zdrowia. Zwiazki azotu znajduja sie zwykle w gle¬ bie i to nie tylko w postaci zwiazków organicz¬ nych lub produktów pochodzenia organicznego, ale takze w postaci jonów amonowych, azotanowych i azotynowych, bioracych udzial w obiegu azotu w przyrodzie, przy czym zgodnie z prawami natury ulegaja one rozkladowi, czesto na drodze mikro¬ biologicznej. Na przyklad, niektóre bakterie prze¬ prowadzaja amoniak w tlenek azotu, a inne moga przeprowadzac dwutlenek azotu w trójtlenek azotu.

Sa jednak równiez i takie bakterie, które moga przeksztalcac trójtlenek azotu w wolny azot i zwiazki azotowe, zwlaszcza podtlenek azotu, przy czym proces ten jest znany pod nazwa procesu denitryfikacji.

Znanych jest kilka sposobów usuwania szkodli¬ wych zwiazków azotu z wody gruntowej i studzien¬ nej, mianowicie na drodze fizykochemicznej, np. przez wymiane jonów, odwrotna osmoze i dialize, ale koszty urzadzen i energii do prowadzenia tych procesów bylyby niewatpliwie zbyt wysokie, aby procesy te mogly byc stosowane na skale technicz¬ na.

Sposób wedlug wynalazku nie ma tych wad i umozliwia proste i niekoisztowne usuwanie szkod¬ liwych zwiazków azotu, zwlaszcza azotanów i azo¬ tynów, z wód gruntowych, przede wszystkim z wód znajdujacych sie jeszcze w wodonosnej war¬ stwie gruntu, to jest przed skierowaniem wód do ujecia, np. studni. Zgodnie z wynalazkiem deni- tryfikacje prowadzi sie za pomoca mikroorganiz¬ mów, korzystnie w postaci zawiesiny w roztworze pozywki. Zawiesine te pompuje sie do gruntu ota¬ czajacego ujecia, np. studnie, z której nastepnie mozna czerpac wode nie zawierajaca szkodliwych zwiazków azotu, nadajaca sie jako woda pitna np. dla ludzi.

Wodonosne warstwy gruntowe na pewnej glebo¬ kosci, wiekszej niz 5 m, sa zasadniczo jalowe.

Zgodnie z wynalazkiem do warstw tych za pomo¬ ca szeregu rur umieszczonych w odpowiednich od¬ stepach wprowadza sie roztwór pozywki zawiera¬ jacy mikroorganizmy denitsryfikujace. Rury te mo¬ ga byc umieszczone w odstepach np. 30—100 m i w odleglosci 30—100 m od ujecia wody. Jezeli woda gruntowa plynie w okreslonym kierunku, to rury te nalezy wprowadzac oczywiscie, powyzej ujecia wody, korzystnie tak, aby tylko ta woda, która jest ujmowana, byla poddawana denitryfikacji.

Zaleta sposobu wedlug wynalazku jest to> ze obróbce poddaje sie tylko te mala czesc wody, któ¬ ra nastepnie jest uzytkowana, podczas 7 gdy pjrzy stosowaniu znanych sposobów, np. na drodze wy- 100138100138 miany jonowej, odwrotnej osmozy czy elektrodia- lizy, calkowita objetosc wody trzeba przepuszczac przez reaktor lub reaktory„ Roztwór pozywki zawierajacy mikroorganizmy korzystnie przygotowuje sie w ten sposób, ze z ujecia, np. ze studni^ odprowadza sie w sposób ciagly lub okresowo stosunkowo mala ilosc wody, dodaje do niej hodowle mikroorganizmów denitry- fikujacych i otrzymany roztwór pompuje przez opisane wyzej przewody rurowe do wodnosnych warstw gruntu.

Jako rotzwór pozywki korzystnie stosuje sie roz¬ twór cukru, np. glikozy, albo zawiesine skrobi lub wody odpadowe, otrzymywane przy produkcji cu¬ kru, celulozy lub przetworów mlecznych. Jezeli warsljyy wodonosne sa stosunkowo silnie kwasne, np. jh^ja wartosc pH 5,5—6,0 i stosuje sie denitry- fikujace mikroorganizmy, na które kwasne srodo¬ wisko oddzialywuje hamujaco, wówczas nalezy roz¬ twór pozywki uczynic zasadowym, np. przez doda¬ nie wodorotlenku metalu alkalicznego.

