WO2023118145A1 - Method for removing nitrate from membrane filtration concentrates - Google Patents

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WO2023118145A1
WO2023118145A1 PCT/EP2022/086995 EP2022086995W WO2023118145A1 WO 2023118145 A1 WO2023118145 A1 WO 2023118145A1 EP 2022086995 W EP2022086995 W EP 2022086995W WO 2023118145 A1 WO2023118145 A1 WO 2023118145A1
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filter
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fluid
filter material
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PCT/EP2022/086995
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Torsten HENTSCHEL
Ekaterina Vasyukova
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Wte Wassertechnik Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to the technical field of water technology, in particular to the treatment of membrane filtration concentrates from drinking and process water treatment.
  • the present invention relates to a method for treating reverse osmosis and nanofiltration concentrates, in particular reverse osmosis concentrates, and also to a reactor which is set up for carrying out the method according to the invention for treating reverse osmosis and nanofiltration concentrates, in particular reverse osmosis concentrates.
  • nitrates can be removed from reverse osmosis or nanofiltration concentration with the aid of the method according to the invention or with the reactor according to the invention.
  • Nitrates are water-soluble salts of nitric acid, which are formed as part of the nitrogen cycle through a metabolic conversion of nitrogen-containing compounds by nitrifying bacteria in the soil.
  • the nitrates are taken up by plants and used as a source of nitrogen by plant metabolism or converted into atmospheric nitrogen by so-called denitrifying (soil) bacteria.
  • denitrifying (soil) bacteria Under natural conditions, only small amounts of nitrogen are applied overall, so that its availability is the limiting growth factor in almost all terrestrial and some aquatic ecosystems.
  • Drinking or process water is usually obtained from so-called raw water, such as spring, surface and ground water or even seawater. Since spring, surface and groundwater that is heavily polluted with nitrate is associated with the health hazards described above, many waterworks have to give up existing groundwater reservoirs and create new, deeper-lying groundwater. develop reserves or alternatively use more complex treatment techniques for water treatment.
  • nitrate low-molecular substances, such as nitrate
  • membrane filtration processes in particular reverse osmosis or nanofiltration.
  • the treatment of industrial or drinking water by means of membrane filtration, in particular reverse osmosis and, in some cases, nanofiltration leads to a considerable accumulation of nitrate in the waste water stream or in the concentrate or retentate of the filtration process.
  • the nitrate concentration in reverse osmosis concentrates from industrial or drinking water treatment regularly exceeds the statutory limit values for total nitrogen for direct discharge into running water or a public sewage system (for Germany: Ordinance of the Federal Minister for Agriculture and Forestry on the limitation of waste water emissions from water treatment ( AEV water treatment), Federal Law Gazette II No.
  • the yield of drinking or process water in membrane filtration processes is limited by the high nitrate load in the concentrate or retentate.
  • An increase in yield is usually also associated with an increase in the amount of nitrate remaining in the concentrate. The result is improved productivity of the processing ren, especially membrane filtration processes, desirable for drinking and service water.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a method or a device which overcomes or at least alleviates the aforementioned disadvantages.
  • a method is to be provided which improves the production of service or drinking water with regard to sustainability, environmental compatibility and productivity.
  • Another aspect of the present invention is - according to a second aspect of the invention - a reactor with a filter bed for use in the treatment of reverse osmosis and / or nanofiltration concentrate ("concentrate").
  • the present invention is thus - according to a first aspect - a method for treating reverse osmosis and / or nanofiltration concentrate ("concentrate”), the concentrate from the treatment of raw water by means of reverse osmosis and / or nanofiltration, in particular reverse osmosis, for drinking - and/or process water treatment, comprising:
  • a method using a particulate or granular filter material is therefore provided for the first time, which is also suitable for the treatment of water with a high content of salt, particularly in the form of nitrates, and hardeners and is used to remove nitrate.
  • the method according to the invention can be used to achieve a significant increase in the drinking water yield in membrane filtration methods, in particular nanofiltration and reverse osmosis methods, for treating raw water to drinking water or process water quality.
  • the yield of reverse osmosis or sodium nofiltration process is limited by the nitrate or total nitrogen enrichment in the resulting concentrates or waste water, ie the treatment processes are currently not running at full capacity in order to avoid excessive nitrate or nitrogen concentrations in the resulting waste water or concentrate.
  • High nitrate or total nitrogen concentrations especially above the legally specified limit values, generally prevent the concentrates from being discharged directly into running water or other bodies of water for the purpose of disposal or recycling into the water cycle.
  • the method according to the invention which follows the reverse osmosis or nanofiltration, in particular reverse osmosis, makes it possible for the treatment to be carried out under increased utilization up to pre-utilization, since efficient nitrate removal from the concentrates produced is possible.
  • the method according to the invention therefore provides an economical and environmentally friendly and resource-saving separate cleaning stage for waste water from drinking and/or process water treatment, which also enables the removal of large amounts of nitrate from the waste water and thus their direct introduction into the water cycle.
  • a nitrate degradation rate or denitrification rate of more than 2.0 kgNO3-N/(m 3 d) can sometimes be achieved with the method according to the invention.
  • the total nitrogen concentration in nitrogen- or nitrate-loaded waste water from the treatment of drinking water or process water can also be brought to values below the legal limit values for direct discharge.
  • the method according to the invention sometimes achieves a degree of degradation of the total nitrogen of more than 90%, even in water or concentrates which are heavily contaminated with nitrate.
  • the process according to the invention in continuous operation, as a result of which the process efficiency can be further increased.
  • continuous operation in particular only a one-time start-up phase or one-time adaptation of the microorganisms to the process conditions for denitrification is required.
  • the method according to the invention is environmentally friendly and resource-friendly, since it does not require the addition of chemicals that are harmful to the environment or difficult to dispose of.
  • the method can also be carried out without temperature regulation, ie no energy is required for cooling or heating.
  • the term “reverse osmosis or nanofiltration concentrates” is understood to mean concentrates or waste water which occurs during the treatment of raw water by means of membrane filtration processes, in particular reverse osmosis or nanofiltration.
  • the term “retentate” can also be used synonymously for the concentrates.
  • the concentrates that are treated with the method according to the invention come from the treatment of raw water into drinking or process water.
  • the concentrate or waste water contains the low-molecular substances retained during treatment by filtration, such as salts, which also include nitrates.
  • the concentrate to be treated comes from the treatment of raw water by means of reverse osmosis for drinking water treatment.
  • raw water means any untreated water which comes from surface sources such as ponds, dams, lakes or rivers, or from subsurface water sources such as wells or groundwater.
  • seawater is also understood to be raw water within the meaning of the invention.
  • denitrification refers to the microbial conversion of the nitrogen bound in the form of nitrate to molecular nitrogen or nitrogen gas and nitrogen oxides by denitrifiers or denitr rificante understood. Denitrification includes - without wanting to be limited to this theory - as the first part, the reduction of nitrate to nitrite, which is catalyzed by the enzyme nitrate reductase. Denitrification also includes the reduction of nitrite to nitrogen monoxide, which is catalyzed by the enzyme nitrite reductase.
  • denitrification includes the reduction of nitrogen monoxide to dinitrogen monoxide as a further sub-step, with the reaction being implemented by the enzyme nitric oxide reductase.
  • the reduction of dinitrogen monoxide to molecular nitrogen or nitrogen gas is catalyzed by the enzyme nitrous oxide reductase.
  • the biofilm with microorganisms which are able to catalyze a microbial denitrification, is settled or grows on the filter material, in particular its particles or grains.
  • the microorganisms that carry out or bring about the denitrification can also be referred to as denitrifiers or denitrifiers.
  • denitrifying bacteria or denitrifiers can be facultatively anaerobic bacteria of different genera, which preferably gain energy through denitrification under essentially anaerobic conditions.
  • Bacteria which are capable of denitrification belong, for example, to the genera Agrobacterium, Alcaligenes, Azospirillum, Acidovorax, Arcobacter Bacillus, Flavobacterium, Hydrogenophaga, Hyphomicrobium, Paracoccus, Pseudomonas, Rhodopseudonomas, Thiobacillus, Thiomicrospira, Simplicispira, Streptomyces or Actonomyces, in particular Acidovorax, Arcobacter, Flavobacterium, Hydrogenophaga and/or Simplicispira, although the present list is not to be understood as conclusive.
  • the biocenosis of the biofilm on the filter material depends in particular on the concentrates treated with the process, i.e. the microorganisms contained therein.
  • a mixed population of a wide variety of microorganisms preferably occurs in the biofilm, which ultimately bring about the elimination of nitrogen, in particular nitrate, in the concentrates to be treated.
  • the biocenosis in the biofilm required for carrying out the denitrification or nitrate elimination occurs in particular as a result of the conditioning of the reverse osmosis or nanofiltration concentrate used, as described below.
  • the settlement and setting of the biocenosis takes place in As part of the method according to the invention, preferably in a start-up phase of the filter bed over the period of time required in this regard.
  • the filter bed Before loading the filter bed with the concentrates or before starting up with concentrates, the filter bed can be inoculated with a starter culture, eg based on Paracoccus denitrificans.
  • the biocenosis in the biofilm usually occurs depending on the microorganisms already contained in the reverse osmosis or nanofiltration concentrate used, or varies depending on the reverse osmosis or nanofiltration concentrate used.
  • Reverse osmosis and/or nanofiltration concentrate in particular from drinking and/or process water treatment, as such is usually at least essentially free of or at least low in carbon compounds or has no appreciable chemical oxygen demand.
  • the chemical oxygen demand is a measure of the sum of all organic compounds in the water.
  • the COD characterizes the amount of oxygen that is used to oxidize all the organic substances contained in the water.
  • the COD can be determined in particular using a photometric measuring method in accordance with DIN 15705 or using a dimensional analytical measuring method in accordance with DIN 38409-H41.
  • the materials and substances forming the COD can serve as a source of energy, especially carbon, for the microorganisms in the biofilm.
  • the concentrate before and/or during the process preferably in process step (a) or in the feed, to a COD (chemical oxygen demand) in the range from 5 to 200 mg/l, in particular 20 to 160 mg/l, preferably 30 to 150 mg/l, preferably 40 to 130 mg/l.
  • COD chemical oxygen demand
  • the COD can also be provided to adapt the COD to the nitrogen or nitrate content in the concentrate, in particular with the COD being adjusted in such a way that the nitrate degradation is not limited by a lack of organic energy sources, but the denitrified concentrate is released when it is discharged or .in the effluent only shows a COD below the limit values for the COD specified in the Direct Discharge Ordinance.
  • the Direct Discharge Ordinance currently sets a maximum limit of 90 mg/l for the COD.
  • the COD is preferably adjusted by adding a carbon source for the microorganisms contained in the biofilm, in particular by adding easily biodegradable organic acids, in particular acetic acid.
  • Acetic acid is an easily degradable, inexpensive and therefore overall process-economical source of carbon.
  • the method according to the invention can also be carried out with all other carbon sources for microorganisms with a preferably heterotrophic metabolism that are known in principle to the person skilled in the art, such as citric acid, succinate or various saccharides.
  • the selection of a suitable carbon source is known in principle to a person skilled in the art and does not require any further explanation.
  • a phosphorus source for the microorganisms contained in the biofilm is metered, in particular phosphoric acid is used as the source of phosphorus.
  • phosphoric acid is used as the source of phosphorus.
  • 0.3% phosphoric acid is used as the phosphorus source.
  • the source of phosphorus is also preferably metered in such a way that nitrate degradation is not limited by a phosphorus deficiency, but the phosphate concentration in the denitrified concentrate does not exceed the statutory limit values for phosphorus - currently 2 mg/l in Germany - for direct discharge.
  • Iron(II) sulfate in particular in the form of FeSO4 ⁇ 7H2O, is preferably used as the iron(II) source.
  • a concentration of iron in the feed is in the range from 0.0001 mg/l to 10 mg/l, in particular 0.001 to 5 mg/l, preferably 0.01 to 2 mg/l, particularly preferably 0 1 to 1 mg/l, based on the feed, is used.
  • a concentration of 0.2 mg/l iron, in particular iron(II) sulfate, based on the feed is used in the feed.
  • trace elements for the microorganisms contained in the biofilm are metered into the concentrate before and/or during the process, preferably in process step (a) or in the feed become.
  • the trace elements are preferably selected from the group consisting of zinc, manganese, boron, cobalt, copper, nickel and/or molybdenum and/or their salts.
  • the trace elements are added to the concentrate in the form of zinc sulfate (ZnSO4), manganese chloride (MgCh), boric acid (H3B03), cobalt chloride (C0Cl2), copper chloride (CuCh), nickel chloride (NiCh) and /or sodium molybdate (Na2MoO4), preferably in dissolved form, are supplied or metered in.
  • ZnSO4 zinc sulfate
  • MgCh manganese chloride
  • boric acid H3B03
  • cobalt chloride C0Cl2
  • CuCh copper chloride
  • NiCh nickel chloride
  • Na2MoO4 sodium molybdate
  • the environmental conditions for the microbial denitrification or the microorganisms contained in the biofilm can be set in a targeted manner, which ultimately leads to an improved or high nitrate degradation rate, as the microorganisms have optimal denitrification metabolism conditions are created.
  • the formation of the biofilm on the granular and/or particulate filter material is regulated and/or controlled.
  • the regulation or control ensures, on the one hand, that excessive growth of the microorganisms or excessive formation of the biofilm, which would lead to blockage of the filter bed, is prevented.
  • the biofilm on the particulate or granular filter material is nevertheless sufficiently developed to allow efficient denitrification.
  • the formation of the biofilm on the filter material is regulated or controlled by reducing the biofilm on the granular and/or particulate filter material.
  • Biofilm reduction can be continuous or intermittent.
  • the formation of the biofilm is regulated and/or controlled by introducing at least one fluid into the filter bed.
  • the filter bed and/or the filter material is completely or partially fluidized.
  • turbulent flows are generated by the fluid entry in the filter bed, which on the one hand leads to a boundary layer around the particles and on the other hand to a shearing off of part of the biomass on the particles.
  • the difficulty of fluidization consists in particular in the fact that on the one hand the flow through the filter bed with its specialized microorganisms should be so slow and uniform that the longest possible contact time with the surrounding medium is ensured. At the same time, however, it must also be ensured that the growing biomass does not block the filter bed and thus prevent the exchange of substances with the surrounding medium. If the fluid input or the currents generated by fluid input are too strong, the biofilm on the carrier is sheared off too much and the biomass is reduced too much and at the same time the time for a mass exchange with the surrounding fluid is reduced. If the fluid entry is too weak or too low, the constant growing biomass block the filter bed, so that a media exchange is disadvantageously prevented. In addition, with particulate or granular filter materials there is a risk of precipitation of hardeners and salts, since the reverse osmosis or nanofiltration concentrates have a high salt and nitrate content.
  • the fluid is selected from air, technical gases and/or water, particularly preferably air and/or technical gases.
  • the problems described above with regard to under certain circumstances too much or too little detachment of the biomass from the particles or granules of the filter material can be overcome if the fluid entry is controlled as a function of the filter resistance becomes.
  • the introduction of fluid is controlled by means of time-pause control as a function of the filter resistance.
  • the filter resistance has proven to be a suitable, indirect measure for the formation of the biofilm on the filter material.
  • the filter resistance is understood to mean the pressure drop occurring when the concentrate to be treated flows through the filter bed, measured or stated in cm water column [cm Ws].
  • cm Ws cm water column
  • the measurement or monitoring of the filter resistance takes place within the scope of the method according to the invention using means or measuring devices or pressure sensors which are fundamentally known to the person skilled in the art.
  • Suitable values for the filter resistance or a time-pause control can vary widely and depend in particular on the particulate or granular filter material, but also on the dimensioning of the filter bed and must be selected or determined accordingly by the person skilled in the art.
  • the nitrate degradation rate is preferably used to determine a suitable filter resistance. Both a filter resistance that is too low and one that is too high would negatively affect the nitrate degradation rate.
  • the fluid entry is used to achieve a filter resistance in the range of 20 cmWs and 60 cmH2O. If the particles or granules of the filter material have a larger or coarser grain size, higher values are conceivable. If the filter material has a finer grain, lower values should be advantageous.
  • the filter resistance has proven to be a suitable reference value for setting or controlling the fluid input.
  • the entry of the fluid into the filter bed or filter material preferably takes place via fluid inlets, in particular air or gas inlets, which are basically known or customary to those skilled in the art.
  • fluid inlets in particular air or gas inlets, which are basically known or customary to those skilled in the art.
  • the at least one fluid is introduced into the filter bed and/or filter material via at least one, preferably several, fluid inlets.
  • the arrangement or positioning of the fluid input into the filter bed depends primarily on the areas of the filter bed that are to be fluidized, in particular on whether complete or only partial fluidization is provided.
  • the fluid inlets or their number and arrangement must be adapted to the shape and dimensions of the filter bed.
  • the treated or denitrified concentrate when it is discharged from the filter bed, preferably in the outlet, undergoes further filtration, in particular via a particle and/or sterile filter.
  • the fluid is introduced via at least one fluid inlet in the area of the longitudinal axis of the filter bed.
  • a fluidization or a fluid entry via at least one fluid inlet in the area of the longitudinal axis of the filter bed has proven to be particularly advantageous with regard to a continuous, but only partial fluidization of the filter bed.
  • Introducing fluid via inlets in the wall or in the base of a filter module or reactor enclosing the filter bed has proven particularly useful for intermittent, preferably essentially complete, fluidization of the filter material or filter bed.
  • the two embodiments described above with regard to the selection of the fluid inlets in the area of the longitudinal axis or in the wall or in the bottom of the filter module or reactor enclosing the filter bed can also be used in combination or the fluid entry can be carried out both by means of fluid inlets in the Area of the longitudinal axis as well as in the wall or in the bottom of the reactor.
  • continuous fluidization of the filter bed takes place via the fluid inlet in the area of the longitudinal axis, whereas via the inlets in the wall or in the bottom of the filter module or reactor only intermittently, in particular by means of time-pause control, at least one fluid is introduced, for example when the filter resistance increases excessively or a limit value for the filter resistance is exceeded.
  • the fluid input takes place via lances for fluid input that protrude and/or are immersed into the filter bed.
  • a particularly targeted control of the fluid input into the filter material is possible via lances projecting and/or immersed into the filter bed.
  • the complete fluidization of the filter bed is particularly advantageous in this embodiment.
  • the number and arrangement of the lances depends on the size and shape of the filter and the areas of the filter bed to be fluidized.
  • fluid can be introduced into the lower, central area of the filter bed via a line arranged axially along the longitudinal axis.
  • continuous fluidization has proven particularly advantageous.
  • the fluid it is possible for the fluid to be introduced via lances that protrude and/or are immersed into the filter bed and, moreover, a line arranged axially along the longitudinal axis for the introduction of the fluid.
  • a particularly targeted control or regulation of the formation of the biofilm and removal of other particulate residues of the process is possible in the process of the invention if the filter material is a is subjected to cleaning outside the filter bed, particularly when the biomass reduction is predominantly outside the filter bed:
  • the particulate and/or granular filter material is conveyed to a rinsing unit arranged outside of the filter bed.
  • the filter material is conveyed to the rinsing unit by introducing at least one fluid, preferably air or a technical gas, into the filter bed, in particular as a function of the filter resistance.
  • the filter material can be cleaned in the rinsing unit.
  • the introduction of the at least one fluid and/or the cleaning in the rinsing unit reduces the biofilm by at least 10%, in particular at least 20%, preferably by at least 30% and/or by at most 80%, in particular by at most 70%. preferably by at most 60%.
  • the rinsing unit is arranged above the filter bed in the area of the outlet for the cleaned concentrate.
  • the filter material is cleaned and/or rinsed with filtrate flowing in the opposite direction or in the direction of the outlet and sinks back onto the filter bed with reduced biofilm.
  • the waste water from the rinsing unit containing the biomass removed from the filter material and other particulate residues is preferably discharged via a rinsing water outlet.
  • the waste water occurring during the rinsing and/or cleaning of the filter material is cleaned by means of particle retention and is preferably fed back into the filter bed via the inlet.
  • the filter material is conveyed from the lower region of the filter bed to a rinsing unit arranged above the filter bed by means of a compressed air lifter (also known as a mammoth pump) that is preferably arranged axially along the longitudinal axis of the filter bed.
  • a compressed air lifter also known as a mammoth pump
  • the intake of air is preferably adjusted as a function of the dimensioning of the filter bed, the filter material, in particular its grain size, and/or the filter resistance.
  • the rinsing unit is preferably a sand washer, with the particulate or granular filter material being washed in a counterflowing, already denitrified or treated concentrate and sinking back onto the filter bed after cleaning.
  • FIG. 2 An example of a reactor for carrying out the process according to the invention is shown in FIG. 2, which is described in detail below.
  • particulate or granular filter material As far as the particulate or granular filter material is concerned, it must on the one hand provide a sufficiently large surface area for the biomass to grow and on the other hand ensure that the concentrate to be treated can flow through it and also be able to form a filter bed. In this context, it has proven to be advantageous to use particulate or granular material with defined particle or grain diameters for the method according to the invention.
  • the filter material used is a particulate and/or granular material with particle or grain sizes, in particular average particle or grain diameters, preferably determined according to DIN EN 120904, in the range from 0.1 to 15 mm, in particular 0.2 to 10 mm, preferably 0.5 to 5 mm, preferably 0.7 to 3 mm, particularly preferably 1 to 2 mm.
  • a particulate and/or granular material is used as the filter material with a specific density in the range from 0.7 to 6 g/cm 3 , in particular 1 to 5 g/cm 3 , preferably 1.5 to 4 g/cm 3 , preferably 2 to 3.5 g/cm 3 , particularly preferred 2.5 to 3.2 g/cm 3 , based on a single grain or particle, is used.
  • the use of particles or granules with the previously defined specific density has proven to be advantageous with regard to the formation of the filter bed. By using a filter material with the previously defined specific density, an undesired buoyancy of the particles or grains in the concentrate to be treated can be counteracted.
  • sand, bentonite and/or crushed lava stones are preferably used according to the invention as the particulate and/or granular material. Due to their surface properties, the aforementioned filter materials allow the biofilm to grow, since they have a certain surface roughness.
  • the method according to the invention is operated in a sand filter or sand, in particular quartz sand, is used as the particulate or granular filter material.
  • the situation in the method according to the invention is preferably such that the microorganisms for the microbial denitrification grow sessile on the grains and/or particles of the filter material.
  • the process according to the invention can be carried out continuously or intermittently, preferably continuously.
  • a continuous procedure has proven to be particularly advantageous with regard to the process efficiency, especially against the background that a start-up phase or adaptation of the biocenosis to the denitrification conditions is only necessary once.
  • the concentrate has a bed load (amount of total nitrogen per cubic meter of filter material per day) in the range from 100 to 2500 g/m 3 /d, in particular 300 to 2200 g/m 3 /d, preferably 500 to 2000 g/m 3 /d, preferably 800 to 1800 g/m 3 /d, into the filter bed.
  • a bed load amount of total nitrogen per cubic meter of filter material per day
  • the concentrate with a bed load (amount of nitrate nitrogen per cubic meter of filter material per day) in the range of 80 to 2,500 g / m 3 / d, in particular 100 to 2,100 g / m 3 / d, preferably 200 to 1,900 g/m 3 /d, preferably 400 to 1,700 g/m 3 /d, is passed into the filter bed.
  • the concentrate has a bed load (amount of nitrate nitrogen per cubic meter of filter material per day) of at least 80 g/m 3 /d, in particular at least 100 g/m 3 /d, preferably at least 200 g/m m 3 /d, preferably at least 400 g/m 3 /d, particularly preferably at least 600 g/m 3 /d, into the filter bed.
  • a bed load amount of nitrate nitrogen per cubic meter of filter material per day
  • the bed loading is understood to be the total amount of nitrogen (unit: g) with which a defined volume of the filter mass (unit: m 3 ) in the filter, ie the “filter bed” in the filter, per unit of time (unit: d or day) will be charged.
  • the method according to the invention can be transferred to all types of filters or filter beds, since the amount of nitrogen introduced into the filter bed or filter per unit of time is independent of the type, size or volume of the reaction space on the volume of the Filter mass relates.
  • the volume flow of the concentrate to be treated can vary within a wide range and depends primarily on the dimensioning of the plant or the filter bed for carrying out the process according to the invention.
  • a volume flow Q volume of concentrate per hour
  • the concentrate with a volume flow Q volume of concentrate per hour in the range of 0.3 to 4 m 3 / h, in particular 0.5 to 3.5 m 3 /h, preferably 6.0 to 3.0 m 3 /h, preferably 0.9 to 2.5 m 3 /h, into the filter bed.
  • the concentrates from reverse osmosis or nanofiltration processes to be treated with the process according to the invention can be traced back to all types of raw water.
  • the concentrate comes from reverse osmosis and/or nanofiltration processes, in particular reverse osmosis processes, for the treatment of groundwater, spring water, seawater and/or surface water to process and/or drinking water, preferably drinking water.
  • the concentrate in the feed has a total nitrogen concentration TNb of at least 30 mg/l, in particular at least 40 mg/l, preferably at least 50 mg/l, preferably at least 60 mg/l.
  • the concentrate in the feed has a nitrate nitrogen concentration of at least 20 mg/l, in particular at least 30 mg/l, preferably at least 40 mg/l, preferably at least 50 mg/l.
  • this can usually have a water hardness [total hardness] in the inflow in the range from 10 to 150 °dH, in particular 20 to 120 °dH, preferably 30 to 100 “dH, preferably 40 to 80 °dH, preferably determined according to DIN 38409-6.
  • total hardness total hardness
  • the concentrate in the feed has a temperature in the range from 2 to 40 °C, in particular 3 to 30 °C, preferably 4 to 25 °C, preferably 5 to 20 °C.
  • the concentrate has a pH value in the range from 6 to 8.5, preferably 7 to 8, in the feed. It is equally preferred according to the invention if the concentrate in the feed has a pH of at least 6, in particular at least 6.5, preferably at least 7.
  • the filter is operated as a downstream or upstream filter, preferably as an upstream filter.
  • the concentrate is fed into the lower area of the filter bed or the concentrate is distributed in the filter bed, preferably in the lower area of the filter bed, and the filter bed, in particular the filter material, is flows from bottom to top.
  • “Lower part” in this case means the lower half, preferably the lower third, of the filter bed.
  • the process is not temperature-controlled and/or carried out at ambient temperature.
  • the pH value, the temperature, the electrical conductivity, the nitrite concentration, the turbidity and/or the concentration of substances that can be filtered off in the concentrate to be treated and/or in the denitrified concentrate are measured, in particular in the Feed and/or in process step (a) and/or in the course and/or in process step (c).
  • the measurements are carried out using measuring devices which are fundamentally known to those skilled in the art.
  • the method according to the invention provides a high-performance, separate cleaning stage for concentrates or waste water from the treatment of industrial or drinking water from raw water, which is suitable for removing large amounts of nitrate from the concentrate or waste water.
  • the statutory limit value for nitrogen or nitrate for direct discharge is generally achieved or can be complied with.
  • the yield of drinking water treatment can be significantly increased, since large amounts of nitrate in the resulting waste water or concentrate are no longer a limiting factor.
  • the present invention is also - according to the second aspect of the present invention - a reactor 1 for use in the treatment of reverse osmosis and / or nanofiltration concentrate ("concentrate”), the concentrate from the treatment of raw water by means of reverse osmosis and / or Nanofiltration for drinking and/or process water treatment originates, in particular the reactor being set up and designed to carry out a method according to one of the preceding claims, comprising an inlet 2 for the concentrate to be treated, an outlet 3 for the denitrified concentrate, a fluidized filter bed 4, wherein the filter bed 2 has a granular and/or particulate and biologically activated filter material 32 with a biofilm for microbial denitrification, and at least one device for fluidizing the filter bed 5, in particular wherein the device for fluidizing controls the fluid input depending on the filter resistance, in particular such that the formation of the biofilm on the particulate and/or granular filter material is regulated and/or controlled.
  • concentration reverse osmosis and / or nanofiltration concentrate
  • the reactor according to the invention is preferably set up and designed for carrying out the method described above.
  • the reactor is equipped with a device for fluidization, which allows targeted regulation or control of the formation of the biofilm on the granular or particulate filter material, in particular as a function of the filter resistance measured in the operating state.
  • a device for fluidization which allows targeted regulation or control of the formation of the biofilm on the granular or particulate filter material, in particular as a function of the filter resistance measured in the operating state.
  • a plant and a reactor which are set up for carrying out the method according to the invention are described below by way of example with reference to FIGS. 1 and 2 .
  • FIG. 2A a schematic representation of a reactor suitable for the method according to the invention, which has a filter bed based on a particulate or granular filter material with a biofilm growing thereon for microbial denitrification;
  • FIG. 2B a schematic representation of a further reactor suitable for the process according to the invention, the embodiment shown in FIG. 2B having additional lances arranged in the region of the reactor wall for introducing fluid in comparison to the reactor shown in FIG. 2A.
  • FIG. 1 shows a flow chart of a plant for the treatment of reverse osmosis and/or nanofiltration concentrate, which originates from the treatment of raw water by means of reverse osmosis and/or nanofiltration for drinking and/or process water treatment:
  • the concentrate to be treated in the feed 6 is first fed into a feed receiver 8 and fed into the reactor 1 via a feed line 18 and an inlet 2 .
  • the inflow is adjusted via valves 16 and pumping devices 14 .
  • Provision can preferably also be made to monitor and further regulate the inflow of the concentrate to be treated by means of a flow meter 22 .
  • the concentrations of relevant water constituents such as total nitrogen TNb, nitrate concentration, COD, water hardness, pH value, phosphorus content, etc., can be measured via measuring devices 17 .
  • chemicals such as a carbon source, preferably in the form of acetic acid, and/or a phosphorus source, preferably in the form of 0.3% phosphoric acid, can be added to the concentrate via dosing devices 10, 11.
  • Iron(II) sulfate preferably at a rate of 0.2 mg/l based on iron(II) sulfate in the feed, and various trace elements are metered in.
  • the metering can be adjusted or controlled via pump devices 14 .
  • the substances for conditioning are fed to the concentrate to be treated, preferably in dissolved form, via a mixer 21 in the inlet 6 or in the inlet line 18 .
  • the concentrate is treated by filtration through the filter material with microbial denitrification to remove the nitrate.
  • the filter bed is preferably fluidized via a fluidization system 13 .
  • the fluid input is preferably controlled via a control cabinet 23 .
  • the fluid is air, in particular compressed air, and/or at least one industrial gas, it being possible for the fluid to be introduced from the fluidization system 13 via a fluid line 24 into the reactor 1 or the filter bed.
  • the reactor 1 is also equipped with sensor devices for measuring or monitoring the filter resistance.
  • Gases arising in the process according to the invention can escape from the reactor 1 via an exhaust air system 12 which preferably has a fan 15 .
  • the rinsing water produced by the cleaning of the filter material can be discharged from the reactor 1 via a rinsing water line 20 .
  • the waste water discharged via the flushing water line 20 is preferably recycled via the inflow receiver 8 in order to further reduce the amounts of waste water occurring in the context of the method according to the invention.
  • the denitrified or treated concentrate is routed via the outlet 3 and a discharge line 19 into a discharge receiver 9 for the denitrified concentrate or treated concentrate.
  • a discharge receiver 9 for the denitrified concentrate or treated concentrate.
  • it can be provided in the outlet 7 by means of measuring devices 17 the concentration of relevant water constituents to determine fe or properties in the treated concentrate, in particular the total nitrogen content, the pH value, the nitrate concentration and/or the total hardness.
  • FIG. 2A shows a reactor 1 which is set up and designed for carrying out the method according to the invention.
  • the reactor 1 has an inlet 2 for the concentrate to be treated, an outlet 3 for the denitrified or treated concentrate and a filter bed 4 based on a granular or particulate filter material 32, in particular based on sand, with a biofilm for microbial denitrification on.
  • the reactor 1 shown in FIG. 2 is set up for operation as an upflow filter.
  • the reactor 1 has an internal feed line 31 for the concentrate to be treated, which opens into a preferably star-shaped distribution device 26 reaching into the filter bed for the even distribution of the concentrate to be treated in the filter bed 4 .
  • the concentrate to be treated flows through the filter bed 4 from bottom to top, as indicated schematically by the flow direction 27 for the concentrate to be treated.
  • the method according to the invention provides for the formation of the biofilm on the granular or particulate filter material 32 to be regulated or controlled, preferably by continuously or intermittently reducing the biofilm on the granular or particulate filter material 32. This is preferably done by fluidizing the filter bed 4 or filter material 32. In this context, it is particularly preferred to measure or monitor the filter resistance of the filter bed and to control the fluid entry as a function of the filter resistance.
  • the fluidization of the filter bed 4 takes place via a mammoth pump 25 arranged axially along the longitudinal axis of the filter bed 4 or of the reactor, with the introduction of compressed air as the fluid.
  • the fluid preferably in the form of compressed air
  • the mammoth pump (compressed air lifter) 25 is introduced into the mammoth pump (compressed air lifter) 25 via a fluidization system 13 (not shown in FIG. 2) and a fluid line 24 .
  • the compressed air introduced into the mammoth pump 25 causes particulate or granular total filter material 32 sucked from the lower area of the filter bed 4 by the mammoth pump and promoted in the fluid flow from bottom to top.
  • the entry of the fluid is preferably controlled via a control cabinet 23 depending on the filter resistance.
  • the filter material 32 is conveyed with the aid of the mammoth pump 25 to a rinsing unit 28 arranged above the filter bed, here in the form of a sand washer, and washed in the rinsing unit 28 with counterflowing, denitrified concentrate 30.
  • the cleaned filter material 32 sinks back onto the filter bed 4, while the waste water flow arising in the rinsing unit 28, which in particular contains removed biomass and possibly other particulate residues, such as fine abrasion of the filter material or precipitated hardeners, is removed from the reactor 1 via a rinsing water outlet 29 becomes.
  • the denitrified concentrate 30 is routed out of the plant via an outlet 3 and the outlet 7 .
  • FIG. 2B shows a reactor 1 which is also suitable for carrying out the process according to the invention.
  • the reactor 1 corresponds to the reactor shown in FIG. 2A, the reactor 1 according to FIG. 2B additionally having at least two lances 33 for introducing at least one fluid into the filter bed 4.
  • the lances may have fluid outlets 34 along their longitudinal axis. Equally, it can also be provided that the lances 33 only have a fluid outlet 34 at the lower end that dips into the filter bed.
  • the fluid line 24 can have valves that allow the fluid to be fed in independently via the lances 33 .
  • the additional lances 33 in the area of the reactor wall can further improve the fluidization of the filter bed 4 with regard to the regulation or control of the formation of the biofilm.
  • lances in the area of the reactor wall an even more uniform fluidization of the filter terbetts 4, which in turn improves the regulation of the biofilm and thus also the nitrate degradation rate.
  • the starting point for the exemplary embodiments described below is a natural filter system in which raw water, such as well water, is treated to drinking water quality by means of reverse osmosis (synonymous with reverse osmosis, abbreviated to RO).
  • the concentrate obtained during treatment using reverse osmosis is discharged into a watercourse for disposal or recycling in the water cycle.
  • the large-scale natural filter system has so far been operated in such a way that the nitrogen or nitrate concentration in the reverse osmosis concentrate maintains this value.
  • the method according to the invention makes it possible to reduce the total nitrogen load in reverse osmosis concentrates from drinking water treatment and thus allows an increase in the yield in drinking water treatment.
  • Fig. 1 which has a reactor as shown in Fig. 2, carried out. Commissioning of the reactor
  • the reactor was first filled with quartz sand according to DIN EN 120904 as filter material, the grains of sand having a particle diameter or a particle size in the range from 1 to 2 mm. The plant and the reactor were then put into operation.
  • the inflow reservoir of the plant was fed with a selected bacterial or microorganism culture. In the present case it was a pure culture of Paracoccus dentrificans.
  • the adaptation was initially carried out using only service water with the addition of acetic and phosphoric acid. Further microorganisms were introduced into the filter bed with the service water. After a stable biofilm had formed on the filter material, the process water was replaced by reverse osmosis concentrate, with acetic and phosphoric acid being added to the concentrate for conditioning.
  • RNA analyzes showed that bacteria of the genera Arcobacter, Hydrogenophaga, Bdellovibrio, Flavobacterium, Simplicispira, Acidovorax and Chitinophagaceae had settled in the biofilm.
  • the reactor was charged with a pump device from the feed reservoir, which was supplied with reverse osmosis concentrate from an upstream reverse osmosis system.
  • the inflow volume flow of the concentrate to the inflow template was greater than that to the reactor.
  • the concentrate to be treated was fed by means of a feed line via the inlet into the reactor to the star-shaped distributor and distributed evenly over the filter bed.
  • the loading of the filter bed with reverse osmosis concentrate was slowly increased.
  • the reverse osmosis concentrate was first fed into the filter bed with a bed loading (amount of total nitrogen per cubic meter of filter material per day) of up to 500 g/m 3 /d.
  • the bed load was increased to up to 2,100 g/m 3 /d.
  • a filter resistance in the range of 20 cmWS to 60 cmWS has proven to be suitable.
  • the filter was operated as an upflow filter, ie the concentrate flowed through the filter bed from bottom to top for denitrification purposes.
  • nitrite (NO 2 ) as an intermediate product and nitrate (NO 3 ) were reduced to molecular nitrogen (N 2 ) by the sessile microorganisms growing on the particulate filter material.
  • N 2 molecular nitrogen
  • the molecular nitrogen formed during the denitrification was removed from the reactor via an exhaust air system.
  • the treated or denitrified concentrate was discharged from the reactor via the outlet and a drain line or via the drain.
  • the filter material was continuously fluidized and cleaned in the rinsing unit located above the filter bed.
  • the filter resistance was monitored and adjusted to suitable values with the help of the fluid input.
  • the fluidization of the filter bed and the conveyance of the filter material to the rinsing unit took place by means of a mammoth pump arranged axially along the longitudinal axis of the reactor or filter.
  • the filter material was transported or conveyed from the cone at the bottom of the reactor into the rinsing unit in the form of a sand washer in the upper area of the reactor and cleaned using a small part of the outflow or the counterflowing, already treated concentrate .
  • part of the biofilm was removed from the filter material in order to prevent the filter bed from becoming overgrown with biomass.
  • the rate at which the biofilm was removed was controlled by the compressed air input into the mammoth pump.
  • the rinsing water occurring in the rinsing unit and containing biomass and possibly other particulate residues of the process was conducted out of the reactor via a rinsing water outlet and recycled via the feed receiver.
  • the cleaned filter material in the form of sand was also recycled by sinking back from the rinsing unit onto the filter bed.
  • a carbon source and, if required, a phosphorus source and possibly trace elements, each in dissolved form were metered into the concentrate in the feed using metering devices within the scope of the process according to the invention.
  • the trace element solution contained zinc sulfate (ZnSC), manganese chloride (MgCh), boric acid (H3B03), cobalt chloride (C0Cl2), copper chloride (CuCk), nickel chloride (NiCh) and/or sodium molybdate (NazMoO ⁇ ), each in dissolved form.
  • the filter resistance and the inflow volume flow were also monitored with the aid of means that are fundamentally known to those skilled in the art, e.g. pressure measuring probes and/or flow meters.
  • the process was operated continuously and without interruption.
  • the control of the process in particular the entry of compressed air to fluidize the filter bed, was carried out via a control cabinet.
  • the nitrate and nitrogen degradation performance of the process according to the invention was examined with different loading and dwell times of the reverse osmosis concentrate to be cleaned in the filter bed in the start-up and operating phase.
  • the following table shows the volume flow and the total nitrogen concentration in the inlet for the start-up and first operating phases:
  • the reactor or filter bed was fed continuously with reverse osmosis concentrate, as described above.
  • acetic acid as a carbon source and phosphoric acid as a phosphorus source were added to the concentrate in the feed.
  • the inflow volume flow and the total nitrogen concentration in the inflow were further varied.
  • the total nitrogen concentration in the inflow was increased from 1.2 m 3 /h or 1.5 m 3 /h to around 49 mg/l to 59 mg/l at a reduced volume flow.
  • phase I of the start-up phase an average degree of degradation of 88% of the total nitrogen was achieved.
  • the minimum and maximum degrees of degradation were 84% and 93%, respectively.
  • an average degree of degradation of 86% of the total nitrogen was achieved.
  • a maximum reduction of 97% an almost complete reduction of nitrogen in the reverse osmosis concentrate has already been achieved.
  • the minimum degree of degradation in phase II was 77%.
  • the average total nitrogen concentration in the outflow was around 3.25 mg/l and thus well below the legal limit of 20 mg/l for discharge into running water.
  • the inflow volume flow was increased further to 1.8 m 3 /h, with the total nitrogen being almost completely reduced (on average by 95%).
  • the values were subject to a small range of fluctuation with a minimum of 90% and a maximum of 100% degree of degradation.
  • phase IV with an inflow volume flow of 2.0 m 3 /h, a very significant reduction in total nitrogen with an average degree of degradation of 94% was recorded. the.
  • the values for the degree of degradation were in a very small range of variation between a minimum of 90% and a maximum of 97%.
  • the total nitrogen concentration in the effluent was on average 1.38 mg/l in this operating phase and thus also well below the legal limit of 20 mg/l.
  • the total nitrogen concentration in the inflow was increased later on.
  • the data from test days 193 to 204 are used here as an example, when the total nitrogen concentration in the inflow was increased to approx. 49 mg/l to 58 mg/l.
  • a minimum degree of degradation of about 80% and a maximum degree of degradation of more than 99% were achieved even with a significantly increased total nitrogen concentration or nitrogen load. Even with an increased total nitrogen concentration, the legal limit of 20 mg/l for direct discharge was easily complied with.
  • FIG. 4A the specific degradation rate versus bed load, based on the total nitrogen concentration, is shown for phases I to IV. Appendix of Fig. 4A it can be seen that with the method according to the invention, after an adjustment phase, the entire nitrogen load that is fed to the plant is degraded in the reactor, so a degree of degradation of almost 100% can be achieved. Against the background of the results, it can even be assumed that the limit for a complete reduction of the nitrogen load has not yet been reached and that the potential for the largest possible loading of the filter bed and the increase in the nitrate concentration has not yet been exhausted.
  • FIG. 4B shows the specific decomposition rate in relation to the bed load, based on the specific decomposition rate for nitrate nitrogen, as an example for the later test days 193 to 204. It can be seen from FIG. 4B that even after increasing the total or nitrate nitrogen load that is fed to the plant, a degree of nitrate degradation of 85 to almost 100% can still be achieved. The method according to the invention is therefore distinguished by an excellent nitrate degradation rate.
  • FIG. 5 graphically shows the nitrate nitrogen concentration in the inflow and outflow for test days 193 to 204.
  • the nitrate nitrogen concentration in the inlet was in the range from 41 to 51 mg/l.
  • the effluent on the other hand, only nitrate nitrogen concentrations in the range of approximately 0 mg/l to max. measured at a maximum of 12 mg/l.
  • large amounts or concentrations of nitrate can be almost completely removed from reverse osmosis filtrates with the method according to the invention and the denitrification carried out therein.
  • nitrate degradation levels of around 85% to 99% were achieved. - Control of the fluid entry depending on the filter resistance
  • the filter resistance serves in particular as an indirect measure of the formation of the biofilm on the filter resistance.
  • a filter resistance in the range from 20 to a maximum of 60 cm water column based on the nitrate degradation rate, especially in the Range of 25 to 40 cmWS proven to be suitable.