Odpowiednimi mikroorganizmami anaerobowymi o silnej zdolnosci denitryfikowania sa bakterie z gatunków takich jak Pseudomonas, Achrómo- bacter i Bacillus, stosowane do rozkladania scie¬ ków.

Wedlug wynalazku proces prowadzi sie korzyst¬ nie w ten sposób, ze roztwór pozywki zawierajacy mikroorganizmy denitryfikujace odpowietrza sie pod zmniejszonym cisnieniem przed wprowadze'- niem go do wodonosnych warstw gruntu. Dzieki temu uzyskuje sie srodowisko bardziej anaerobowe, korzystne dla /mikroorganizmów denitryfikujacych, które dzialaja najskuteczniej w srodowisku wysoce anaerobowym. Sa poza tym takze mikroorganizmy zwane heterotropowymi, które moga powodowac denitryfikacje w srodowisku silnie aerobowym i przy ich uzyciu deaeracja wody jest zbedna.

Znany jest sposób usuwania z wody gruntowej zelaza, szkodliwego w wodzie pitnej dla ludzi. Spo¬ sób ten polega na tym, ze do wodnosnych warstw gruntu w otoczeniu ujecia wody wprowadza sie wode zawierajaca tlen lub substancje wydzielajace tlen. Zelazo ulega przy tym przeksztalceniu w tle¬ nek zelaza, który wytraca sie i ulega odsaczeniu przy przenikaniu wody do warstw gruntu.

Zgodnie z wynalazkiem mozna stosowac kombi¬ nacje znanego sposobu usuwania zelaza z wody gruntowej, np. opisanym wyzej sposobem, z pro¬ cesem usuwania z wody szkodliwych zwiazków azotu. Najpierw mozna usuwac zelazo, a nastepnie zwiazki azotu, ewentualnie stosujac deaeracje wo¬ dy zawierajacej roztwór pozywki z mikroorganiz¬ mami denitryfikujacymi, przed wpompowaniem go do gruntu. Mozna tez najpierw usuwac zwiazki azotu, a nastepnie zelazo, albo tez równoczesnie, w jednym zabiegu, usuwac zwiazki azotu i zelazo.

W ostatnim z tych przypadków nalezy jednak sto¬ sowac mikroorganizmy zdecydowanie aerobowe i heterotropowe.

Jezeli warunki gruntowe nie pozwalaja na sto¬ sowanie opisanego wyzej sposobu wedlug wynalaz¬ ku, albo utrudniaja w znacznej mierze jego pro¬ wadzenie, wówczas wode gruntowa^z ujecia wod¬ nego, korzystnie po usunieciu z niej zelaza, np. opi¬ sanym wyzej sposobem, przepuszcza*- sie "przez wie¬ ze zawierajaca zloze materialu wypelniajacego, np. pochodzenia organicznego, takiego jak odpadki tor¬ fu lub sztuczne tworzywa o konsystencji zblizonej do konsystencji gruntu w warstwach wodonosnych..

Czastki materialu wypelniajacego powinny miec duza powierzchnie i byc pokryte mikroorganizma¬ mi powodujacymi denitryfikacje wófdy przeplywa¬ jacej poprzez warstwe wypelnienia, np. pod wply- io wem isily ciezkosci.

Zgodnie z wynalazkiem mozna tez wode zawiera¬ jaca zelazo i szkodliwe zwiazki azotu poddawac najpierw pierwszej wiezy procesowi usuwania ze¬ laza, a nastepnie w drugiej wiezy, zawierajacej opisane wyzej wypelnienie, prowadzic proces deni- tryfikacji, przy czym przed tym drugim procesem korzystnie jest poddawac wode procesowi deae- racji. Mozna tez poddawac surowa wode najpierw denitryfikacji,, a nastepnie odzelazianiu, przy czym wówczas deaeracja jest zwykle zbedna.

Jezeli woda gruntowa nie zawiera duzych ilosci zelaza i zwiazków azotu, takich jak azotany i azo¬ tyny, wówczas dla wiejskiego gospodarstwa domo¬ wego wystarczy wymienic material wypelniajacy m wieze raz na rok, o ile objetosc tego materialu.- wynosi okolo 1 m8 lub wiecej.