  • FIG. 7 shows the filter resistance, given in cm of water column [cmWS], and the fluid input, given in volume of standard air per minute [Nl/min], as an example for test days 193 to 204. If the filter resistance increased excessively, as on test days 201 and 202 to 46 to 47 cm water column, the fluid input was increased in order to reduce the biomass on the filter material and thus reduce the filter resistance again. When a filter resistance in the particularly preferred range was reached, in this case in the range from approx. 30 to 35, the fluid input was reduced again in order to avoid further shearing off of the biomass. . Measurement of the COD
  • the Direct Discharge Ordinance currently sets a limit value of 90 mg/l, which must not be exceeded in water when it is discharged directly into running water and municipal waste water.
  • phase I of the start-up phase the average COD concentration in the outflow was around 7.4 mg/l, so that with a degree of degradation of around 93%, the carbon supplied was optimally used to reduce the total nitrogen.
  • the dosage of acetic acid was increased twice by 4.5% and 13.6%.
  • the carbon supplied was used up by approximately 91% in each case and was at an average value of 7.8 mg/l in the outflow (cf. FIG. 6A). As a result, the breakdown of the total nitrogen could be increased to up to 97% (cf. FIG. 3A).
  • the concentration of cloudy matter and hardeners is regulated by law for direct discharge into running water.
  • a limit value of 30 mg/l is currently being set in Germany for substances that can be filtered off.
  • the concentrations of the filterable substances in the effluent with an average of 12.3 mg/l were below the legal limit of 30 mg/l.
  • FIG. 8 the outflow, rinsing water and inflow (from left to right) from the previously described process are shown set up next to one another. It is readily apparent that both the influent and the effluent are clear with no turbidity. In contrast, the rinsing water shows a clear turbidity. The mean of the substances in the effluent that could be filtered off was 10.1 mg/l. The filterable substances in the rinsing water were 202 mg/l.
  • the method according to the invention in particular the filtration through a particulate filter material with a biofilm, does not result in any accumulation of turbid matter in the effluent. Abrasion of the particulate filter material, which can occur in particular when using sand as the filter material, potentially precipitated hardeners and detached biomass are retained by the filter bed and discharged with the rinsing water.
  • Substances that can be filtered off are also reliably retained with the method according to the invention at a value in the effluent that is below the legal limit value. A failure of hardness components in the process is also not observed.
  • the method according to the invention is therefore a promising starting point for increasing the yield of drinking water in the treatment of raw water to increase this by means of reverse osmosis or nanofiltration. Otherwise, the method according to the invention is environmentally friendly and resource-friendly.

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Abstract

The present invention relates to a method for treating reverse osmosis and/or nanofiltration concentrate ("concentrate"), the concentrate originating from the treatment of raw water by means of reverse osmosis and/or nanofiltration for the treatment of drinking and/or process water, the method comprising the step of conducting the concentrate through a filter bed having a granular and/or particulate and biologically activated filter material in order to carry out a microbial denitrification. The invention also relates to a reactor which is designed and configured to carry out the method according to the invention.

Description

Verfahren zur Entfernung von Nitrat aus Membranfiltrationskonzentraten Process for removing nitrate from membrane filtration concentrates
Die vorliegende Erfindung stellt auf das technische Gebiet der Wassertechnik ab, insbesondere auf die Behandlung von Membranfiltrationskonzentraten aus der Trink- und Betriebswasseraufbereitung. The present invention relates to the technical field of water technology, in particular to the treatment of membrane filtration concentrates from drinking and process water treatment.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Behandlung von Umkehrosmose- und Nanofiltrationskonzentraten, insbesondere Umkehrosmosekonzentraten, und darüber hinaus einen Reaktor, welcher für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Behandlung von Umkehrosmose- und Nanofiltrationskonzentraten, insbesondere Umkehrosmosekonzentraten, eingerichtet ist. Insbesondere können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. mit dem erfindungsgemäßen Reaktor Nitrate aus Umkehrosmose- oder Nanofiltrationskonzentration entfernt werden. The present invention relates to a method for treating reverse osmosis and nanofiltration concentrates, in particular reverse osmosis concentrates, and also to a reactor which is set up for carrying out the method according to the invention for treating reverse osmosis and nanofiltration concentrates, in particular reverse osmosis concentrates. In particular, nitrates can be removed from reverse osmosis or nanofiltration concentration with the aid of the method according to the invention or with the reactor according to the invention.
Bei Nitraten handelt es sich um wasserlösliche Salze der Salpetersäure, welche im Rahmen des Stickstoffkreislaufs durch eine metabolische Umsetzung von stickstoffhaltigen Verbindungen durch nitrifizierende Bakterien im Boden gebildet werden. Die Nitrate wiederum werden von Pflanzen aufgenommen und vom pflanzlichen Stoffwechsel als Stickstoffquelle genutzt oder von sogenannten denitrifizierenden (Boden-)Bakterien in atmosphärischen Stickstoff umgewandelt. Unter natürlichen Bedingungen werden insgesamt nur geringe Mengen an Stickstoff ausgebracht, so dass dessen Verfügbarkeit in fast allen terrestrischen und einigen aquatischen Ökosystemen der limitierende Wachstumsfaktor ist. Nitrates are water-soluble salts of nitric acid, which are formed as part of the nitrogen cycle through a metabolic conversion of nitrogen-containing compounds by nitrifying bacteria in the soil. The nitrates, in turn, are taken up by plants and used as a source of nitrogen by plant metabolism or converted into atmospheric nitrogen by so-called denitrifying (soil) bacteria. Under natural conditions, only small amounts of nitrogen are applied overall, so that its availability is the limiting growth factor in almost all terrestrial and some aquatic ecosystems.
Erhöhte Nitratwerte in Grund-, Oberflächen- und Brunnenwasser sowie sonstigen Gewässern sind im Hinblick auf gesundheitliche Aspekte von Menschen und Tieren problematisch. Die "Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch" (Trinkwasserverordnung - TrinkwV) legt daher in Deutschland für die Nitratkonzentration in Trinkwasser einen Grenzwert von maximal 50 mg/l fest. Increased nitrate levels in ground, surface and well water as well as other bodies of water are problematic with regard to the health aspects of humans and animals. The "Ordinance on the Quality of Water for Human Use" (Drinking Water Ordinance - TrinkwV) therefore sets a maximum limit of 50 mg/l for the nitrate concentration in drinking water in Germany.
Trink- bzw. Betriebswasser werden üblicherweise aus sogenannten Rohwässern, wie Quell-, Oberflächen- und Grundwasser oder aber auch Meerwasser, gewonnen. Da stark nitratbelastete Quell-, Oberflächen- und Grundwässer mit den oben beschriebenen Gesundheitsgefahren einhergehen, müssen viele Wasserwerke bestehende Grundwasserreservoirs aufgeben und neue, tiefer liegende Grundwas- servorräte erschließen bzw. alternativ aufwendigere Aufbereitungstechniken zur Wasserbehandlung anwenden. Drinking or process water is usually obtained from so-called raw water, such as spring, surface and ground water or even seawater. Since spring, surface and groundwater that is heavily polluted with nitrate is associated with the health hazards described above, many waterworks have to give up existing groundwater reservoirs and create new, deeper-lying groundwater. develop reserves or alternatively use more complex treatment techniques for water treatment.
Eine Technik zur Entfernung von niedermolekularen Stoffen, wie z.B. Nitrat, aus Rohwässern sind Membranfiltrationsverfahren, insbesondere Umkehrosmose oder Nanofiltration. Die Aufbereitung von Betriebs- oder Trinkwasser mittels Membranfiltration, insbesondere Umkehrosmose und teilweise Nanofiltration, führt jedoch zu einer erheblichen Anreicherung von Nitrat im Abwasserstrom bzw. dem Konzentrat oder Retentat der Filtrationsverfahren. Die Nitratkonzentration in Umkehrosmose- Konzentraten aus der Betriebs- oder Trinkwasseraufbereitung überschreitet regelmäßig die gesetzlich festgelegten Grenzwerte für Gesamtstickstoff für eine Direkteinleitung in Fließgewässer oder eine öffentliche Kanalisation (für Deutschland: Verordnung des Bundesministers für Land- und Forstwirtschaft über die Begrenzung von Abwasseremissionen aus der Wasseraufbereitung (AEV Wasseraufbereitung), BGBl. II Nr. 128/2019, kurz: Direkteinleiterverordnung). Aus Gründen des Umweltschutzes, insbesondere um eine weitere Nitratbelastung von Grund- und Oberflächenwässern zu verhindern, ist daher vor der Entsorgung bzw. Direkteinleitung in der Regel eine aufwändige Behandlung des Umkehrosmosekonzentrats aus der Trink- oder Betriebswasseraufbereitung erforderlich. Die Nachbehandlung der Konzentrate wird insbesondere durch den hohen Gehalt an Härtebildnern in den Konzentraten erschwert, da diese zum Ausfallen oder Ausflocken tendieren. Besonders problematisch ist ein nachträgliches Ausfallen der Härtebildner in Rohrleitungen bei traditionellen Reinigungsstufen in Klärwerken. Auch einer Behandlung der Konzentrate in herkömmlichen festen Schüttschichten bzw. Festbettreaktoren steht der hohe Gehalt an Härtebildnern entgegen, da die Härtebildner in der Regel zu einer Verblockung des Festbetts führen. Da bislang keine geeigneten Nachbehandlungsverfahren für die Konzentrate existieren, muss das Aufbereitungsverfahren, d.h. die Umkehrosmose oder Nanofiltration, so angepasst werden, dass die Nitratkonzentration im Abwasser gering gehalten wird, was jedoch die Produktivität und Trink- bzw. Betriebswasserausbeute der Aufbereitung senkt. One technique for removing low-molecular substances, such as nitrate, from raw water is membrane filtration processes, in particular reverse osmosis or nanofiltration. However, the treatment of industrial or drinking water by means of membrane filtration, in particular reverse osmosis and, in some cases, nanofiltration, leads to a considerable accumulation of nitrate in the waste water stream or in the concentrate or retentate of the filtration process. The nitrate concentration in reverse osmosis concentrates from industrial or drinking water treatment regularly exceeds the statutory limit values for total nitrogen for direct discharge into running water or a public sewage system (for Germany: Ordinance of the Federal Minister for Agriculture and Forestry on the limitation of waste water emissions from water treatment ( AEV water treatment), Federal Law Gazette II No. 128/2019, in short: Direct Discharge Ordinance). For reasons of environmental protection, in particular to prevent further nitrate pollution of ground and surface water, complex treatment of the reverse osmosis concentrate from drinking or process water treatment is usually necessary before disposal or direct discharge. The post-treatment of the concentrates is particularly difficult due to the high content of hardeners in the concentrates, since these tend to precipitate or flocculate. Subsequent precipitation of hardeners in pipes during traditional cleaning stages in sewage treatment plants is particularly problematic. The high content of hardeners also prevents the concentrates from being treated in conventional solid bulk layers or fixed-bed reactors, since the hardeners usually lead to blocking of the fixed bed. Since there are no suitable after-treatment processes for the concentrates to date, the treatment process, i.e. reverse osmosis or nanofiltration, must be adapted in such a way that the nitrate concentration in the waste water is kept low, which, however, reduces the productivity and drinking or process water yield of the treatment.
Vor dem Hintergrund der erforderlichen aufwändigen Nachbehandlungsverfahren wird die Trink- bzw. Betriebswasserausbeute bei Membranfiltrationsverfahren, insbesondere Umkehrosmose- und Nanofiltrationsverfahren, durch die starke Nitratbelastung im Konzentrat bzw. Retentat limitiert. Eine Erhöhung der Ausbeute ist üblicherweise auch mit einer Erhöhung der im Konzentrat verbleibenden Nitratmenge verbunden. Im Ergebnis ist eine verbesserte Produktivität der Aufbereitungsverfah- ren, insbesondere Membranfiltrationsverfahren, für Trink- und Betriebswasser wünschenswert. Against the background of the necessary complex after-treatment processes, the yield of drinking or process water in membrane filtration processes, in particular reverse osmosis and nanofiltration processes, is limited by the high nitrate load in the concentrate or retentate. An increase in yield is usually also associated with an increase in the amount of nitrate remaining in the concentrate. The result is improved productivity of the processing ren, especially membrane filtration processes, desirable for drinking and service water.
Vor dem Hintergrund der zuvor geschilderten Nachteile besteht im Stand der Technik Bedarf, die Aufbereitung von Rohwässern, insbesondere für die Betriebs- oder Trinkwassererzeugung, im Hinblick auf Nachhaltigkeit, Umweltverträglichkeit und Produktivität zu verbessern. Against the background of the disadvantages described above, there is a need in the prior art to improve the treatment of raw water, in particular for the production of industrial or drinking water, with regard to sustainability, environmental compatibility and productivity.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren oder eine Vorrichtung bereitzustellen, welches oder welche die zuvor genannten Nachteile überwindet oder aber zumindest abschwächt. The present invention is therefore based on the object of providing a method or a device which overcomes or at least alleviates the aforementioned disadvantages.
Insbesondere soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereitgestellt werden, welches die Betriebs- oder Trinkwassererzeugung im Hinblick auf Nachhaltigkeit, Umweltverträglichkeit und Produktivität verbessert. In particular, within the scope of the present invention, a method is to be provided which improves the production of service or drinking water with regard to sustainability, environmental compatibility and productivity.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die zuvor geschilderte Aufgabe - gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung - durch ein Verfahren zur Behandlung von Umkehrosmose- und/oder Nanofiltrationskonzentrat ("Konzentrat") gelöst. Within the scope of the present invention, the above-described object is achieved—according to a first aspect of the present invention—by a method for treating reverse osmosis and/or nanofiltration concentrate (“concentrate”).
Weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist - gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Aspekt - ein Reaktor mit einem Filterbett zur Verwendung bei der Behandlung von Umkehrosmose- und/oder Nanofiltrationskonzentrat ("Konzentrat"). Another aspect of the present invention is - according to a second aspect of the invention - a reactor with a filter bed for use in the treatment of reverse osmosis and / or nanofiltration concentrate ("concentrate").
Es versteht sich von selbst, dass Merkmale, welche nur im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt konkret beschrieben sind, gleichermaßen für den zweiten erfindungsgemäßen Aspekt gelten und vice versa. It goes without saying that features which are specifically described only in connection with the first aspect apply equally to the second aspect of the invention and vice versa.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit - gemäß einem ersten Aspekt - ein Verfahren zur Behandlung von Umkehrosmose- und/oder Nanofiltrationskonzentrat ("Konzentrat"), wobei das Konzentrat aus der Aufbereitung von Rohwässern mittels Umkehrosmose und/oder Nanofiltration, insbesondere Umkehrosmose, für die Trink- und/oder Betriebswasseraufbereitung stammt, umfassend: The present invention is thus - according to a first aspect - a method for treating reverse osmosis and / or nanofiltration concentrate ("concentrate"), the concentrate from the treatment of raw water by means of reverse osmosis and / or nanofiltration, in particular reverse osmosis, for drinking - and/or process water treatment, comprising:
(a) Einleiten des zu behandelnden Konzentrats in ein Filter, wobei das Filter ein Filterbett mit einem körnigen und/oder partikulären Filtermaterial aufweist und wo- bei das Filtermaterial einen Biofilm mit Mikroorganismen für eine mikrobielle Denitrifikation aufweist, (a) Introducing the concentrate to be treated into a filter, the filter having a filter bed with a granular and/or particulate filter material and wo- where the filter material has a biofilm with microorganisms for microbial denitrification,
(b) Leiten des Konzentrats über das Filterbett, wobei das Konzentrat das körnige und/oder partikuläre Filtermaterial zur Durchführung einer mikrobiellen Denitrifikation durchströmt, und (b) passing the concentrate over the filter bed, the concentrate flowing through the granular and/or particulate filter material to carry out microbial denitrification, and
(c) Ausleiten des gereinigten bzw. denitrifizierten Konzentrats aus dem Filterbett, wobei das Konzentrat vor dem und/oder während des Verfahrens, vorzugsweise in Verfahrensschritt (a) bzw. im Zulauf, für die Durchführung der mikrobiellen Denitrifikation konditioniert wird. (c) Discharging the cleaned or denitrified concentrate from the filter bed, the concentrate being conditioned before and/or during the process, preferably in process step (a) or in the feed, for carrying out the microbial denitrification.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es gelungen, ein Nachbehandlungsverfahren für Umkehrosmose- bzw. Nanofiltrationskonzentrate, insbesondere Umkehrosmosekonzentrate, aus der Trink- bzw. Betriebswasseraufbereitung bereitzustellen, mit dem der Gesamtstickstoffgehalt so weit reduziert werden kann, dass die Grenzwerte gern. Direkteinleiterverordnung für eine Direkteinleitung eingehalten werden können. In the context of the present invention, it has been possible to provide a post-treatment process for reverse osmosis or nanofiltration concentrates, in particular reverse osmosis concentrates, from drinking or process water treatment, with which the total nitrogen content can be reduced to such an extent that the limit values like. Direct discharger ordinance can be complied with for direct discharge.
Dass das erfindungsgemäße Verfahren für die Behandlung von Umkehrosmose- bzw. Nanofiltrationskonzentraten, insbesondere unter Durchführung einer Denitrifikation im Filterbett, geeignet ist, ist insbesondere vor dem Hintergrund des mitunter hohen Gehalts an gelösten Salzen und Härtebildnern in den Konzentraten überraschend. Bislang stellt der hohe Gehalt an Salz und Härtebildnern in Umkehrosmose- bzw. Nanofiltrationskonzentraten einen limitierenden Faktor für eine Aufreinigung im Filterbett dar, da Salze und Härtebildner im Filterbett ausfallen und zu Verkalkungen führen können, was letzten Endes zu einem Verblocken des Filters und Erliegen des Nitratabbaus führen würde. Erfindungsgemäß wird daher erstmals ein Verfahren unter Einsatz eines partikulären bzw. körnigen Filtermaterials bereitgestellt, welches auch für die Behandlung von Wässern mit hohem Gehalt an Salz, insbesondere in Form von Nitraten, und Härtebildnern geeignet ist und der Entfernung von Nitrat dient. The fact that the process according to the invention is suitable for the treatment of reverse osmosis or nanofiltration concentrates, in particular by carrying out a denitrification in the filter bed, is surprising, particularly given the sometimes high content of dissolved salts and hardness components in the concentrates. So far, the high content of salt and hardness components in reverse osmosis or nanofiltration concentrates has been a limiting factor for purification in the filter bed, since salts and hardness components precipitate in the filter bed and can lead to calcification, which ultimately leads to the filter becoming blocked and nitrate degradation stopping would lead. According to the invention, a method using a particulate or granular filter material is therefore provided for the first time, which is also suitable for the treatment of water with a high content of salt, particularly in the form of nitrates, and hardeners and is used to remove nitrate.
Mit seiner hohen Nitratabbaurate kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine deutliche Erhöhung der Trinkwasserausbeute in Membranfiltrationsver- fahren, insbesondere Nanofiltrations- und Umkehrosmoseverfahren, zur Aufbereitung von Rohwasser auf Trinkwasser- oder Betriebswasserqualität erzielt werden. Wie eingangs ausgeführt, wird bislang die Ausbeute von Umkehrosmose oder Na- nofiltrationsverfahren durch die Nitrat- bzw. Gesamtstickstoffanreicherung in den dabei anfallenden Konzentraten bzw. Abwässern limitiert, d.h. die Aufbereitungsverfahren laufen derzeit in der Regel nicht unter Vollauslastung, um zu große Nitrat- oder Stickstoffkonzentrationen im anfallenden Abwasser bzw. Konzentrat zu vermeiden. Hohe Nitrat- bzw. Gesamtstickstoffkonzentrationen insbesondere oberhalb der gesetzlich festgelegten Grenzwerte stehen einer Direkteinleitung der Konzentrate in Fließgewässer oder sonstige Wasserkörper zu Zwecken der Entsorgung bzw. Rezyklierung in den Wasserkreislauf in der Regel entgegen. Das erfindungsgemäße, sich an die Umkehrosmose bzw. Nanofiltration, insbesondere Umkehrosmose, anschließende Verfahren ermöglicht, dass die Aufbereitung unter erhöhter Auslastung bis hin zur Vorauslastung gefahren werden kann, da eine effiziente Nitratentfernung aus den dabei anfallenden Konzentraten möglich ist. With its high nitrate degradation rate, the method according to the invention can be used to achieve a significant increase in the drinking water yield in membrane filtration methods, in particular nanofiltration and reverse osmosis methods, for treating raw water to drinking water or process water quality. As stated at the beginning, the yield of reverse osmosis or sodium nofiltration process is limited by the nitrate or total nitrogen enrichment in the resulting concentrates or waste water, ie the treatment processes are currently not running at full capacity in order to avoid excessive nitrate or nitrogen concentrations in the resulting waste water or concentrate. High nitrate or total nitrogen concentrations, especially above the legally specified limit values, generally prevent the concentrates from being discharged directly into running water or other bodies of water for the purpose of disposal or recycling into the water cycle. The method according to the invention, which follows the reverse osmosis or nanofiltration, in particular reverse osmosis, makes it possible for the treatment to be carried out under increased utilization up to pre-utilization, since efficient nitrate removal from the concentrates produced is possible.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird daher eine ökonomische und umwelt- sowie ressourcenschonende separate Reinigungsstufe für Abwässer aus der Trink- und/oder Betriebswasseraufbereitung bereitgestellt, welche auch die Entfernung großer Nitratmengen aus den Abwässern und damit deren Direkteinleitung in den Wasserkreislauf ermöglicht. The method according to the invention therefore provides an economical and environmentally friendly and resource-saving separate cleaning stage for waste water from drinking and/or process water treatment, which also enables the removal of large amounts of nitrate from the waste water and thus their direct introduction into the water cycle.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit weiteren Vorteilen und Besonderheiten verbunden, welche nachfolgend geschildert und als Indiz für das Vorliegen einer erfinderischen Tätigkeit zu werten sind: The method according to the invention is associated with further advantages and special features, which are described below and are to be regarded as an indication of the existence of an inventive step:
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann mitunter eine Nitratabbaurate bzw. Denitrifikationsrate von über 2,0 kgNO3-N/(m3d) erzielt werden. Auch die Gesamtstickstoffkonzentration in Stickstoff- bzw. nitratbelasteten Abwässern aus der Trinkoder Betriebswasseraufbereitung kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf Werte unterhalb der gesetzlichen Grenzwerte für eine Direkteinleitung gebracht werden. Wie die nachfolgend geschilderten Ausführungsbeispiele belegen, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mitunter ein Abbaugrad des Gesamtstickstoffs von über 90 % auch in stark nitratbelasteten Wässern bzw. Konzentraten erzielt. A nitrate degradation rate or denitrification rate of more than 2.0 kgNO3-N/(m 3 d) can sometimes be achieved with the method according to the invention. With the method according to the invention, the total nitrogen concentration in nitrogen- or nitrate-loaded waste water from the treatment of drinking water or process water can also be brought to values below the legal limit values for direct discharge. As the exemplary embodiments described below demonstrate, the method according to the invention sometimes achieves a degree of degradation of the total nitrogen of more than 90%, even in water or concentrates which are heavily contaminated with nitrate.
Weiterhin ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren im kontinuierlichen Betrieb zu führen, wodurch die Verfahrenseffizienz weiterführend gesteigert werden kann. Bei einem kontinuierlichen Betrieb ist insbesondere nur eine einmalige Anfahrphase bzw. einmalige Adaption der Mikroorganismen an die Prozessbedingungen für die Denitrifikation erforderlich. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren umweit- und ressourcenschonend, da es ohne den Zusatz von umweltbelastenden oder aufwendig zu entsorgenden Chemikalien auskommt. Auch kann das Verfahren ohne Temperaturregulation durchgeführt werden, d.h. es wird keine Energie zum Kühlen oder Erwärmen benötigt. Furthermore, it is possible to carry out the process according to the invention in continuous operation, as a result of which the process efficiency can be further increased. In the case of continuous operation, in particular only a one-time start-up phase or one-time adaptation of the microorganisms to the process conditions for denitrification is required. In addition, the method according to the invention is environmentally friendly and resource-friendly, since it does not require the addition of chemicals that are harmful to the environment or difficult to dispose of. The method can also be carried out without temperature regulation, ie no energy is required for cooling or heating.
Die zuvor geschilderten Vorteile und Besonderheiten der vorliegenden Erfindung sind als Indiz für das Vorliegen einer erfinderischen Tätigkeit zu werten. The advantages and special features of the present invention described above are to be regarded as an indication of the existence of an inventive step.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nachfolgend im Detail beschrieben. In diesem Zuge werden auch die zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendeten Begriffe weiterführend erläutert: Preferred embodiments of the method according to the invention are described in detail below. In this context, the terms used to describe the present invention are also explained in more detail:
Unter dem Begriff "Umkehrosmose- bzw. Nanofiltrationskonzentrate" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Konzentrate bzw. Abwässer verstanden, welche bei der Aufbereitung von Rohwässern mittels Membranfiltrationsverfahren, insbesondere Umkehrosmose oder Nanofiltration, anfallen. Synonym kann für die Konzentrate auch der Begriff "Retentate" verwendet werden. Insbesondere stammen die Konzentrate, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden, aus der Aufbereitung von Rohwasser zu Trink- oder Betriebswasser. Im Konzentrat bzw. Abwasser befinden sich die bei der Aufbereitung mittels Filtration zurückbehaltenen niedermolekularen Substanzen, wie z.B. Salze, welche auch Nitrate umfassen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stammt das zu behandelnde Konzentrat aus der Aufbereitung von Rohwässern mittels Umkehrosmose für die Trinkwasseraufbereitung. In the context of the present invention, the term “reverse osmosis or nanofiltration concentrates” is understood to mean concentrates or waste water which occurs during the treatment of raw water by means of membrane filtration processes, in particular reverse osmosis or nanofiltration. The term “retentate” can also be used synonymously for the concentrates. In particular, the concentrates that are treated with the method according to the invention come from the treatment of raw water into drinking or process water. The concentrate or waste water contains the low-molecular substances retained during treatment by filtration, such as salts, which also include nitrates. According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the concentrate to be treated comes from the treatment of raw water by means of reverse osmosis for drinking water treatment.
Unter dem Begriff "Rohwasser" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedwedes unbehandelte Wasser, welches Oberflächenquellen, wie beispielweise Teichen, Talsperren, Seen oder Flüssen, oder aber unter der Oberfläche liegenden Wasserquellen, wie Brunnen oder Grundwasser, entstammt, verstanden. Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Meerwasser als Rohwasser im Sinne der Erfindung verstanden. In the context of the present invention, the term "raw water" means any untreated water which comes from surface sources such as ponds, dams, lakes or rivers, or from subsurface water sources such as wells or groundwater. In addition, within the scope of the present invention, seawater is also understood to be raw water within the meaning of the invention.
Unter dem Begriff "Denitrifikation" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die mikrobielle Umwandlung des in Form von Nitrat gebundenen Stickstoffs zu molekularem Stickstoff bzw. Stickstoffgas und Stickoxiden durch Denitrifizierer bzw. Denit- rifikanten verstanden. Die Denitrifikation umfasst - ohne sich hierbei auf diese Theorie beschränken zu wollen - als ersten Teilabschnitt die Reduktion von Nitrat zu Nitrit, welche durch das Enzym Nitratreduktase katalysiert wird. Weiterhin umfasst die Denitrifikation die Reduktion von Nitrit zu Stickstoffmonooxid, welche durch das Enzym Nitritreduktase katalysiert wird. Darüber hinaus umfasst die Denitrifikation als weiteren Teilschritt die Reduktion von Stickstoffmonooxid zu Distickstoffmonooxid, wobei die Reaktion durch das Enzym Stickstoffmonooxid- Reduktase umgesetzt wird. Durch das Enzym Distickstoffmonooxid-Reduktase wird als letzter Teilschritt die Reduktion von Distickstoffmonooxid zu molekularem Stickstoff bzw. Stickstoffgas katalysiert. In the context of the present invention, the term "denitrification" refers to the microbial conversion of the nitrogen bound in the form of nitrate to molecular nitrogen or nitrogen gas and nitrogen oxides by denitrifiers or denitr rificante understood. Denitrification includes - without wanting to be limited to this theory - as the first part, the reduction of nitrate to nitrite, which is catalyzed by the enzyme nitrate reductase. Denitrification also includes the reduction of nitrite to nitrogen monoxide, which is catalyzed by the enzyme nitrite reductase. In addition, denitrification includes the reduction of nitrogen monoxide to dinitrogen monoxide as a further sub-step, with the reaction being implemented by the enzyme nitric oxide reductase. As the final step, the reduction of dinitrogen monoxide to molecular nitrogen or nitrogen gas is catalyzed by the enzyme nitrous oxide reductase.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Biofilm mit Mikroorganismen, welche eine mikrobielle Denitrifikation zu katalysieren im Stande sind, auf dem Filtermaterial, insbesondere dessen Partikeln bzw. Körnern, angesiedelt ist bzw. aufwächst. Die Mikroorganismen, welche die Denitrifikation ausführen bzw. bewirken, können auch als Denitrifizierer bzw. Denitrifikanten bezeichnet werden. Unter anderem kann es sich bei denitrifizierenden Bakterien bzw. Denitrifizierern um fakultativ anaerobe Bakterien verschiedener Gattungen handeln, welche vorzugsweise unter im Wesentlichen anaeroben Bedingungen Energie durch Denitrifikation gewinnen. Bakterien, welche zur Denitrifikation fähig sind, gehören beispielsweise den Gattungen Agrobacterium, Alcaligenes, Azospirillum, Acidovorax, Arcobacter Bacillus, Flavobacterium, Hydrogenophaga, Hyphomicrobium, Paracoccus, Pseudomonas, Rhodopseudonomas, Thiobacillus, Thiomicrospira, Simplicispira, Streptomyces oder Actonomyces, insbesondere Acidovorax, Arcobacter, Flavobacterium, Hydrogenophaga und/oder Simplicispira, an, wobei die vorliegende Auflistung nicht abschließend zu verstehen ist. Wie nachfolgend noch ausgeführt, hängt die Biozönose des Biofilms auf dem Filtermaterial insbesondere von den mit dem Verfahren behandelten Konzentraten, d.h. den darin befindlichen Mikroorganismen, ab. Vorzugsweise stellt sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens im Biofilm eine Mischpopulation verschiedenster Mikroorganismen ein, welche letzten Endes die Stickstoff-, insbesondere Nitratelimination, in den zu behandelnden Konzentraten bewirken. According to the invention, it is provided that the biofilm with microorganisms, which are able to catalyze a microbial denitrification, is settled or grows on the filter material, in particular its particles or grains. The microorganisms that carry out or bring about the denitrification can also be referred to as denitrifiers or denitrifiers. Among other things, denitrifying bacteria or denitrifiers can be facultatively anaerobic bacteria of different genera, which preferably gain energy through denitrification under essentially anaerobic conditions. Bacteria which are capable of denitrification belong, for example, to the genera Agrobacterium, Alcaligenes, Azospirillum, Acidovorax, Arcobacter Bacillus, Flavobacterium, Hydrogenophaga, Hyphomicrobium, Paracoccus, Pseudomonas, Rhodopseudonomas, Thiobacillus, Thiomicrospira, Simplicispira, Streptomyces or Actonomyces, in particular Acidovorax, Arcobacter, Flavobacterium, Hydrogenophaga and/or Simplicispira, although the present list is not to be understood as conclusive. As explained below, the biocenosis of the biofilm on the filter material depends in particular on the concentrates treated with the process, i.e. the microorganisms contained therein. Within the scope of the method according to the invention, a mixed population of a wide variety of microorganisms preferably occurs in the biofilm, which ultimately bring about the elimination of nitrogen, in particular nitrate, in the concentrates to be treated.
Die für die Durchführung der Denitrifikation oder Nitrateliminierung erforderliche Biozönose in dem Biofilm stellt sich insbesondere durch die nachfolgend noch beschriebene Konditionierung des jeweils eingesetzten Umkehrosmose- bzw. Nanofiltrationskonzentrats ein. Die Ansiedelung und Einstellung der Biozönose erfolgt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise in einer Anfahrphase des Filterbetts über den diesbezüglich erforderlichen Zeitraum. Vor dem Beschicken des Filterbetts mit den Konzentraten bzw. vor dem Anfahren mit Konzentraten kann das Filterbett mit einer Starterkultur, z.B. auf Basis von Paracoccus denitrifi- cans, angeimpft werden. Üblicherweise stellt sich die Biozönose in dem Biofilm in Abhängigkeit von den in den jeweils eingesetzten Umkehrosmose- oder Nanofiltrationskonzentraten bereits enthaltenen Mikroorganismen ein bzw. variiert je nach eingesetztem Umkehrosmose- oder Nanofiltrationskonzentrat. Diesbezüglich wird bereits an dieser Stelle auf die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele verwiesen, welche exemplarisch ein Anfahren bzw. die Inbetriebnahme eines geeigneten Filters beschreiben. The biocenosis in the biofilm required for carrying out the denitrification or nitrate elimination occurs in particular as a result of the conditioning of the reverse osmosis or nanofiltration concentrate used, as described below. The settlement and setting of the biocenosis takes place in As part of the method according to the invention, preferably in a start-up phase of the filter bed over the period of time required in this regard. Before loading the filter bed with the concentrates or before starting up with concentrates, the filter bed can be inoculated with a starter culture, eg based on Paracoccus denitrificans. The biocenosis in the biofilm usually occurs depending on the microorganisms already contained in the reverse osmosis or nanofiltration concentrate used, or varies depending on the reverse osmosis or nanofiltration concentrate used. In this regard, reference is already made at this point to the exemplary embodiments according to the invention, which describe a start-up or the commissioning of a suitable filter by way of example.
Mit der erfindungsgemäßen Konditionierung des Konzentrats werden Milieubedingungen geschaffen, welche die Ansiedelung und Aufrechterhaltung der für die Denitrifikation erforderlichen Mikroorganismen bzw. Biozönose auf dem Trägermaterial und deren Aufrechterhaltung ermöglichen: With the conditioning of the concentrate according to the invention, environmental conditions are created which enable the colonization and maintenance of the microorganisms or biocenosis required for denitrification on the carrier material and their maintenance:
Umkehrosmose- und/oder Nanofiltrationskonzentrat, insbesondere aus der Trink- und/oder Betriebswasseraufbereitung, als solches ist in der Regel zumindest im Wesentlichen frei von oder zumindest arm an Kohlenstoffverbindungen bzw. weist keinen nennenswerten chemischen Sauerstoffbedarf auf. Vor diesem Hintergrund ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, das Umkehrosmose- bzw. Nanofiltrationskonzentrat vor bzw. während des Verfahrens auf einen definierten chemischen Sauerstoffbedarf einzustellen. Reverse osmosis and/or nanofiltration concentrate, in particular from drinking and/or process water treatment, as such is usually at least essentially free of or at least low in carbon compounds or has no appreciable chemical oxygen demand. Against this background, it is preferred within the scope of the present invention to adjust the reverse osmosis or nanofiltration concentrate to a defined chemical oxygen demand before or during the process.
Bei dem chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) handelt es sich um ein Maß für die Summe aller organischen Verbindungen im Wasser. Der CSB kennzeichnet dabei die Menge an Sauerstoff, welche zur Oxidation der gesamten, im Wasser enthaltenen organischen Stoffe verbraucht wird. Der CSB kann insbesondere mit einer photometrischen Messmethode gemäß DIN 15705 oder mittels maßanalytischer Messmethode gemäß DIN 38409-H41 bestimmt werden. Die den CSB bildenden Stoffe und Substanzen können den Mikroorganismen im Biofilm als Energie-, insbesondere Kohlenstoffquelle dienen. The chemical oxygen demand (COD) is a measure of the sum of all organic compounds in the water. The COD characterizes the amount of oxygen that is used to oxidize all the organic substances contained in the water. The COD can be determined in particular using a photometric measuring method in accordance with DIN 15705 or using a dimensional analytical measuring method in accordance with DIN 38409-H41. The materials and substances forming the COD can serve as a source of energy, especially carbon, for the microorganisms in the biofilm.
Gemäß einer diesbezüglich besonders bevorzugten Ausführungsform kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Konzentrat vor und/oder während des Verfahrens, vorzugsweise in Verfahrensschritt (a) bzw. im Zulauf, auf einen CSB (chemischen Sauerstoffbedarf) im Bereich von 5 bis 200 mg/l, insbesondere 20 bis 160 mg/l, vorzugsweise 30 bis 150 mg/l, bevorzugt 40 bis 130 mg/l, eingestellt wird. According to a particularly preferred embodiment in this regard, it can be provided according to the invention that the concentrate before and/or during the process, preferably in process step (a) or in the feed, to a COD (chemical oxygen demand) in the range from 5 to 200 mg/l, in particular 20 to 160 mg/l, preferably 30 to 150 mg/l, preferably 40 to 130 mg/l.
In diesem Zusammenhang kann es zudem vorgesehen sein, den CSB an den Stickstoff- bzw. Nitratgehalt im Konzentrat anzupassen, insbesondere wobei der CSB derart eingestellt wird, dass der Nitratabbau nicht durch einen Mangel an organischen Energiequellen limitiert wird, aber das denitrifizierte Konzentrat beim Ausleiten bzw. im Ablauf nur noch einen CSB unterhalb der in der Direkteinleiterverordnung festgelegten Grenzwerte für den CSB aufweist. Derzeit legt die Direkteinleiterverordnung einen Grenzwert von maximal 90 mg/l für den CSB fest. In this context, it can also be provided to adapt the COD to the nitrogen or nitrate content in the concentrate, in particular with the COD being adjusted in such a way that the nitrate degradation is not limited by a lack of organic energy sources, but the denitrified concentrate is released when it is discharged or .in the effluent only shows a COD below the limit values for the COD specified in the Direct Discharge Ordinance. The Direct Discharge Ordinance currently sets a maximum limit of 90 mg/l for the COD.
Bevorzugt erfolgt die Einstellung des CSB durch Zugabe einer Kohlenstoffquelle für die im Biofilm enthaltenen Mikroorganismen, insbesondere durch die Zugabe von leicht biologisch abbaubaren organischen Säuren, insbesondere Essigsäure. Bei Essigsäure handelt es sich um eine leicht abbaubare, kostengünstige und daher insgesamt verfahrensökonomische Kohlenstoffquelle. Nichtsdestotrotz kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit allen anderen, dem Fachmann grundsätzlich bekannten Kohlenstoffquellen für Mikroorganismen mit vorzugsweise hete- rotrophem Stoffwechsel durchgeführt werden, wie zum Beispiel Zitronensäure, Succinat oder diversen Sacchariden. Die Auswahl einer geeigneten Kohlenstoffquelle ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt und bedarf keiner weiteren Ausführungen. The COD is preferably adjusted by adding a carbon source for the microorganisms contained in the biofilm, in particular by adding easily biodegradable organic acids, in particular acetic acid. Acetic acid is an easily degradable, inexpensive and therefore overall process-economical source of carbon. Nevertheless, the method according to the invention can also be carried out with all other carbon sources for microorganisms with a preferably heterotrophic metabolism that are known in principle to the person skilled in the art, such as citric acid, succinate or various saccharides. The selection of a suitable carbon source is known in principle to a person skilled in the art and does not require any further explanation.
Darüber hinaus hat es sich im Hinblick auf den bakteriellen Stoffwechsel als vorteilhaft erwiesen, wenn dem Konzentrat vor und/oder während des Verfahrens, vorzugsweise in Verfahrensschritt (a) bzw. im Zulauf, eine Phosphorquelle für die im Biofilm enthaltenen Mikroorganismen zudosiert wird, insbesondere wobei als Phosphorquelle Phosphorsäure eingesetzt wird. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als Phosphorquelle 0,3 %-ige Phosphorsäure eingesetzt. In addition, it has proven to be advantageous with regard to the bacterial metabolism if the concentrate before and / or during the process, preferably in process step (a) or in the feed, a phosphorus source for the microorganisms contained in the biofilm is metered, in particular phosphoric acid is used as the source of phosphorus. According to a particularly preferred embodiment, 0.3% phosphoric acid is used as the phosphorus source.
Auch die Phosphorquelle wird vorzugsweise derart zudosiert, dass der Nitratabbau nicht durch einen Phosphormangel limitiert wird, aber die Phosphatkonzentration im denitrifizierten Konzentrat die für Phosphor festgelegten gesetzlichen Grenzwerte - derzeit in Deutschland 2 mg/l - für eine Direkteinleitung nicht überschreitet. Darüber hinaus hat es sich insbesondere im Hinblick auf hohe Nitratkonzentrationen im Zulauf, vorzugsweise Nitratkonzentrationen von mehr als 2.000 g/m3, als vorteilhaft erwiesen, wenn dem Konzentrat vor und/oder während des Verfahrens, vorzugsweise in Verfahrensschritt (a) bzw. im Zulauf, eine Eisenquelle, bevorzugt eine Eisen-(ll)-Quelle, zudosiert wird. Bevorzugt wird als Eisen-(ll)-Quelle Eisen(ll)- sulfat, insbesondere in Form von FeSO4 • 7 H2O, eingesetzt. Erfindungsgemäß kann es insbesondere vorgesehen sein, dass eine Konzentration von Eisen im Zulauf im Bereich von 0,0001 mg/l bis 10 mg/l, insbesondere 0,001 bis 5 mg/l, bevorzugt 0,01 bis 2 mg/l, besonders bevorzugt 0,1 bis 1 mg/l, bezogen auf den Zulauf, eingesetzt wird. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine Konzentration von 0,2 mg/l Eisen, insbesondere Eisen(ll)-sulfat, bezogen auf den Zulauf, im Zulauf eingesetzt. The source of phosphorus is also preferably metered in such a way that nitrate degradation is not limited by a phosphorus deficiency, but the phosphate concentration in the denitrified concentrate does not exceed the statutory limit values for phosphorus - currently 2 mg/l in Germany - for direct discharge. In addition, it has proven advantageous, especially with regard to high nitrate concentrations in the feed, preferably nitrate concentrations of more than 2,000 g/m 3 , if the concentrate is added before and/or during the process, preferably in process step (a) or in the feed , an iron source, preferably an iron(II) source, is metered in. Iron(II) sulfate, in particular in the form of FeSO4·7H2O, is preferably used as the iron(II) source. According to the invention, it can be provided in particular that a concentration of iron in the feed is in the range from 0.0001 mg/l to 10 mg/l, in particular 0.001 to 5 mg/l, preferably 0.01 to 2 mg/l, particularly preferably 0 1 to 1 mg/l, based on the feed, is used. According to a particularly preferred embodiment, a concentration of 0.2 mg/l iron, in particular iron(II) sulfate, based on the feed, is used in the feed.
Weiterhin hat es sich im Hinblick auf die Förderung der Denitrifikation durch die Mikroorganismen als vorteilhaft erwiesen, wenn dem Konzentrat bei Bedarf vor und/oder während des Verfahrens, vorzugsweise in Verfahrensschritt (a) bzw. im Zulauf, Spurenelemente für die im Biofilm enthaltenen Mikroorganismen zudosiert werden. Vorzugsweise werden die Spurenelemente im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens aus der Gruppe von Zink, Mangan, Bor, Kobalt, Kupfer, Nickel und/oder Molybdän und/oder deren Salzen, ausgewählt. Furthermore, with regard to the promotion of denitrification by the microorganisms, it has proven advantageous if trace elements for the microorganisms contained in the biofilm are metered into the concentrate before and/or during the process, preferably in process step (a) or in the feed become. In the context of the method according to the invention, the trace elements are preferably selected from the group consisting of zinc, manganese, boron, cobalt, copper, nickel and/or molybdenum and/or their salts.