Przyklad I. W duzym ujeciu wody grunto¬ wej, majacej niedopuszczalnie wysoka zawartosc jonów N03-, wynoszaca 215 mg/litr, okreslono kie- runek przeplywu wody w warstwach wodonosnych i powyzej ujecia, w odleglosci 50 i 70 m wywier¬ cono 2 otwory. Z otworu oddalonego od ujecia o 70 m kierowano strumien wody do zamknietego zbiornika i mieszano w nim z mieszanina rów- nych ilosci mikroorganizmów Pseudomonas SPS, Achromabacter SPS i Bacillus SPS oraz 20% roz¬ tworu glikozy jako pozywki. W celu usuniecia tlenu rozpuszczonego w wodzie wytworzono w zbiorniku obnizone cisnienie. Odgazowana wode 40 zawierajaca wspomniane wyzej mikroorganizmy pompuje sie do wody gruntowej przez otwór w od¬ leglosci 50 m od ujecia. W okresie 1 miesiaca pro¬ wadzono ten proces, pompujac stale przerobiona wode ze zbiornika w ilosci 5% w stosunku do, 45 najwiekszego" poboru wody z ujecia. Przeplywajaca woda gruntowa miala temperature 7,5—8°C, a za¬ wartosc jonów NO3- w wodzie pobieranej z ujecia wynosila tylko 8 mg/litr.

Przyklad II. Wode gruntowa z malego uje-. 50 cia, zawierajaca 270 mg N03- w 1 litrze, kierowa¬ no do wiezy zawierajacej material wypelniajacy, którego czastki byly pokryte biologiczna warstwa, ' zawierajaca m.in. jednakowe ilosci Pseudomonas SPS, Achromobacter SPS i Bacillus SPS. W ciagu 55 l golziny wprowadzono do wiezy 65 litrów wody na 1 m2 wewnetrznej powierzchni wiezy, przy czym woda przebywala w wiezy w ciagu 15 minut, a jej temperatura wynosila 15°C. Jako pozywke do wiezy wprowadzono 15*/« roztwór glikozy. Badania ,«o wykazaly, ze po przejsciu przez wieze woda zawie¬ ra w 1 litrze tylko 9 mg NOa-.

Przyklad III. Wode gruntowa o niedopusz¬ czalnie duzej zawartosci azotanów, wynoszacej oko¬ lo 170 mg NOs- w 1 litrze, przepuszczono przez os wieze o wysokosci 2 m, zawierajacej drobny pia-5 100138 6 sek, którego ziarna byly pokryte powloka zawie¬ rajaca min. hodowle mikroorganizmów Pseudo- monas SPS, Achromobacter SPS i Bacillus SPS w ilosciach zasadniczo jednakowych. Powloke te wytworzono przepuszczajac przez piasek przeplu¬ kany woda pod zwiekszonym cisnieniem l°/o roz¬ twór glikozy zawierajacy hodowle 3 wyzej wymie¬ nionych mikroorganizmów. W ciagu 1 godziny przez wieze przepuszczano gruntowa wode w ilosci 50 litrów na 1 ml wewnetrznej powierzchni wiezy.

Woda o temperaturze 15°C przebywala w wiezy w ciagu 8 godzin, przy czym na 1 litr wody doda¬ wano okolo 0,001 litra 15f/t roztworu glikozy. Woda * odplywajaca z wiezy zawierala tylko okolo 9 mg jonów NOs- na 1 litr.

Podobne wyniki uzyskiwano stosujac jako wypel¬ nienie wiezy zamiast piasku odpadki torfu lub tworzywa syntetyczne, takie jak tworzywa w po¬ staci pcoszku o wielkosci czastek 0,01—1 mm.

Biologiczna powloke na materiale wypelniajacym mozna wytwarzac i utrzymywac wprowadzajac do wiezy w sposób ciagly lub okresowo wodny roz¬ twór pozywki zawierajacy mikroorganizmy deni- tryfikujace. Na podstawie prób mozna okreslic ilos¬ ci tego roztworu i hodowli mikoorganizmów deni- tryfikujacych, potrzebne w celu uzyskania zado¬ walajacych wyników.