Im Zusammenhang mit dem Zusatz von Spurenelementen ist es besonders bevorzugt, wenn die Spurenelemente dem Konzentrat in Form von Zinksulfat (ZnSO4), Manganchlorid (MgCh), Borsäure (H3B03), Kobaltchlorid (C0CI2), Kupferchlorid (CuCh), Nickelchlorid (NiCh) und/oder Natriummolybdat (Na2MoO4), vorzugsweise in gelöster Form, zugeführt bzw. zudosiert werden. In connection with the addition of trace elements, it is particularly preferred if the trace elements are added to the concentrate in the form of zinc sulfate (ZnSO4), manganese chloride (MgCh), boric acid (H3B03), cobalt chloride (C0Cl2), copper chloride (CuCh), nickel chloride (NiCh) and /or sodium molybdate (Na2MoO4), preferably in dissolved form, are supplied or metered in.
Auf Basis der zuvor beschriebenen Konditionierungen des zu behandelnden Konzentrats können die Milieubedingungen für die mikrobielle Denitrifikation bzw. die im Biofilm enthaltenen Mikroorganismen zielgerichtet eingestellt werden, was letzten Endes zu einer verbesserten bzw. hohen Nitratabbaurate führt, da für die Mikroorganismen im Hinblick auf den Denitrifikationsstoffwechsel optimale Bedingungen geschaffen werden. Based on the previously described conditioning of the concentrate to be treated, the environmental conditions for the microbial denitrification or the microorganisms contained in the biofilm can be set in a targeted manner, which ultimately leads to an improved or high nitrate degradation rate, as the microorganisms have optimal denitrification metabolism conditions are created.
Um die Nitratabbauleistung der Mikroorganismen im Biofilm konstant hoch bzw. aufrecht zu erhalten, ist es erfindungsgemäß zudem bevorzugt, wenn die Ausbildung des Biofilms auf dem körnigen und/oder partikulären Filtermaterial reguliert und/oder gesteuert wird. Durch die Regulierung bzw. Steuerung wird zum einen sichergestellt, dass übermäßiges Wachstum der Mikroorganismen bzw. eine übermäßige Ausbildung des Biofilms, welche zu einer Verblockung des Filterbetts führen würde, verhindert wird. Gleichermaßen wird sichergestellt, dass Biofilm auf dem partikelförmigen bzw. körnigen Filtermaterial dennoch hinreichend ausgebildet ist, um eine leistungsfähige Denitrifikation zu erlauben. In order to keep the nitrate degradation performance of the microorganisms in the biofilm constantly high or maintained, it is also preferred according to the invention if the formation of the biofilm on the granular and/or particulate filter material is regulated and/or controlled. The regulation or control ensures, on the one hand, that excessive growth of the microorganisms or excessive formation of the biofilm, which would lead to blockage of the filter bed, is prevented. At the same time, it is ensured that the biofilm on the particulate or granular filter material is nevertheless sufficiently developed to allow efficient denitrification.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Regulierung bzw. Steuerung der Ausbildung des Biofilms auf dem Filtermaterial durch ein Reduzieren des Biofilms auf dem körnigen und/oder partikulären Filtermaterial. Das Reduzieren des Biofilms kann kontinuierlich oder intermittierend erfolgen. According to a particularly preferred embodiment, the formation of the biofilm on the filter material is regulated or controlled by reducing the biofilm on the granular and/or particulate filter material. Biofilm reduction can be continuous or intermittent.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen im Hinblick auf die Regulierung des Biofilms und die Einstellung des Filtermaterials bzw. Filterbetts werden nachfolgend beschrieben: Particularly preferred embodiments with regard to the regulation of the biofilm and the adjustment of the filter material or filter bed are described below:
Erfindungsgemäß hat es sich im Hinblick auf die Einstellung bzw. Regulierung des Biofilms als vorteilhaft erwiesen, wenn die Ausbildung des Biofilms durch den Eintrag mindestens eines Fluids in das Filterbett reguliert und/oder gesteuert wird. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn das Filterbett und/oder das Filtermaterial vollständig oder teilweise fluidisiert wird. According to the invention, with regard to the adjustment or regulation of the biofilm, it has proven to be advantageous if the formation of the biofilm is regulated and/or controlled by introducing at least one fluid into the filter bed. In other words, it is preferred according to the invention if the filter bed and/or the filter material is completely or partially fluidized.
Ohne sich hierbei auf diese Theorie beschränken zu wollen, werden durch den Fluideintrag im Filterbett turbulente Strömungen erzeugt, welche zum einen zu einer Grenzschicht um die Partikel führen und zum anderen zu einem Abscheren eines Teils der Biomasse auf den Partikeln. Without wanting to be limited to this theory, turbulent flows are generated by the fluid entry in the filter bed, which on the one hand leads to a boundary layer around the particles and on the other hand to a shearing off of part of the biomass on the particles.
Die Schwierigkeit der Fluidisierung besteht erfindungsgemäß insbesondere darin, dass einerseits das Filterbett mit seinen spezialisierten Mikroorganismen so langsam und gleichmäßig durchströmt werden sollte, dass eine möglichst lange Kontaktzeit mit dem umgebenden Medium gewährleistet ist. Gleichzeitig muss jedoch auch sichergestellt werden, dass die wachsende Biomasse nicht das Filterbett verblockt und so den Stoffaustausch mit dem umgebenden Medium verhindert. Sind der Fluideintrag bzw. die mittels Fluideintrag erzeugten Strömungen zu stark, wird der Biofilm auf dem Träger zu stark abgeschert und die Biomasse zu stark reduziert und gleichzeitig die Zeit für einen Stoffaustausch mit dem umgebenden Fluid reduziert. Ist der Fluideintrag zu schwach oder zu gering, kann durch die stetig wachsende Biomasse das Filterbet verblocken, so dass ein Medienaustausch unvorteilhaft verhindert wird. Darüber hinaus besteht bei partikulären bzw. körnigen Filtermaterialien das Risiko eines Ausfalls von Härtebildnern und Salzen, da die Umkehrosmose- bzw. Nanofiltrationskonzentrate einen hohen Salz- und Nitratgehalt aufweisen. According to the invention, the difficulty of fluidization consists in particular in the fact that on the one hand the flow through the filter bed with its specialized microorganisms should be so slow and uniform that the longest possible contact time with the surrounding medium is ensured. At the same time, however, it must also be ensured that the growing biomass does not block the filter bed and thus prevent the exchange of substances with the surrounding medium. If the fluid input or the currents generated by fluid input are too strong, the biofilm on the carrier is sheared off too much and the biomass is reduced too much and at the same time the time for a mass exchange with the surrounding fluid is reduced. If the fluid entry is too weak or too low, the constant growing biomass block the filter bed, so that a media exchange is disadvantageously prevented. In addition, with particulate or granular filter materials there is a risk of precipitation of hardeners and salts, since the reverse osmosis or nanofiltration concentrates have a high salt and nitrate content.
Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß wünschenswert, den Biofilm bzw. die Menge an Mikroorganismen auf dem Filtermaterial derart einzustellen, insbesondere derart zu regulieren, dass zwar ein Verblocken des Filters verhindert wird, gleichzeitig jedoch ausreichend Biomasse auf dem Filtermaterial für die Denitrifikation erhalten bleibt. Gleichzeitig sollte zudem einem Ausfall von Härtebildnern und Salzen vorgebeugt werden. In other words, it is desirable according to the invention to adjust the biofilm or the amount of microorganisms on the filter material, in particular to regulate it in such a way that blocking of the filter is prevented, but at the same time sufficient biomass is retained on the filter material for denitrification. At the same time, a failure of hardening agents and salts should be prevented.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Fluid aus Luft, technischen Gasen und/oder Wasser, besonders bevorzugt Luft und/oder technischen Gasen, ausgewählt. According to a particularly preferred embodiment, the fluid is selected from air, technical gases and/or water, particularly preferably air and/or technical gases.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich weiterhin gezeigt, dass die oben beschriebene Problematik im Hinblick auf ein unter Umständen zu starkes bzw. zu geringes Ablösen der Biomasse von den Partikeln oder Körnern des Filtermaterials überwunden werden kann, wenn der Fluideintrag in Abhängigkeit von dem Filterwiderstand gesteuert wird. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Fluideintrag dabei mittels Zeit-Pause-Steuerung in Abhängigkeit vom Filterwiderstand gesteuert. In the context of the present invention, it has also been shown that the problems described above with regard to under certain circumstances too much or too little detachment of the biomass from the particles or granules of the filter material can be overcome if the fluid entry is controlled as a function of the filter resistance becomes. According to a particularly preferred embodiment, the introduction of fluid is controlled by means of time-pause control as a function of the filter resistance.
Der Filterwiderstand hat sich als geeignetes, indirektes Maß für die Ausbildung des Biofilms auf dem Filtermaterial erwiesen. Unter dem Filterwiderstand wird im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren der beim Durchströmen des Filterbetts mit dem zu behandelnden Konzentrat auftretende Druckverlust, gemessen oder angegeben in cm Wassersäule [cmWs], verstanden. Ein Meter Wassersäule (= WO cmWs) entspricht unter Normfallbeschleunigung 9,80665 kPa. Mit zunehmender Biofilmbildung und damit dichterem Filtermaterial steigt auch der Filterwiderstand bzw. Druckverlust, wohingegen ein Reduzieren des Biofilms zu einem Absinken des Filterwiderstands bzw. einem geringeren Druckverlust führt. Die Messung oder Überwachung des Filterwiderstands erfolgt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Fachmann grundsätzlich bekannten Mitteln bzw. Messeinrichtungen oder Drucksensoren. Erfindungsgemäß, insbesondere bei Regulierung des Fluideintrags mittels Zeit- Pause-Steuerung, kann es insbesondere vorgesehen sein, dass der Fluideintrag bei steigendem Filterwiderstand, insbesondere bei Überschreiten eines Grenzwerts, erhöht wird und/oder einsetzt. Gleichermaßen kann es in diesem Zuge vorgesehen sein, dass der Fluideintrag bei sinkendem Filterwiderstand, insbesondere bei Unterschreiten eines Grenzwerts, verringert und/oder gestoppt wird. The filter resistance has proven to be a suitable, indirect measure for the formation of the biofilm on the filter material. With regard to the process according to the invention, the filter resistance is understood to mean the pressure drop occurring when the concentrate to be treated flows through the filter bed, measured or stated in cm water column [cm Ws]. One meter of water column (= WO cmWs) corresponds to 9.80665 kPa under normal case acceleration. With increasing biofilm formation and thus denser filter material, the filter resistance or pressure loss also increases, whereas a reduction in the biofilm leads to a reduction in filter resistance or a lower pressure loss. The measurement or monitoring of the filter resistance takes place within the scope of the method according to the invention using means or measuring devices or pressure sensors which are fundamentally known to the person skilled in the art. According to the invention, in particular when regulating the fluid entry by means of time-pause control, provision can be made in particular for the fluid entry to be increased and/or started when the filter resistance increases, in particular when a limit value is exceeded. Equally, it can be provided in this context that the fluid entry is reduced and/or stopped when the filter resistance falls, in particular when the filter falls below a limit value.
Geeignete Werte für den Filterwiderstand bzw. eine Zeit-Pause-Steuerung können in weiten Bereichen variieren und sind insbesondere vom partikulären bzw. körnigen Filtermaterial, darüber hinaus jedoch auch von der Dimensionierung des Filterbetts abhängig und dementsprechend durch den Fachmann auszuwählen bzw. zu bestimmen. Zur Bestimmung eines geeigneten Filterwiderstands wird vorzugsweise die Nitratabbaurate herangezogen. Sowohl ein zu geringer als auch ein zu hoher Filterwiderstand würden die Nitratabbaurate negativ beeinträchtigen. Suitable values for the filter resistance or a time-pause control can vary widely and depend in particular on the particulate or granular filter material, but also on the dimensioning of the filter bed and must be selected or determined accordingly by the person skilled in the art. The nitrate degradation rate is preferably used to determine a suitable filter resistance. Both a filter resistance that is too low and one that is too high would negatively affect the nitrate degradation rate.
Bei Einsatz eines körnigen bzw. partikulären Filtermaterials auf Basis von Sand mit einer Körnung im Bereich von 1 mm bis 2 mm in einer halbtechnischen Anlage hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft erwiesen, wenn mithilfe des Fluideintrags ein Filterwiderstand im Bereich von 20 cmWs und 60 cmWs eingestellt wird. Weisen die Partikel bzw. Körner des Filtermaterials eine größere bzw. gröbere Körnung auf, sind höhere Werte denkbar. Weist das Filtermaterial eine feinere Körnung auf, dürften geringere Werte vorteilhaft sein. When using a granular or particulate filter material based on sand with a grain size in the range from 1 mm to 2 mm in a semi-technical system, it has proven to be advantageous in the context of the present invention if the fluid entry is used to achieve a filter resistance in the range of 20 cmWs and 60 cmH2O. If the particles or granules of the filter material have a larger or coarser grain size, higher values are conceivable. If the filter material has a finer grain, lower values should be advantageous.
Im Ergebnis ist es erfindungsgemäß bevorzugt, die Menge bzw. den Volumenstrom und/oder die Intensität bzw. den Druck des eingetragenen Fluids derart einzustellen, dass es zu einer gewissen Durchströmung des Filtermaterials kommt, um zum einen die Grenzschicht um die Partikel des Filtermaterials zu erneuern bzw. den Stoffaustausch zwischen Filtermaterial bzw. Biofilm sowie dem zu behandelnden Konzentrat aufrechtzuerhalten, und zum anderen eine zu starke Biofilmbildung auf dem Filtermaterial zu verhindern. Dabei muss insbesondere beachtet werden, dass der Fluideintrag nicht überdosiert wird, da dies zu einer übermäßigen oder fast vollständigen Ablösung des Biofilms von den Partikeln bzw. Körnern des Filtermaterials führen würde. Als geeigneter Referenzwert zur Einstellung bzw. Steuerung des Fluideintrags hat sich erfindungsgemäß der Filterwiderstand erwiesen. Der Eintrag des Fluids in das Filterbett bzw. Filtermaterials erfolgt vorzugsweise über dem Fachmann grundsätzlich bekannte bzw. übliche Fluideinlässe, insbesondere Luft- bzw. Gaseinlässe. In diesem Zusammenhang kann es vorgesehen sein, dass das mindestens eine Fluid über mindestens einen, vorzugsweise mehrere Fluideinlässe in das Filterbett und/oder Filtermaterial eingetragen wird. Die Anordnung bzw. Positionierung des Fluideintrags in das Filterbett richtet sich in erster Linie nach den Bereichen des Filterbetts, welche fluidisiert werden sollen, insbesondere danach, ob eine vollständige oder nur teilweise Fluidisierung vorgesehen ist. Darüber hinaus sind die Fluideinlässe bzw. deren Anzahl und Anordnung an die Form und Dimensionierung des Filterbetts anzupassen. As a result, it is preferred according to the invention to set the quantity or the volume flow and/or the intensity or the pressure of the fluid introduced in such a way that there is a certain flow through the filter material in order to renew the boundary layer around the particles of the filter material or to maintain the exchange of substances between the filter material or biofilm and the concentrate to be treated, and on the other hand to prevent excessive biofilm formation on the filter material. It is particularly important to ensure that the fluid input is not overdosed, as this would lead to excessive or almost complete detachment of the biofilm from the particles or granules of the filter material. According to the invention, the filter resistance has proven to be a suitable reference value for setting or controlling the fluid input. The entry of the fluid into the filter bed or filter material preferably takes place via fluid inlets, in particular air or gas inlets, which are basically known or customary to those skilled in the art. In this context, it can be provided that the at least one fluid is introduced into the filter bed and/or filter material via at least one, preferably several, fluid inlets. The arrangement or positioning of the fluid input into the filter bed depends primarily on the areas of the filter bed that are to be fluidized, in particular on whether complete or only partial fluidization is provided. In addition, the fluid inlets or their number and arrangement must be adapted to the shape and dimensions of the filter bed.
Um abgetragene und/oder abgestorbene Biomasse sowie sonstige partikuläre Rückstände des erfindungsgemäßen Verfahrens aus dem Konzentrat zu entfernen, kann es erfindungsgemäß zudem vorgesehen sein, dass das behandelte bzw. denitrifizierte Konzentrat beim Ausleiten aus dem Filterbett, vorzugsweise im Ablauf, einer weiteren Filtration, insbesondere über einen Partikel- und/oder Sterilfilter, unterzogen wird. In order to remove removed and/or dead biomass and other particulate residues of the method according to the invention from the concentrate, it can also be provided according to the invention that the treated or denitrified concentrate, when it is discharged from the filter bed, preferably in the outlet, undergoes further filtration, in particular via a particle and/or sterile filter.
Weitere spezielle Ausführungsformen in Bezug auf den Fluideintrag sind nachfolgend beschrieben: Further special embodiments with regard to the fluid entry are described below:
Entsprechend einer ersten möglichen Ausführungsform kann es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass der Fluideintrag über mindestens einen Fluideinlass im Bereich der Längsachse des Filterbetts erfolgt. Eine Fluidisierung bzw. ein Fluideintrag über mindestens einen Fluideinlass im Bereich der Längsachse des Filterbetts hat sich insbesondere im Hinblick auf eine kontinuierliche, jedoch nur partielle Fluidisierung des Filterbetts als vorteilhaft erwiesen. According to a first possible embodiment, within the scope of the method according to the invention it can be provided that the fluid is introduced via at least one fluid inlet in the area of the longitudinal axis of the filter bed. A fluidization or a fluid entry via at least one fluid inlet in the area of the longitudinal axis of the filter bed has proven to be particularly advantageous with regard to a continuous, but only partial fluidization of the filter bed.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass der Fluideintrag über Fluideinlässe in der Wandung und/oder im Boden eines das Filterbett einschließenden Filtermoduls und/oder Reaktors erfolgt. Ein Fluideintrag über Ein- lässe in der Wandung bzw. im Boden eines das Filterbett einschließenden Filtermoduls bzw. Reaktors hat sich insbesondere für eine intermittierende, vorzugsweise im Wesentlichen vollständige Fluidisierung des Filtermaterials bzw. Filterbetts erwiesen. Die beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen im Hinblick auf die Auswahl der Fluideinlässe im Bereich der Längsachse bzw. in der Wandung bzw. im Boden des das Filterbett einschließenden Filtermoduls bzw. Reaktors können auch in Kombination eingesetzt werden bzw. der Fluideintrag kann sowohl mittels Fluidein- lässen im Bereich der Längsachse als auch in der Wandung bzw. im Boden des Reaktors erfolgen. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn über den Fluideinlass im Bereich der Längsachse eine kontinuierliche Fluidisierung des Filterbetts erfolgt, wohingegen über die Einlässe in der Wandung bzw. im Boden des Filtermoduls bzw. Reaktors nur intermittierend, insbesondere mittels Zeit- Pause-Steuerung, mindestens ein Fluid eingetragen wird, z.B. bei einem übermäßigen Anstieg des Filterwiderstands bzw. Überschreiten eines Grenzwerts für den Filterwiderstand. According to a further embodiment, provision can be made for the fluid to be introduced via fluid inlets in the wall and/or in the base of a filter module and/or reactor enclosing the filter bed. Introducing fluid via inlets in the wall or in the base of a filter module or reactor enclosing the filter bed has proven particularly useful for intermittent, preferably essentially complete, fluidization of the filter material or filter bed. The two embodiments described above with regard to the selection of the fluid inlets in the area of the longitudinal axis or in the wall or in the bottom of the filter module or reactor enclosing the filter bed can also be used in combination or the fluid entry can be carried out both by means of fluid inlets in the Area of the longitudinal axis as well as in the wall or in the bottom of the reactor. In this context, it is particularly preferred if continuous fluidization of the filter bed takes place via the fluid inlet in the area of the longitudinal axis, whereas via the inlets in the wall or in the bottom of the filter module or reactor only intermittently, in particular by means of time-pause control, at least one fluid is introduced, for example when the filter resistance increases excessively or a limit value for the filter resistance is exceeded.
Darüber kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Fluideintrag über in das Filterbett ragende und/oder eingetauchte Lanzen für einen Fluideintrag erfolgt. Über in das Filterbett ragende und/oder eingetauchte Lanzen ist eine besonders zielgerichtete Steuerung des Fluideintrags in das Filtermaterials möglich. Besonders vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist die vollständige Fluidisierung des Filterbetts. Die Anzahl und Anordnung der Lanzen richtet sich nach der Größe und Form des Filters und den zu fluidisierenden Bereichen des Filterbetts. In addition, it can be provided according to the invention that the fluid input takes place via lances for fluid input that protrude and/or are immersed into the filter bed. A particularly targeted control of the fluid input into the filter material is possible via lances projecting and/or immersed into the filter bed. The complete fluidization of the filter bed is particularly advantageous in this embodiment. The number and arrangement of the lances depends on the size and shape of the filter and the areas of the filter bed to be fluidized.
Auch kann es vorgesehen sein, dass der Fluideintrag über eine axial entlang der Längsachse des Filterbetts angeordnete Leitung zum Einlass mindestens eines Fluids erfolgt. Über eine axial entlang der Längsachse angeordnete Leitung kann insbesondere ein Fluideintrag im unteren, zentralen Bereich des Filterbetts erfolgen. Bei dieser Ausführungsform hat sich eine kontinuierliche Fluidisierung als besonders vorteilhaft erwiesen. Provision can also be made for the fluid to be introduced via a line arranged axially along the longitudinal axis of the filter bed to the inlet of at least one fluid. In particular, fluid can be introduced into the lower, central area of the filter bed via a line arranged axially along the longitudinal axis. In this embodiment, continuous fluidization has proven particularly advantageous.
Auch in Bezug auf die beiden vorgenannten Ausführungsformen ist es möglich, dass der Fluideintrag über in das Filterbett ragende und/oder eingetauchte Lanzen und darüber hinaus eine axial entlang der Längsachse angeordnete Leitung zum Eintrag des Fluids erfolgt. With regard to the two aforementioned embodiments, too, it is possible for the fluid to be introduced via lances that protrude and/or are immersed into the filter bed and, moreover, a line arranged axially along the longitudinal axis for the introduction of the fluid.
Eine besonders zielgerichtete Steuerung bzw. Regulierung der Ausbildung des Biofilms und Entfernung weiterer partikulärer Rückstände des Verfahrens ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, wenn das Filtermaterial einer Reinigung außerhalb des Filterbets unterzogen wird, insbesondere wenn die Reduzierung der Biomasse vorwiegend außerhalb des Filterbets erfolgt: A particularly targeted control or regulation of the formation of the biofilm and removal of other particulate residues of the process is possible in the process of the invention if the filter material is a is subjected to cleaning outside the filter bed, particularly when the biomass reduction is predominantly outside the filter bed:
In diesem Zusammenhang kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das partikuläre und/oder körnige Filtermaterial zu einer außerhalb des Filterbetts angeordneten Spüleinheit gefördert wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Förderung des Filtermaterials zu der Spüleinheit durch den Eintrag mindestens eines Fluids, vorzugsweise von Luft bzw. eines technischen Gases, in das Filterbett, insbesondere in Abhängigkeit vom Filterwiderstand. In this context, it can be provided according to the invention that the particulate and/or granular filter material is conveyed to a rinsing unit arranged outside of the filter bed. According to a preferred embodiment, the filter material is conveyed to the rinsing unit by introducing at least one fluid, preferably air or a technical gas, into the filter bed, in particular as a function of the filter resistance.
Diesbezüglich kann es vorgesehen sein, dass das Filtermaterial in der Spüleinheit gereinigt wird. Dabei wird der Biofilm durch den Eintrag des mindestens einen Fluids und/oder die Reinigung in der Spüleinheit vorzugsweise um mindestens 10 %, insbesondere mindestens 20 %, vorzugsweise um mindestens 30 %, und/oder um höchstens 80 %, insbesondere um höchstens 70 %, vorzugsweise um höchstens 60 %, reduziert. In this regard, provision can be made for the filter material to be cleaned in the rinsing unit. The introduction of the at least one fluid and/or the cleaning in the rinsing unit reduces the biofilm by at least 10%, in particular at least 20%, preferably by at least 30% and/or by at most 80%, in particular by at most 70%. preferably by at most 60%.
Zur Verbesserung der Verfahrenseffizienz und der kontinuierlichen Aufrechterhaltung des Verfahrens hat es sich zudem als vorteilhaft erwiesen, wenn das gereinigte Filtermaterial mit reduziertem Biofilm aus der Spüleinheit wieder an das Filterbett abgegeben wird. In order to improve the efficiency of the process and to maintain the process continuously, it has also proven to be advantageous if the cleaned filter material with reduced biofilm is returned from the rinsing unit to the filter bed.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Spüleinheit oberhalb des Filterbetts im Bereich des Auslasses für das gereinigte Konzentrat angeordnet. In der Spüleinheit wird das Filtermaterial mit entgegenströmendem bzw. Richtung Auslass strömendem Filtrat gereinigt und/oder gespült und sinkt mit reduziertem Biofilm wieder auf das Filterbett ab. According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the rinsing unit is arranged above the filter bed in the area of the outlet for the cleaned concentrate. In the rinsing unit, the filter material is cleaned and/or rinsed with filtrate flowing in the opposite direction or in the direction of the outlet and sinks back onto the filter bed with reduced biofilm.
Das die vom Filtermaterial abgetragene Biomasse und sonstige partikuläre Rückstände enthaltende Abwasser aus der Spüleinheit wird vorzugsweise über einen Spülwasserauslass ausgeleitet. The waste water from the rinsing unit containing the biomass removed from the filter material and other particulate residues is preferably discharged via a rinsing water outlet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann es zudem vorgesehen sein, dass das beim Spülen und/oder Reinigen des Filtermaterials anfallende Abwasser mittels Partikelrückhalt gereinigt und vorzugsweise über den Zulauf in das Filterbett zurückgeführt wird. Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass das Filtermaterial mittels eines vorzugsweise axial entlang der Längsachse des Filterbetts angeordneten Drucklufthebers (synonym auch als Mammutpumpe bezeichnet) aus dem unteren Bereich des Filterbetts zu einer oberhalb des Filterbetts angeordneten Spüleinheit gefördert wird. Der Lufteintrag wird in diesem Zusammenhang vorzugsweise in Abhängigkeit von der Dimensionierung des Filterbetts, dem Filtermaterial, insbesondere dessen Körnung, und/oder dem Filterwiderstand eingestellt. Bei der Spüleinheit handelt es sich bei der hier beschriebenen Ausführungsform vorzugsweise um einen Sandwäscher, wobei das partikuläre bzw. körnige Filtermaterial in entgegenströmendem, bereits denitrifiziertem bzw. behandeltem Konzentrat gewaschen wird und nach der Reinigung wieder auf das Filterbett absinkt. According to a further embodiment, it can also be provided that the waste water occurring during the rinsing and/or cleaning of the filter material is cleaned by means of particle retention and is preferably fed back into the filter bed via the inlet. In a particularly preferred embodiment, it can be provided that the filter material is conveyed from the lower region of the filter bed to a rinsing unit arranged above the filter bed by means of a compressed air lifter (also known as a mammoth pump) that is preferably arranged axially along the longitudinal axis of the filter bed. In this context, the intake of air is preferably adjusted as a function of the dimensioning of the filter bed, the filter material, in particular its grain size, and/or the filter resistance. In the embodiment described here, the rinsing unit is preferably a sand washer, with the particulate or granular filter material being washed in a counterflowing, already denitrified or treated concentrate and sinking back onto the filter bed after cleaning.
Für das erfindungsgemäße Verfahren können verschiedene Filterbetten mit partikulärem bzw. körnigem Filtermaterial und Filtermodule bzw. Reaktoren zur Aufnahme des Filterbetts eingesetzt werden. Ein Beispiel für einen Reaktor zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 2 dargestellt, welche nachfolgend noch im Detail beschrieben wird. Various filter beds with particulate or granular filter material and filter modules or reactors for accommodating the filter bed can be used for the process according to the invention. An example of a reactor for carrying out the process according to the invention is shown in FIG. 2, which is described in detail below.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen in Bezug auf geeignete Filtermaterialien bzw. dessen Eigenschaften beschrieben: Preferred embodiments with regard to suitable filter materials and their properties are described below:
Was das partikelförmige bzw. körnige Filtermaterial als solches anbelangt, muss dieses zum einen eine ausreichend große Oberfläche zum Aufwachsen der Biomasse bereitstellen und zum anderen eine Durchströmbarkeit für das zu behandelnde Konzentrat gewährleisten und darüber hinaus ein Filterbett ausbilden können. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, partikuläres bzw. körniges Material mit definierten Partikel- bzw. Korndurchmessern für das erfindungsgemäße Verfahren einzusetzen. In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn als Filtermaterial ein partikuläres und/oder körniges Material mit Partikel- bzw. Korngrößen, insbesondere mittleren Partikel- bzw. Korndurchmessern, vorzugsweise bestimmt gemäß DIN EN 120904, im Bereich von 0,1 bis 15 mm, insbesondere 0,2 bis 10 mm, vorzugsweise 0,5 bis 5 mm, bevorzugt 0,7 bis 3 mm, besonders bevorzugt 1 bis 2 mm, eingesetzt wird. As far as the particulate or granular filter material is concerned, it must on the one hand provide a sufficiently large surface area for the biomass to grow and on the other hand ensure that the concentrate to be treated can flow through it and also be able to form a filter bed. In this context, it has proven to be advantageous to use particulate or granular material with defined particle or grain diameters for the method according to the invention. In this context, it has proven to be particularly advantageous if the filter material used is a particulate and/or granular material with particle or grain sizes, in particular average particle or grain diameters, preferably determined according to DIN EN 120904, in the range from 0.1 to 15 mm, in particular 0.2 to 10 mm, preferably 0.5 to 5 mm, preferably 0.7 to 3 mm, particularly preferably 1 to 2 mm.
Im Zusammenhang mit der Auswahl der Filtermaterials hat es sich zudem als vorteilhaft erwiesen, wenn als Filtermaterial ein partikuläres und/oder körniges Material mit einer spezifischen Dichte im Bereich von 0,7 bis 6 g/cm3, insbesondere 1 bis 5 g/cm3, vorzugsweise 1 ,5 bis 4 g/cm3, bevorzugt 2 bis 3,5 g/cm3, besonders bevorzugt 2,5 bis 3,2 g/cm3, bezogen auf ein einzelnes Korn bzw. Partikel, eingesetzt wird. Der Einsatz von Partikeln oder Körnern mit der zuvor definierten spezifischen Dichte hat sich im Hinblick auf die Ausbildung des Filterbetts als vorteilhaft erwiesen. Durch den Einsatz eines Filtermaterials mit der zuvor definierten spezifischen Dichte kann insbesondere einem unerwünschten Auftrieb der Partikel bzw. Körner im zu behandelnden Konzentrat entgegengewirkt werden. In connection with the selection of the filter material, it has also proven to be advantageous if a particulate and/or granular material is used as the filter material with a specific density in the range from 0.7 to 6 g/cm 3 , in particular 1 to 5 g/cm 3 , preferably 1.5 to 4 g/cm 3 , preferably 2 to 3.5 g/cm 3 , particularly preferred 2.5 to 3.2 g/cm 3 , based on a single grain or particle, is used. The use of particles or granules with the previously defined specific density has proven to be advantageous with regard to the formation of the filter bed. By using a filter material with the previously defined specific density, an undesired buoyancy of the particles or grains in the concentrate to be treated can be counteracted.
Was das Filtermaterial weiterhin anbelangt, wird bzw. werden erfindungsgemäß bevorzugt als partikuläres und/oder körniges Material Sand, Bentonit und/oder zerkleinerte Lavasteine eingesetzt. Die zuvor genannten Filtermaterialien ermöglichen aufgrund ihrer Oberflächeneigenschaften ein Aufwachsen des Biofilms, da sie eine gewisse Oberflächenrauheit aufweisen. As far as the filter material is concerned, sand, bentonite and/or crushed lava stones are preferably used according to the invention as the particulate and/or granular material. Due to their surface properties, the aforementioned filter materials allow the biofilm to grow, since they have a certain surface roughness.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren in einem Sandfilter betrieben bzw. wird als partikelförmiges oder körniges Filtermaterial Sand, insbesondere Quarzsand, eingesetzt. According to a particularly preferred embodiment, the method according to the invention is operated in a sand filter or sand, in particular quartz sand, is used as the particulate or granular filter material.
Im Folgenden werden besondere Ausführungsformen in Bezug auf die weitere Verfahrensführung und Verfahrensparameter beschrieben: In the following, special embodiments are described in relation to the further procedure and process parameters:
Was den Biofilm auf dem partikelförmigen Filtermaterial weiterhin anbelangt, verhält es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise so, dass die Mikroorganismen für die mikrobielle Denitrifikation auf den Körnern und/oder Partikeln des Filtermaterials sessil aufwachsen. With regard to the biofilm on the particulate filter material, the situation in the method according to the invention is preferably such that the microorganisms for the microbial denitrification grow sessile on the grains and/or particles of the filter material.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich oder intermittierend, vorzugsweise kontinuierlich, durchgeführt werden. Eine kontinuierliche Verfahrensführung hat sich im Hinblick auf die Verfahrenseffizienz als besonders vorteilhaft erwiesen, insbesondere auch vor dem Hintergrund, dass nur einmalig eine Anfahrphase bzw. Adaptierung der Biozönose an die Denitrifikationsbedingungen notwendig ist. The process according to the invention can be carried out continuously or intermittently, preferably continuously. A continuous procedure has proven to be particularly advantageous with regard to the process efficiency, especially against the background that a start-up phase or adaptation of the biocenosis to the denitrification conditions is only necessary once.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Konzentrat mit einer Bettbelastung (Menge Gesamtstickstoff pro Kubikmeter Filtermaterial pro Tag) im Bereich von 100 bis 2.500 g/m3/d, insbesondere 300 bis 2.200 g/m3/d, vorzugsweise 500 bis 2.000 g/m3/d, bevorzugt 800 bis 1.800 g/m3/d, in das Filterbett geleitet wird. Gleichermaßen ist es erfindungsgemäß möglich, dass das Konzentrat mit einer Bettbelastung (Menge Gesamtstickstoff pro Kubikmeter Filtermaterial pro Tag) von mindestens 200 g/m3/d, insbesondere mindestens 400 g/m3/d, vorzugsweise mindestens 600 g/m3/d, bevorzugt mindestens 800 g/m3/d, in das Filterbett geleitet wird. Furthermore, it is preferred if the concentrate has a bed load (amount of total nitrogen per cubic meter of filter material per day) in the range from 100 to 2500 g/m 3 /d, in particular 300 to 2200 g/m 3 /d, preferably 500 to 2000 g/m 3 /d, preferably 800 to 1800 g/m 3 /d, into the filter bed. It is equally possible according to the invention that the concentrate with a bed loading (amount of total nitrogen per cubic meter of filter material per day) of at least 200 g/m 3 /d, in particular at least 400 g/m 3 /d, preferably at least 600 g/m 3 /d , preferably at least 800 g / m 3 / d, is passed into the filter bed.
Darüber hinaus kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Konzentrat mit einer Bettbelastung (Menge Nitratstickstoff pro Kubikmeter Filtermaterial pro Tag) im Bereich von 80 bis 2.500 g/m3/d, insbesondere 100 bis 2.100 g/m3/d, vorzugsweise 200 bis 1.900 g/m3/d, bevorzugt 400 bis 1.700 g/m3/d, in das Filterbett geleitet wird. Zudem kann es in diesem Zusammenhang auch vorgesehen sein, dass das Konzentrat mit einer Bettbelastung (Menge Nitratstickstoff pro Kubikmeter Filtermaterial pro Tag) von mindestens 80 g/m3/d, insbesondere mindestens 100 g/m3/d, vorzugsweise mindestens 200 g/m3/d, bevorzugt mindestens 400 g/m3/d, besonders bevorzugt mindestens 600 g/m3/d, in das Filterbett geleitet wird. In addition, it can be provided according to the invention that the concentrate with a bed load (amount of nitrate nitrogen per cubic meter of filter material per day) in the range of 80 to 2,500 g / m 3 / d, in particular 100 to 2,100 g / m 3 / d, preferably 200 to 1,900 g/m 3 /d, preferably 400 to 1,700 g/m 3 /d, is passed into the filter bed. In addition, it can also be provided in this connection that the concentrate has a bed load (amount of nitrate nitrogen per cubic meter of filter material per day) of at least 80 g/m 3 /d, in particular at least 100 g/m 3 /d, preferably at least 200 g/m m 3 /d, preferably at least 400 g/m 3 /d, particularly preferably at least 600 g/m 3 /d, into the filter bed.
Unter der Bettbelastung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Gesamtstickstoffmenge (Einheit: g) verstanden, mit der im erfindungsgemäßen Verfahren ein definiertes Volumen der Filtermasse (Einheit: m3) im Filter, d.h. das "Filterbett" im Filter, pro Zeiteinheit (Einheit: d bzw. Tag) belastet wird. Unter Berücksichtigung bzw. Hinzuziehung der Bettbelastung lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auf alle Arten von Filtern bzw. Filterbetten übertragen, da sich die in das Filterbett bzw. Filter pro Zeiteinheit eingebrachte Stickstoffmenge unabhängig von der Art, Größe oder des Volumens des Reaktionsraums auf das Volumen der Filtermasse bezieht. In the context of the present invention, the bed loading is understood to be the total amount of nitrogen (unit: g) with which a defined volume of the filter mass (unit: m 3 ) in the filter, ie the “filter bed” in the filter, per unit of time (unit: d or day) will be charged. Taking into account or consulting the bed load, the method according to the invention can be transferred to all types of filters or filter beds, since the amount of nitrogen introduced into the filter bed or filter per unit of time is independent of the type, size or volume of the reaction space on the volume of the Filter mass relates.
Der Volumenstrom des zu behandelnden Konzentrats kann in weiteren Bereichen variieren und hängt in erster Linie von der Dimensionierung der Anlage bzw. dem Filterbett zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ab. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in halbtechnischen Anlagen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Konzentrat mit einem Volumenstrom Q (Volumen Konzentrat pro Stunde) im Bereich von 0,3 bis 4 m3/h, insbesondere 0,5 bis 3,5 m3/h, bevorzugt 6,0 bis 3,0 m3/h, vorzugsweise 0,9 bis 2,5 m3/h, in das Filterbett geleitet wird. Darüber hinaus kann es gleichermaßen vorgesehen sein, dass das Konzentrat mit einem Volumenstrom Q (Volumen Konzentrat pro Stunde) von mindestens 0,7 m3/h, insbesondere mindestens 1 ,0 m3/h, vorzugsweise mindes- tens 1,3 m3/h, bevorzugt mindestens 1 ,8 m3/h, in das Filterbett geleitet wird. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in großtechnischen Anlagen ist es vorteilhaft, wenn das Konzentrat mit einem Volumenstrom Q (Volumen Konzentrat pro Stunde) von mindestens 4,0 m3/h, insbesondere mindestens 6,0 m3/h, vorzugsweise mindestens 8,0 m3/h, bevorzugt mindestens 10,0 m3/h, in das Filterbett geleitet wird. The volume flow of the concentrate to be treated can vary within a wide range and depends primarily on the dimensioning of the plant or the filter bed for carrying out the process according to the invention. For carrying out the method according to the invention in semi-industrial plants, it has proven advantageous if the concentrate with a volume flow Q (volume of concentrate per hour) in the range of 0.3 to 4 m 3 / h, in particular 0.5 to 3.5 m 3 /h, preferably 6.0 to 3.0 m 3 /h, preferably 0.9 to 2.5 m 3 /h, into the filter bed. In addition, it can equally be provided that the concentrate with a volume flow Q (volume of concentrate per hour) of at least 0.7 m 3 / h, in particular at least 1, 0 m 3 / h, preferably at least at least 1.3 m 3 /h, preferably at least 1.8 m 3 /h, is passed into the filter bed. For carrying out the process according to the invention in large-scale plants, it is advantageous if the concentrate is treated with a volume flow Q (volume of concentrate per hour) of at least 4.0 m 3 /h, in particular at least 6.0 m 3 /h, preferably at least 8 0 m 3 / h, preferably at least 10.0 m 3 / h, is passed into the filter bed.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandelnden Konzentrate aus Umkehrosmose- bzw. Nanofiltrationsverfahren können auf Rohwässer aller Art zurückgehen. Insbesondere kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Konzentrat aus Umkehrosmose- und/oder Nanofiltrationsverfahren, insbesondere Umkehrosmoseverfahren, zur Aufbereitung von Grund-, Quell-, Meer- und/oder Oberflächenwasser zu Betriebs- und/oder Trinkwasser, vorzugsweise zu Trinkwasser, stammt. The concentrates from reverse osmosis or nanofiltration processes to be treated with the process according to the invention can be traced back to all types of raw water. In particular, it can be provided according to the invention that the concentrate comes from reverse osmosis and/or nanofiltration processes, in particular reverse osmosis processes, for the treatment of groundwater, spring water, seawater and/or surface water to process and/or drinking water, preferably drinking water.
Weiterhin kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Konzentrat im Zulauf eine Gesamtstickstoffkonzentration TNb von mindestens 30 mg/l, insbesondere mindestens 40 mg/l, vorzugsweise mindestens 50 mg/l, bevorzugt mindestens 60 mg/l, aufweist. Insbesondere kann es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass das Konzentrat im Zulauf eine Nitratstickstoffkonzentration von mindestens 20 mg/l, insbesondere mindestens 30 mg/l, vorzugsweise mindestens 40 mg/l, bevorzugt mindestens 50 mg/l, aufweist. Furthermore, it can be provided according to the invention that the concentrate in the feed has a total nitrogen concentration TNb of at least 30 mg/l, in particular at least 40 mg/l, preferably at least 50 mg/l, preferably at least 60 mg/l. In particular, it can be provided within the scope of the method according to the invention that the concentrate in the feed has a nitrate nitrogen concentration of at least 20 mg/l, in particular at least 30 mg/l, preferably at least 40 mg/l, preferably at least 50 mg/l.
Wie eingangs bereits ausgeführt, stellen die großen Mengen an Härtebildnern in Umkehrosmosekonzentraten ein Problem bei der Nachbehandlung der Konzentrate aus der Trinkwasseraufbereitung dar. Das erfindungsgemäße Verfahren durch seine Eignung zur Behandlung von Wässern mit einem hohen Gehalt an gelösten Salzen, insbesondere Nitraten, bzw. Härtebildnern aus. Was das zu behandelnde Konzentrat daher weiterhin anbelangt, kann dieses üblicherweise im Zulauf eine Wasserhärte [Gesamthärte] im Bereich von 10 bis 150 °dH, insbesondere 20 bis 120 °dH, vorzugsweise 30 bis 100 “dH, bevorzugt 40 bis 80 °dH, vorzugsweise bestimmt gemäß DIN 38409-6, aufweisen. Wie zuvor ausgeführt, war es vollkommen überraschend, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch für Wässer mit der zuvor definierten Gesamthärte geeignet ist. As already mentioned, the large amounts of hardness components in reverse osmosis concentrates pose a problem in the post-treatment of the concentrates from drinking water treatment . As far as the concentrate to be treated is concerned, this can usually have a water hardness [total hardness] in the inflow in the range from 10 to 150 °dH, in particular 20 to 120 °dH, preferably 30 to 100 “dH, preferably 40 to 80 °dH, preferably determined according to DIN 38409-6. As stated above, it was completely surprising that the method according to the invention is also suitable for water with the previously defined total hardness.