Przyklad IV. Cylindryczny zbiornik o po¬ jemnosci 10 litrów napelniono drobnoziarnistym piaskiem, na którym w sposób opisany w przykla¬ dzie III wytworzono biologiczne powloki. Przez zbiornik ten przepuszczano gruntowa wode o cha¬ rakterystyce podanej w przykladzie III, to jest za¬ wierajaca w 1 litrze 170 mg NOs-. Temperatura wody wynosila 15°C, a czas jej przebywania w zbiorniku tylko 1 godzine. Okolo 00°/o wody od¬ prowadzanej zawracano w sposób ciagly do zbior¬ nika, a do swiezej wody dodawano 15% roztwór glikozy w ilosciach podanych w przykladzie I. Wo¬ da nie zawracana, stanowiaca 10*/o ilosci wody do¬ prowadzanej, zawierala w 1 litrze 10 mg NOs-.

Claims (13)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób osuwania szkodliwych zwiazków azotu z wody przez traktowanie wody denitryfikujacy- mi srodkami zawierajacymi mikroorganizmy, zwlaszcza bakterie heterotropowe albo bakterie z gatunku Pseudomonas, Achromobacter i Bacillus, - zdolne do przeksztalcania szkodliwych zwiazków azotu w zwiazki nieszkodliwe, znamienny tym, ze wode prowadzi sie przez denitryfikujace zloze skla¬ dajace sie z warstw gruntu wodonosnego albo z materialu o drobnych czastkach, takiego jak pia- . sek, majacego zdolnosc przepuszczania podobna do zdolnosci gruntu z warstw wodonosnych, przy czym czastki tego zloza sa zaszczepione lub pokryte tymi srodkami denitryfikujacymi.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze srodki denitryfikujace zawierajace mikroorganizmy wprowadza sie w sposób ciagly albo okresowo w rejon wodonosnej warstwy gruntu, przez który wo¬ da przeplywa do ujecia, przy czym mikroorganiz- s my te powoduja przeksztalcanie azotynów i azo¬ tanów zawartych w przeplywajacej wodzie w amo¬ niak, wolny azot i tlenki azotawe.

3. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze rozpuszczalna w wodzie pozywke dla mikrorga- nizmów, zwlaszcza cukier, skrobie lub odpadki z procesu wytwarzania cukru, celulozy, przerabiania cukrów i produktów zawierajacych skrobie, takich jak przetwory mleczne, oddzielnie lub mieszane, miesza sie z woda, która ma byc wprowadzana do warstw wodonosnych.

4. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze wode, która ma byc pompowana do gruntu maja¬ cego odczyn kwasny, alkalizuje sie, korzystnie wo¬ dorotlenkiem metalu alkalicznego.

5. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze wode zawierajaca mikroorganizmy wprowadza sie do wodonosnych warstw gruntu przez rury umiesz¬ czone w odleglosci od okolo 30 m do okolo 100 m od ujecia wody i w odstepach miedzy poszczegól¬ nymi rurami wynoszacymi od okolo 30 m do okolo 100 m.

6. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze jezeli gruntowa woda plynie w okreslonym kie¬ runku, wówczas rury umieszcza sie od ujecia wody w góre.

7. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze do wodonosnych warstw gruntu wprowadza sie wo¬ de zawierajaca tlen lub substancje wydzielajace tlen, przy czym wprowadzenie to odbywa sie tak jak wprowadzanie wody zawierajacej mikroorganiz¬ my i tworzy sie strefy odzelaziania wody i jej denitryfikacji.

8. Sposób wedlug zastrz. 11, znamienny tym, ze tworzy sie oddzielne strefy odzelaziania w wiekszym oddaleniu od ujecia wody gruntowej niz oddzielne strefy denitryfikacji.

9. Sposób wedlug zastrz. 8, znamienny tym, ze tworzy sie oddzielne strefy denitryfikacji"w wiek¬ szym Oddaleniu od ujecia wody gruntowej niz od¬ dzielne strefy odzelaziania.

10. Sposób wedlug zastrz. 8, znamienny tym, ze stosuje sie aerobowe mikrorganizmy heterotropowe.

11. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zloze czastek materialu umieszcza sie w wiezy do obróbki wody, przez któlra wode poddawana obrób¬ ce prowadzi sie od góry ku dolowi.

12. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przed skierowaniem wody do wiezy denitryfikacyj¬ nej wode zawierajaca zelazo poddaje sie procesowi odzelaziania.

13. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wode zawierajaca zelazo po przejsciu jej przez wieze denitryfikacyjna poddaje sie procesowi odze¬ laziania. 15 20 25 30 35 40 45 50