Darüber hinaus kann es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass das Konzentrat im Zulauf eine Temperatur im Bereich von 2 bis 40 °C, insbesondere 3 bis 30 °C, vorzugsweise 4 bis 25 °C, bevorzugt 5 bis 20 °C, aufweist. In addition, it can be provided within the scope of the method according to the invention that the concentrate in the feed has a temperature in the range from 2 to 40 °C, in particular 3 to 30 °C, preferably 4 to 25 °C, preferably 5 to 20 °C.
Was das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandelnde Konzentrat weiterhin anbelangt, kann es zudem vorgesehen sein, dass das Konzentrat im Zulauf einen pH-Wert im Bereich von 6 bis 8,5, vorzugsweise 7 bis 8, aufweist. Gleichermaßen ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn das Konzentrat im Zulauf einen pH-Wert von mindestens 6, insbesondere mindestens 6,5, bevorzugt mindestens 7, aufweist. With regard to the concentrate to be treated with the method according to the invention, it can also be provided that the concentrate has a pH value in the range from 6 to 8.5, preferably 7 to 8, in the feed. It is equally preferred according to the invention if the concentrate in the feed has a pH of at least 6, in particular at least 6.5, preferably at least 7.
In Bezug auf die Verfahrensführung kann es zudem vorgesehen sein, dass das Filter als Abstrom- oder Aufstromfilter, vorzugsweise als Aufstromfilter, betrieben wird. Im Hinblick auf einen Betrieb des Filters als Aufstromfilter ist es besonders bevorzugt, wenn das Konzentrat in den unteren Bereich des Filterbetts geleitet wird bzw. das Konzentrat im Filterbett, vorzugsweise im unteren Bereich des Filterbetts, verteilt wird und das Filterbett, insbesondere das Filtermaterial, von unten nach oben durchströmt. "Unterer Teil" meint in diesem Fall die untere Hälfte, vorzugsweise das untere Drittel, des Filterbetts. Eine erfindungsgemäße Ausführungsform, welche den Betrieb als Aufstromfilter vorsieht, ist in Fig. 1 beschrieben. Nichtsdestotrotz sind andere Ausführungsformen gleichermaßen möglich und liegen im üblichen Tun des Fachmanns. With regard to the method, it can also be provided that the filter is operated as a downstream or upstream filter, preferably as an upstream filter. With regard to operation of the filter as an upflow filter, it is particularly preferred if the concentrate is fed into the lower area of the filter bed or the concentrate is distributed in the filter bed, preferably in the lower area of the filter bed, and the filter bed, in particular the filter material, is flows from bottom to top. "Lower part" in this case means the lower half, preferably the lower third, of the filter bed. An embodiment according to the invention, which provides for operation as an upflow filter, is described in FIG. Nevertheless, other embodiments are equally possible and are within the ordinary skill of the person skilled in the art.
Im Hinblick auf die Verfahrensökonomie, insbesondere im Hinblick auf den Energieverbrauch, ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren nicht temperaturgeregelt und/oder bei Umgebungstemperatur durchgeführt wird. With regard to the economics of the process, in particular with regard to the energy consumption, it is advantageous if the process is not temperature-controlled and/or carried out at ambient temperature.
Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die nachfolgend aufgeführten Messwerte während des Verfahrens zu bestimmen, um gegebenenfalls die Prozessparameter anpassen zu können bzw. die Qualität des zu behandelnden oder behandelten bzw. denitrifizierten Konzentrats zu überprüfen: In addition, it has proven to be advantageous to determine the measured values listed below during the process in order to be able to adjust the process parameters if necessary or to check the quality of the concentrate to be treated or treated or denitrified:
Insbesondere kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass während des Verfahrens der pH-Wert, die Temperatur, die elektrische Leitfähigkeit, die Nitritkonzentration, die Trübung und/oder die Konzentration abfiltrierbarer Stoffe im zu behandelnden Konzentrat und/oder im denitrifizierten Konzentrat gemessen werden, insbesondere im Zulauf und/oder in Verfahrensschritt (a) und/oder im Ablauf und/oder in Verfahrensschritt (c). Die Messungen erfolgen mittels dem Fachmann grundsätzlich bekannten Messeinrichtungen. In particular, it can be provided according to the invention that during the process the pH value, the temperature, the electrical conductivity, the nitrite concentration, the turbidity and/or the concentration of substances that can be filtered off in the concentrate to be treated and/or in the denitrified concentrate are measured, in particular in the Feed and/or in process step (a) and/or in the course and/or in process step (c). The measurements are carried out using measuring devices which are fundamentally known to those skilled in the art.
Im Ergebnis wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine leistungsstarke, separate Reinigungsstufe für Konzentrate bzw. Abwässer aus der Betriebs- bzw. Trinkwasseraufbereitung von Rohwässern bereitgestellt, welche geeignet ist, große Mengen von Nitrat aus dem Konzentrat bzw. Abwasser zu entfernen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in der Regel der gesetzlich vorgegebene Grenzwert für Stickstoff bzw. Nitrat für eine Direkteinleitung erreicht bzw. kann eingehalten werden. Vor diesem Hintergrund kann die Ausbeute der Trinkwasseraufbereitung deutlich erhöht werden, da große Nitratmengen im dabei anfallenden Abwasser bzw. Konzentrat nicht mehr einen limitierenden Faktor darstellen. As a result, the method according to the invention provides a high-performance, separate cleaning stage for concentrates or waste water from the treatment of industrial or drinking water from raw water, which is suitable for removing large amounts of nitrate from the concentrate or waste water. With the method according to the invention, the statutory limit value for nitrogen or nitrate for direct discharge is generally achieved or can be complied with. Against this background, the yield of drinking water treatment can be significantly increased, since large amounts of nitrate in the resulting waste water or concentrate are no longer a limiting factor.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist zudem - gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung - ein Reaktor 1 zur Verwendung bei der Behandlung von Umkehrosmose- und/oder Nanofiltrationskonzentrat ("Konzentrat"), wobei das Konzentrat aus der Aufbereitung von Rohwässern mittels Umkehrosmose- und/oder Nanofiltration für die Trink- und/oder Betriebswasseraufbereitung stammt, insbesondere wobei der Reaktor zur Durchführung eines Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet und ausgebildet ist, umfassend einen Einlass 2 für das zu behandelnde Konzentrat, einen Auslass 3 für das denitrifizierte Konzentrat, ein fluidisiertes Filterbett 4, wobei das Filterbett 2 ein körniges und/oder partikuläres und biologisch aktiviertes Filtermaterial 32 mit einem Biofilm für eine mikrobielle Denitrifikation aufweist, und mindestens eine Einrichtung zur Fluidisierung des Filterbetts 5, insbesondere wobei die Einrichtung zur Fluidisierung den Fluideintrag in Abhängigkeit vom Filterwiderstand steuert, insbesondere derart, dass die Ausbildung des Biofilms auf dem partikulären und/oder körnigen Filtermaterial reguliert und/oder gesteuert wird. The present invention is also - according to the second aspect of the present invention - a reactor 1 for use in the treatment of reverse osmosis and / or nanofiltration concentrate ("concentrate"), the concentrate from the treatment of raw water by means of reverse osmosis and / or Nanofiltration for drinking and/or process water treatment originates, in particular the reactor being set up and designed to carry out a method according to one of the preceding claims, comprising an inlet 2 for the concentrate to be treated, an outlet 3 for the denitrified concentrate, a fluidized filter bed 4, wherein the filter bed 2 has a granular and/or particulate and biologically activated filter material 32 with a biofilm for microbial denitrification, and at least one device for fluidizing the filter bed 5, in particular wherein the device for fluidizing controls the fluid input depending on the filter resistance, in particular such that the formation of the biofilm on the particulate and/or granular filter material is regulated and/or controlled.
Der erfindungsgemäße Reaktor ist vorzugsweise für die Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens eingerichtet und ausgebildet. Dabei ist der Reaktor mit einer Einrichtung zur Fluidisierung ausgerüstet, welche eine zielgerichtete Regulierung bzw. Steuerung der Ausbildung des Biofilms auf dem körnigen bzw. partikulären Filtermaterial erlaubt, insbesondere in Abhängigkeit vom im Betriebszustand gemessenen Filterwiderstand. Für weitere Einzelheiten zur Regulierung und/oder Steuerung der Ausbildung des Biofilms kann auf die diesbezüglichen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen werden. The reactor according to the invention is preferably set up and designed for carrying out the method described above. The reactor is equipped with a device for fluidization, which allows targeted regulation or control of the formation of the biofilm on the granular or particulate filter material, in particular as a function of the filter resistance measured in the operating state. For further details on the regulation and/or control of the formation of the biofilm, reference can be made to the relevant statements in connection with the method according to the invention.
Nachfolgend werden anhand von Fig. 1 und Fig. 2 beispielhaft eine Anlage und ein Reaktor beschrieben, welche für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet sind. A plant and a reactor which are set up for carrying out the method according to the invention are described below by way of example with reference to FIGS. 1 and 2 .
Es zeigt It shows
Fig. 1 : ein Fließbild einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und 1: a flow chart of a plant for carrying out the method according to the invention; and
Fig. 2A: eine schematische Darstellung eines für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Reaktors, welcher ein Filterbett auf Basis eines partikelförmigen bzw. körnigen Filtermaterials mit einem darauf aufwachsenden Biofilm für die mikrobielle Denitrifikation aufweist; 2A: a schematic representation of a reactor suitable for the method according to the invention, which has a filter bed based on a particulate or granular filter material with a biofilm growing thereon for microbial denitrification;
Fig. 2B: eine schematische Darstellung eines weiteren für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Reaktors, wobei die in Fig. 2B gezeigte Ausführungsform im Vergleich zu dem in Fig. 2A gezeigten Reaktor zusätzliche, im Bereich der Reaktorwand angeordnete Lanzen zum Fluideintrag aufweist. 2B: a schematic representation of a further reactor suitable for the process according to the invention, the embodiment shown in FIG. 2B having additional lances arranged in the region of the reactor wall for introducing fluid in comparison to the reactor shown in FIG. 2A.
In Fig. 1 ist ein Fließbild einer Anlage zur Behandlung von Umkehrosmose- und/oder Nanofiltrationskonzentrat, welches aus der Aufbereitung von Rohwasser mittels Umkehrosmose und/oder Nanofiltration für die Trink- und/oder Betriebswasseraufbereitung stammt, wiedergegeben: 1 shows a flow chart of a plant for the treatment of reverse osmosis and/or nanofiltration concentrate, which originates from the treatment of raw water by means of reverse osmosis and/or nanofiltration for drinking and/or process water treatment:
In der Anlage wird das zu behandelnde Konzentrat im Zulauf 6 zunächst in eine Zulaufvorlage 8 geleitet und über eine Zulaufleitung 18 und einen Einlass 2 in den Reaktor 1 geleitet. Der Zulaufstrom wird über Ventile 16 und Pumpeinrichtungen 14 eingestellt. Bevorzugterweise kann es weiterhin vorgesehen sein, den Zufluss des zu behandelnden Konzentrats mittels eines Durchflussmessers 22 zu überwachen und weiterführend regulieren. Über Messeinrichtungen 17 können die Konzentrationen relevanter Wasserinhaltsstoffe, wie z.B. der Gesamtstickstoff TNb, die Nitratkonzentration, der CSB, die Wasserhärte, pH-Wert, Phosphorgehalt etc., gemessen werden. Um das zu behandelnde Konzentrat für die Denitrifikation zu konditionieren, können dem Konzentrat über Dosiereinrichtungen 10, 11 Chemikalien, wie z.B. eine Kohlenstoffquelle, vorzugsweise in Form von Essigsäure, und/oder eine Phosphorquelle, vorzugsweise in Form von 0,3-%iger Phosphorsäure, Eisen(ll)-sulfat, vorzugsweise mit einer von 0,2 mg/l bezogen auf Eisen(ll)-sulfat im Zulauf, sowie verschiedene Spurenelemente zudosiert werden. Die Dosierung kann über Pumpeinrichtungen 14 eingestellt bzw. gesteuert werden. Die Substanzen zur Konditionierung werden dem zu behandelnden Konzentrat vorzugsweise in gelöster Form über einen Mischer 21 im Zulauf 6 bzw. in der Zulaufleitung 18 zugeführt. In the plant, the concentrate to be treated in the feed 6 is first fed into a feed receiver 8 and fed into the reactor 1 via a feed line 18 and an inlet 2 . The inflow is adjusted via valves 16 and pumping devices 14 . Provision can preferably also be made to monitor and further regulate the inflow of the concentrate to be treated by means of a flow meter 22 . The concentrations of relevant water constituents, such as total nitrogen TNb, nitrate concentration, COD, water hardness, pH value, phosphorus content, etc., can be measured via measuring devices 17 . In order to condition the concentrate to be treated for denitrification, chemicals such as a carbon source, preferably in the form of acetic acid, and/or a phosphorus source, preferably in the form of 0.3% phosphoric acid, can be added to the concentrate via dosing devices 10, 11. Iron(II) sulfate, preferably at a rate of 0.2 mg/l based on iron(II) sulfate in the feed, and various trace elements are metered in. The metering can be adjusted or controlled via pump devices 14 . The substances for conditioning are fed to the concentrate to be treated, preferably in dissolved form, via a mixer 21 in the inlet 6 or in the inlet line 18 .
Im Reaktor 1 erfolgt die Behandlung des Konzentrats durch Filtration über das Filtermaterial unter mikrobieller Denitrifikation zu Zwecken der Entfernung des Nitrats. Die Fluidisierung des Filterbetts erfolgt vorzugsweise über ein Fluidisierungssystem 13. Der Fluideintrag wird dabei vorzugsweise über einen Schaltschrank 23 gesteuert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Fluid um Luft, insbesondere Druckluft, und/oder mindestens ein technisches Gas, wobei das Fluid ausgehend von dem Fluidisierungssystem 13 über eine Fluidleitung 24 in den Reaktor 1 bzw. das Filterbett eingetragen werden kann. Der Reaktor 1 ist im Übrigen mit Sensoreinrichtungen zur Messung bzw. Überwachung des Filterwiderstands ausgerüstet. In reactor 1, the concentrate is treated by filtration through the filter material with microbial denitrification to remove the nitrate. The filter bed is preferably fluidized via a fluidization system 13 . The fluid input is preferably controlled via a control cabinet 23 . According to a preferred embodiment, the fluid is air, in particular compressed air, and/or at least one industrial gas, it being possible for the fluid to be introduced from the fluidization system 13 via a fluid line 24 into the reactor 1 or the filter bed. The reactor 1 is also equipped with sensor devices for measuring or monitoring the filter resistance.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens entstehende Gase, insbesondere der bei der Denitrifikation entstehende molekulare Stickstoff, können über ein Abluftsystem 12, welches vorzugsweise einen Ventilator 15 aufweist, aus dem Reaktor 1 entweichen. Gases arising in the process according to the invention, in particular the molecular nitrogen arising during the denitrification, can escape from the reactor 1 via an exhaust air system 12 which preferably has a fan 15 .
Bei dem Verfahren insbesondere durch die Reinigung des Filtermaterials anfallendes Spülwasser kann über eine Spülwasserleitung 20 aus dem Reaktor 1 ausgeleitet werden. Vorzugsweise wird das über die Spülwasserleitung 20 abgeführte Abwasser über die Zulaufvorlage 8 rezykliert, um die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens anfallenden Abwassermengen weiter zu reduzieren. In the process, in particular, the rinsing water produced by the cleaning of the filter material can be discharged from the reactor 1 via a rinsing water line 20 . The waste water discharged via the flushing water line 20 is preferably recycled via the inflow receiver 8 in order to further reduce the amounts of waste water occurring in the context of the method according to the invention.
Das denitrifizierte bzw. behandelte Konzentrat wird über den Auslass 3 und eine Ablaufleitung 19 in eine Ablaufvorlage 9 für das denitrifizierte Konzentrat bzw. behandelte Konzentrat geleitet. Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, im Ablauf 7 mittels Messeinrichtungen 17 die Konzentration relevanter Wasserinhaltsstof- fe bzw. -eigenschaften im behandelten Konzentrat zu bestimmen, insbesondere den Gesamtstickstoffgehalt, den pH-Wert, die Nitratkonzentration und/oder die Gesamthärte. The denitrified or treated concentrate is routed via the outlet 3 and a discharge line 19 into a discharge receiver 9 for the denitrified concentrate or treated concentrate. According to the invention, it can be provided in the outlet 7 by means of measuring devices 17 the concentration of relevant water constituents to determine fe or properties in the treated concentrate, in particular the total nitrogen content, the pH value, the nitrate concentration and/or the total hardness.
In Fig. 2A ist darüber hinaus ein Reaktor 1 dargestellt, welcher zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und ausgebildet ist. In addition, FIG. 2A shows a reactor 1 which is set up and designed for carrying out the method according to the invention.
Der Reaktor 1 weist einen Einlass 2 für das zu behandelnde Konzentrat, einen Auslass 3 für das denitrifizierte bzw. behandelte Konzentrat und ein Filterbett 4 auf Basis eines körnigen bzw. partikulären Filtermaterials 32, insbesondere auf Basis von Sand, mit einem Biofilm für eine mikrobielle Denitrifikation auf. Der in Fig. 2 dargestellte Reaktor 1 ist für den Betrieb als Aufstromfilter eingerichtet. Zu diesem Zweck weist der Reaktor 1 eine interne Zulaufleitung 31 für das zu behandelnde Konzentrat auf, welche in einer in das Filterbett reichenden, vorzugsweise sternförmigen Verteileinrichtung 26 zur gleichmäßigen Verteilung des zu behandelnden Konzentrats im Filterbett 4 mündet. The reactor 1 has an inlet 2 for the concentrate to be treated, an outlet 3 for the denitrified or treated concentrate and a filter bed 4 based on a granular or particulate filter material 32, in particular based on sand, with a biofilm for microbial denitrification on. The reactor 1 shown in FIG. 2 is set up for operation as an upflow filter. For this purpose, the reactor 1 has an internal feed line 31 for the concentrate to be treated, which opens into a preferably star-shaped distribution device 26 reaching into the filter bed for the even distribution of the concentrate to be treated in the filter bed 4 .
Das zu behandelnde Konzentrat durchströmt das Filterbett 4 von unten nach oben, wie schematisch anhand der Durchströmungsrichtung 27 für das zu behandelnde Konzentrat angedeutet. The concentrate to be treated flows through the filter bed 4 from bottom to top, as indicated schematically by the flow direction 27 for the concentrate to be treated.
Um ein Verblocken des Filters zu verhindern, ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, die Ausbildung des Biofilms auf dem körnigen bzw. partikulären Filtermaterial 32 zu regulieren bzw. zu steuern, vorzugsweise durch ein kontinuierliches oder intermittierendes Reduzieren des Biofilms auf dem körnigen bzw. partikulären Filtermaterial 32. Vorzugsweise erfolgt dies durch eine Fluidisierung des Filterbetts 4 bzw. Filtermaterials 32. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, den Filterwiderstand des Filterbetts zu messen bzw. zu überwachen und den Fluideintrag in Abhängigkeit vom Filterwiderstand zu steuern. In order to prevent the filter from becoming blocked, the method according to the invention provides for the formation of the biofilm on the granular or particulate filter material 32 to be regulated or controlled, preferably by continuously or intermittently reducing the biofilm on the granular or particulate filter material 32. This is preferably done by fluidizing the filter bed 4 or filter material 32. In this context, it is particularly preferred to measure or monitor the filter resistance of the filter bed and to control the fluid entry as a function of the filter resistance.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Reaktor erfolgt die Fluidisierung des Filterbetts 4 über eine axial entlang der Längsachse des Filterbetts 4 bzw. des Reaktors angeordnete Mammutpumpe 25 unter Eintrag von Druckluft als Fluid. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird über ein Fluidisierungssystem 13 (in Fig. 2 nicht gezeigt) und eine Fluidleitung 24 das Fluid, vorzugsweise in Form von Druckluft, in die Mammutpumpe (Druckluftheber) 25 eingetragen. Durch die in der Mammutpumpe 25 eingetragene Druckluft wird partikuläres bzw. körni- ges Filtermaterial 32 aus dem unteren Bereich des Filterbetts 4 von der Mammutpumpe angesaugt und im Fluidstrom von unten nach oben gefördert. Der Eintrag des Fluids wird vorzugsweise über einen Schaltschrank 23 in Abhängigkeit vom Filterwiderstand gesteuert. In the reactor shown in FIG. 2, the fluidization of the filter bed 4 takes place via a mammoth pump 25 arranged axially along the longitudinal axis of the filter bed 4 or of the reactor, with the introduction of compressed air as the fluid. In this embodiment of the method according to the invention, the fluid, preferably in the form of compressed air, is introduced into the mammoth pump (compressed air lifter) 25 via a fluidization system 13 (not shown in FIG. 2) and a fluid line 24 . The compressed air introduced into the mammoth pump 25 causes particulate or granular total filter material 32 sucked from the lower area of the filter bed 4 by the mammoth pump and promoted in the fluid flow from bottom to top. The entry of the fluid is preferably controlled via a control cabinet 23 depending on the filter resistance.
Mit Hilfe der Mammutpumpe 25 wird bei der hier gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das Filtermaterial 32 zu einer oberhalb des Filterbetts angeordneten Spüleinheit 28, hier in Form eines Sandwäschers, gefördert und in der Spüleinheit 28 mit entgegenströmendem, denitrifiziertem Konzentrat 30 gewaschen. Das gereinigte Filtermaterial 32 sinkt auf das Filterbett 4 zurück, während der in der Spüleinheit 28 entstehende Abwasserstrom, welcher insbesondere abgetragene Biomasse und gegebenenfalls weitere partikuläre Rückstände, wie beispielsweise Feinabrieb des Filtermaterials oder ausgefallene Härtebildner, enthält, über einen Spülwasserauslass 29 aus dem Reaktor 1 entfernt wird. In the embodiment of the method according to the invention shown here, the filter material 32 is conveyed with the aid of the mammoth pump 25 to a rinsing unit 28 arranged above the filter bed, here in the form of a sand washer, and washed in the rinsing unit 28 with counterflowing, denitrified concentrate 30. The cleaned filter material 32 sinks back onto the filter bed 4, while the waste water flow arising in the rinsing unit 28, which in particular contains removed biomass and possibly other particulate residues, such as fine abrasion of the filter material or precipitated hardeners, is removed from the reactor 1 via a rinsing water outlet 29 becomes.
Das denitrifizierte Konzentrat 30 wird über einen Auslass 3 und den Ablauf 7 aus der Anlage geleitet. The denitrified concentrate 30 is routed out of the plant via an outlet 3 and the outlet 7 .
In Fig. 2B ist darüber hinaus ein Reaktor 1 dargestellt, welcher ebenfalls zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Hinsichtlich Bauart und Einrichtung entspricht der Reaktor 1 dem in Fig. 2A dargestellten Reaktor, wobei der Reaktor 1 gemäß Fig. 2B zusätzlich mindestens zwei Lanzen 33 für den Eintrag mindestens eines Fluids in das Filterbett 4 aufweist. Die Lanzen können, wie in Fig. 2B dargestellt, entlang ihrer Längsachse Fluidauslässe 34 aufweisen. Gleichermaßen kann es auch vorgesehen sein, dass die Lanzen 33 nur am unteren, ins Filterbett eintauchenden Ende einen Fluidauslass 34 aufweisen. In addition, FIG. 2B shows a reactor 1 which is also suitable for carrying out the process according to the invention. In terms of design and equipment, the reactor 1 corresponds to the reactor shown in FIG. 2A, the reactor 1 according to FIG. 2B additionally having at least two lances 33 for introducing at least one fluid into the filter bed 4. As shown in FIG. 2B, the lances may have fluid outlets 34 along their longitudinal axis. Equally, it can also be provided that the lances 33 only have a fluid outlet 34 at the lower end that dips into the filter bed.
Was den Fluideinstrom über die zusätzlichen Lanzen 33 weiterhin anbelangt, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass dieser unabhängig vom Fluideintrag über die Mammutpumpe 25 gesteuert wird. Dazu kann die Fluidleitung 24 Ventile aufweisen, die einen unabhängigen Eintrag des Fluids über die Lanzen 33 ermöglichen. With regard to the fluid inflow via the additional lances 33, it is preferred according to the invention that this is controlled independently of the fluid input via the mammoth pump 25. For this purpose, the fluid line 24 can have valves that allow the fluid to be fed in independently via the lances 33 .
Die zusätzlichen Lanzen 33 im Bereich der Reaktorwand können die Fluidisierung des Filterbetts 4 im Hinblick auf die Regulierung bzw. Steuerung der Ausbildung des Biofilms noch weiterführend verbessern. Durch den Einsatz von Lanzen auch im Bereich der Reaktorwand kann eine noch gleichmäßigere Fluidisierung des Fil- terbetts 4 erfolgen, was wiederum die Regulierung des Biofilms und damit auch die Nitratabbaurate verbessert. The additional lances 33 in the area of the reactor wall can further improve the fluidization of the filter bed 4 with regard to the regulation or control of the formation of the biofilm. By using lances in the area of the reactor wall, an even more uniform fluidization of the filter terbetts 4, which in turn improves the regulation of the biofilm and thus also the nitrate degradation rate.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend zudem anhand der Ausführungsbeispiele geschildert, welche jedoch keinesfalls beschränkend zu verstehen sind. Preferred embodiments of the present invention are also described below using the exemplary embodiments, which, however, are in no way to be understood as limiting.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE: EXEMPLARY EMBODIMENTS:
Auf Basis der nachfolgend geschilderten Ausführungsbeispiele wurde die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere im Hinblick auf die Entfernung von Nitrat aus Umkehrosmosekonzentrat, untersucht. The efficiency of the method according to the invention, in particular with regard to the removal of nitrate from reverse osmosis concentrate, was examined on the basis of the exemplary embodiments described below.
1. Technischer Hintergrund zur Zielsetzung des erfindunqsqemäßen Verfahrens1. Technical background to the objective of the method according to the invention
Ausgangspunkt für die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele ist eine Naturfilteranlage, in der Rohwasser, wie z.B. Brunnenwasser, mittels Umkehrosmose (synonym auch Reverse Osmosis, abgekürzt RO) auf Trinkwasserqualität aufbereitet wird. Das bei der Aufbereitung mittels Umkehrosmose anfallende Konzentrat wird zu Zwecken der Entsorgung bzw. Rezyklierung in den Wasserkreislauf in ein Fließgewässer eingeleitet. Um die vom Gesetzgeber vorgegebenen Grenzwerte für Gesamtstickstoff von 20 mg/l bei der Einleitung des Konzentrats in den Wasserkörper nicht zu überschreiten, wurde die großtechnische Naturfilteranlage bislang so betrieben, dass die Stickstoff- bzw. Nitratkonzentration im Konzentrat der Umkehrosmose diesen Wert einhält. The starting point for the exemplary embodiments described below is a natural filter system in which raw water, such as well water, is treated to drinking water quality by means of reverse osmosis (synonymous with reverse osmosis, abbreviated to RO). The concentrate obtained during treatment using reverse osmosis is discharged into a watercourse for disposal or recycling in the water cycle. In order not to exceed the legal limit for total nitrogen of 20 mg/l when introducing the concentrate into the body of water, the large-scale natural filter system has so far been operated in such a way that the nitrogen or nitrate concentration in the reverse osmosis concentrate maintains this value.
Die bisherige Verfahrensführung hat eine verringerte Trinkwasserausbeute der Naturfilteranlage zur Folge. Mit anderen Worten steht bislang die Stickstofffracht im Umkehrosmosekonzentrat einer Verbesserung der Produktivität des Aufbereitungsprozesses entgegen. The previous process has resulted in a reduced drinking water yield from the natural filter system. In other words, the nitrogen load in the reverse osmosis concentrate has so far stood in the way of an improvement in the productivity of the treatment process.
Das erfindungsgemäße, nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschriebene Verfahren ermöglicht eine Reduzierung der Gesamtstickstofffracht in Umkehrosmosekonzentraten aus der Trinkwasseraufbereitung und erlaubt so eine Erhöhung der Ausbeute bei der Trinkwasseraufbereitung. The method according to the invention, described below with reference to a preferred embodiment, makes it possible to reduce the total nitrogen load in reverse osmosis concentrates from drinking water treatment and thus allows an increase in the yield in drinking water treatment.
2. Behandlung von Umkehrosmosekonzentrat mit dem erfindunqsqemäßen Verfahren 2. Treatment of reverse osmosis concentrate with the method according to the invention
Um die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere im Hinblick auf die Reduzierung der Gesamtstickstoffkonzentration in Umkehrosmosekonzentraten aus der Aufbereitung von Rohwasser auf Trinkwasserqualität zu untersuchen, wurde das nachfolgend beschriebene Filtrationsverfahren in einer Anlage gern. Fig. 1 , welche einen Reaktor, wie in Fig. 2 dargestellt, aufweist, durchgeführt. Inbetriebnahme des Reaktors In order to investigate the efficiency of the method according to the invention, in particular with regard to the reduction of the total nitrogen concentration in reverse osmosis concentrates from the treatment of raw water to drinking water quality, the filtration method described below was used in a plant. Fig. 1, which has a reactor as shown in Fig. 2, carried out. Commissioning of the reactor
Die Inbetriebnahme des Reaktors bzw. Filters gestaltete sich dabei wie folgt:The commissioning of the reactor or filter was as follows:
Der Reaktor wurde zunächst mit Quarzsand nach DIN EN 120904 als Filtermaterial befüllt, wobei die Sandkörner einen Partikeldurchmesser bzw. eine Partikelgröße im Bereich von 1 bis 2 mm aufwiesen. Im Anschluss wurden die Anlage bzw. der Reaktor in Betrieb genommen. The reactor was first filled with quartz sand according to DIN EN 120904 as filter material, the grains of sand having a particle diameter or a particle size in the range from 1 to 2 mm. The plant and the reactor were then put into operation.
Zum Animpfen des Filterbetts im Reaktor wurde die Zulaufvorlage der Anlage mit einer ausgewählten Bakterien- bzw. Mikroorganismenkultur beschickt. Im vorliegenden Fall handelte es sich um eine Reinkultur von Paracoccus dentri- ficans. Um bei den Mikroorganismen Stress beim Anfahren des Reaktors bzw. Filters zu vermeiden, erfolgte die Adaptierung zunächst nur mit Brauchwasser unter Zugabe von Essig- und Phosphorsäure. Mit dem Brauchwasser wurden weitere Mikroorganismen in das Filterbett eingebracht. Nachdem sich ein stabiler Biofilm auf dem Filtermaterial ausgebildet hatte, wurde das Brauchwasser durch Umkehrosmosekonzentrat ersetzt, wobei dem Konzentrat weiterhin zur Konditionierung Essig- und Phosphorsäure zudosiert wurde. Nach Adaption der Mikroorganismen bzw. des Biofilms an das konditionierte Konzentrat wurde im Ablauf der Anlage ein signifikanter Abbau von Nitrat verzeichnet. Damit war der Reaktor bzw. das Filter für das erfindungsgemäße Verfahren betriebsbereit. RNA-Anlaysen haben gezeigt, dass sich im Biofilm u.a. Bakterien der Gattungen Arcobacter, Hydrogenophaga, Bdellovibrio, Flavobacterium, Simplicispira, Acidovorax und Chitinophagaceae angesiedelt hatten. To inoculate the filter bed in the reactor, the inflow reservoir of the plant was fed with a selected bacterial or microorganism culture. In the present case it was a pure culture of Paracoccus dentrificans. In order to avoid stress on the microorganisms when the reactor or filter is started up, the adaptation was initially carried out using only service water with the addition of acetic and phosphoric acid. Further microorganisms were introduced into the filter bed with the service water. After a stable biofilm had formed on the filter material, the process water was replaced by reverse osmosis concentrate, with acetic and phosphoric acid being added to the concentrate for conditioning. After adaptation of the microorganisms or the biofilm to the conditioned concentrate, a significant degradation of nitrate was recorded in the effluent of the plant. The reactor or the filter for the process according to the invention was then ready for operation. RNA analyzes showed that bacteria of the genera Arcobacter, Hydrogenophaga, Bdellovibrio, Flavobacterium, Simplicispira, Acidovorax and Chitinophagaceae had settled in the biofilm.
Durchführung des erfindunqsqemäßen Verfahrens Carrying out the method according to the invention
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde der Reaktor mit einer Pumpeinrichtung aus der Zulaufvorlage, welche mit Umkehrosmosekonzentrat aus einer vorgeschalteten Umkehrosmose versorgt wurde, beschickt. Um eine Entleerung der Vorlage bei unterschiedlichen Betriebszuständen der Umkehrosmose zu vermeiden, war der Zulaufvolumenstrom des Konzentrats zur Zulaufvorlage größer als jener zum Reaktor. Within the scope of the process according to the invention, the reactor was charged with a pump device from the feed reservoir, which was supplied with reverse osmosis concentrate from an upstream reverse osmosis system. In order to avoid emptying the template in different operating states of the reverse osmosis, the inflow volume flow of the concentrate to the inflow template was greater than that to the reactor.
Das zu behandelnde Konzentrat wurde mittels einer Zulaufleitung über den Einlass in den Reaktor zum sternenförmigen Verteiler geleitet und gleichmäßig über das Filterbett verteilt. Die Belastung des Filterbetts mit Umkehrosmosekonzentrat wurde langsam gesteigert. In einer 30-tägigen Anfahr- phase wurde das Umkehrosmosekonzentrat zunächst mit einer Bettbelastung (Menge Gesamtstickstoff pro Kubikmeter Filtermaterial pro Tag) von bis zu 500 g/m3/d in das Filterbett geleitet. In der sich anschließenden Betriebsphase wurde die Bettbelastung auf bis zu 2.100 g/m3/d erhöht. Unter Berücksichtigung der Nitratabbaurate hat sich ein Filterwiderstand im Bereich von 20 cmWS bis 60 cmWS als geeignet erwiesen. The concentrate to be treated was fed by means of a feed line via the inlet into the reactor to the star-shaped distributor and distributed evenly over the filter bed. The loading of the filter bed with reverse osmosis concentrate was slowly increased. In a 30-day start-up phase, the reverse osmosis concentrate was first fed into the filter bed with a bed loading (amount of total nitrogen per cubic meter of filter material per day) of up to 500 g/m 3 /d. In the subsequent operating phase, the bed load was increased to up to 2,100 g/m 3 /d. Taking into account the nitrate degradation rate, a filter resistance in the range of 20 cmWS to 60 cmWS has proven to be suitable.
Das Filter wurde als Aufstromfilter betrieben, d.h. das Konzentrat hat das Filterbett zu Zwecken der Denitrifikation von unten nach oben durchströmt. Dabei wurden Nitrit (NO2) als Zwischenprodukt und Nitrat (NO3) von den sessil auf dem partikulärem Filtermaterial aufwachsenden Mikroorganismen zu molekularem Stickstoff (N2) reduziert. Der bei der Denitrifikation entstehende molekulare Stickstoff wurde über ein Abluftsystem aus dem Reaktor abgeführt. Das behandelte bzw. denitrifizierte Konzentrat wurde über den Auslass und eine Ablaufleitung bzw. über den Ablauf aus dem Reaktor ausgeleitet. The filter was operated as an upflow filter, ie the concentrate flowed through the filter bed from bottom to top for denitrification purposes. In the process, nitrite (NO 2 ) as an intermediate product and nitrate (NO 3 ) were reduced to molecular nitrogen (N 2 ) by the sessile microorganisms growing on the particulate filter material. The molecular nitrogen formed during the denitrification was removed from the reactor via an exhaust air system. The treated or denitrified concentrate was discharged from the reactor via the outlet and a drain line or via the drain.
Um eine Verblockung des Filters zu verhindern und darüber hinaus einen kontinuierlichen Stoffaustausch sowie eine Aufrechterhaltung der Biozönose zu gewährleisten, wurde das Filtermaterial kontinuierlich fluidisiert und in der oberhalb des Filterbetts angeordneten Spüleinheit gereinigt. Der Filterwiderstand wurde dabei überwacht und mit Hilfe des Fluideintrags auf geeignete Werte eingestellt. Die Fluidisierung des Filterbetts und die Förderung des Filtermaterials zu der Spüleinheit erfolgte mittels einer axial entlang der Längsachse des Reaktors bzw. Filters angeordneten Mammutpumpe. Durch den Eintrag von Druckluft in die Mammutpumpe wurde das Filtermaterial aus dem Kegel am Boden des Reaktors in die Spüleinheit in Form eines Sandwäschers im oberen Bereich des Reaktors transportiert bzw. gefördert und mittels eines kleinen Teils des Ablaufs bzw. des entgegenströmenden, bereits behandelten Konzentrats gereinigt. Im Rahmen des Fördervorgangs und/oder der Reinigung wurde dabei ein Teil des Biofilms vom Filtermaterial abgetragen, um ein Zuwachsen des Filterbetts mit Biomasse zu vermeiden. Die Stärke des Abtrags des Biofilms wurde über den Drucklufteintrag in die Mammutpumpe gesteuert. Das in der Spüleinheit anfallende, Biomasse und ggf. weitere partikuläre Rückstände des Verfahrens enthaltende Spülwasser wurde über einen Spülwasserauslass aus dem Reaktor geleitet und über die Zulaufvorlage rezykliert. Das gereinigte Filtermaterial in Form von Sand wurde durch ein Absinken aus der Spüleinheit zurück auf das Filterbett ebenfalls rezykliert. Um die Milieubedingungen für die denitrifizierenden Mikroorganismen einzustellen bzw. das Konzentrat für die mikrobielle Denitrifkation zu konditionieren, wurden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens dem Konzentrat im Zulauf mittels Dosiereinrichtungen eine Kohlenstoffquelle und bei Bedarf eine Phosphorquelle und ggf. Spurenelemente, jeweils in gelöster Form, zudosiert. Als Kohlenstoffquelle wurde 60 %-ige Essigsäure, als Phosphorquelle 0,3 %-ige Phosphorsäure und als Eisenquelle Eisen(ll)-sulfat eingesetzt. Die Spurenelementlösung enthielt Zinksulfat (ZnSC ), Manganchlorid (MgCh), Borsäure (H3B03), Kobaltchlorid (C0CI2), Kupferchlorid (CuCk), Nickelchlorid (NiCh) und/oder Natriummolybdat (NazMoO^, jeweils in gelöster Form. In order to prevent blockage of the filter and to ensure continuous material exchange and maintenance of the biocenosis, the filter material was continuously fluidized and cleaned in the rinsing unit located above the filter bed. The filter resistance was monitored and adjusted to suitable values with the help of the fluid input. The fluidization of the filter bed and the conveyance of the filter material to the rinsing unit took place by means of a mammoth pump arranged axially along the longitudinal axis of the reactor or filter. By introducing compressed air into the mammoth pump, the filter material was transported or conveyed from the cone at the bottom of the reactor into the rinsing unit in the form of a sand washer in the upper area of the reactor and cleaned using a small part of the outflow or the counterflowing, already treated concentrate . As part of the conveying process and/or cleaning, part of the biofilm was removed from the filter material in order to prevent the filter bed from becoming overgrown with biomass. The rate at which the biofilm was removed was controlled by the compressed air input into the mammoth pump. The rinsing water occurring in the rinsing unit and containing biomass and possibly other particulate residues of the process was conducted out of the reactor via a rinsing water outlet and recycled via the feed receiver. The cleaned filter material in the form of sand was also recycled by sinking back from the rinsing unit onto the filter bed. In order to set the environmental conditions for the denitrifying microorganisms or to condition the concentrate for the microbial denitrification, a carbon source and, if required, a phosphorus source and possibly trace elements, each in dissolved form, were metered into the concentrate in the feed using metering devices within the scope of the process according to the invention. 60% acetic acid was used as the carbon source, 0.3% phosphoric acid as the phosphorus source and ferrous sulfate as the iron source. The trace element solution contained zinc sulfate (ZnSC), manganese chloride (MgCh), boric acid (H3B03), cobalt chloride (C0Cl2), copper chloride (CuCk), nickel chloride (NiCh) and/or sodium molybdate (NazMoO^), each in dissolved form.
Mit Hilfe dem Fachmann grundsätzlich bekannter Mittel, z.B. Druckmesssonden und/oder Durchflussmessern, wurden darüber hinaus der Filterwiderstand und der Zulaufvolumenstrom überwacht. The filter resistance and the inflow volume flow were also monitored with the aid of means that are fundamentally known to those skilled in the art, e.g. pressure measuring probes and/or flow meters.
Das Verfahren wurde kontinuierlich und unterbrechungsfrei betrieben. Die Steuerung des Verfahrens, insbesondere der Eintrag von Druckluft zur Fluidisierung des Filterbetts, erfolgte über einen Schaltschrank. The process was operated continuously and without interruption. The control of the process, in particular the entry of compressed air to fluidize the filter bed, was carried out via a control cabinet.
Die Konzentrationen von insbesondere im Hinblick auf die Direkteinleiterverordnung relevanten Wasserinhaltsstoffen, wie Gesamtstickstoff TNb, chemischem Sauerstoffbedarf (CSB), Härtebildnern, Gesamtphosphor, gesamtem organisch gebundenem Kohlenstoff (TOC), abfiltrierbaren Stoffe und pH- Wert, wurden sowohl im Zu- als auch im Ablauf mit Hilfe geeigneter Messeinrichtungen gemessen. - Untersuchung der Nitratabbauleistunq The concentrations of water constituents that are particularly relevant with regard to the direct discharger ordinance, such as total nitrogen TNb, chemical oxygen demand (COD), hardness components, total phosphorus, total organically bound carbon (TOC), filterable substances and pH value, were measured both in the inflow and in the outflow measured using suitable measuring equipment. - Investigation of the nitrate degradation performance
Die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde weiterführend untersucht: The efficiency of the method according to the invention was further investigated:
Zunächst wurde die Nitrat- bzw. Stickstoffabbauleistung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei unterschiedlicher Beschickung und Verweilzeit des zu reinigenden Umkehrosmosekonzentrats im Filterbett in der Anfahr- bzw. Betriebsphase untersucht. Der nachfolgenden Tabelle sind der Volumenstrom sowie die Gesamtstickstoffkonzentration im Zulauf für die Anfahr- bzw. ersten Betriebsphasen zu entnehmen:
Figure imgf000033_0001
First, the nitrate and nitrogen degradation performance of the process according to the invention was examined with different loading and dwell times of the reverse osmosis concentrate to be cleaned in the filter bed in the start-up and operating phase. The following table shows the volume flow and the total nitrogen concentration in the inlet for the start-up and first operating phases:
Figure imgf000033_0001
Die Beschickung des Reaktors bzw. Filterbets mit Umkehrosmosekonzentrat erfolgte, wie oben geschildert, kontinuierlich. Zur Schaffung optimaler Milieubedingungen für die Denitrifizierer wurden dem Konzentrat im Zulauf Essigsäure als Kohlenstoffquelle und Phosphorsäure als Phosphorquelle zudosiert.The reactor or filter bed was fed continuously with reverse osmosis concentrate, as described above. In order to create optimal environmental conditions for the denitrifiers, acetic acid as a carbon source and phosphoric acid as a phosphorus source were added to the concentrate in the feed.
In späteren Betriebsphasen wurden Zulaufvolumenstrom und die Gesamtstickstoffkonzentration im Zulauf weiter variiert. Während der Versuchstage 193 bis 204 wurde beispielsweise die Gesamtstickstoffkonzentration im Zulauf bei verringerten Volumenstrom von 1 ,2 m3/h bzw. 1 ,5 m3/h auf circa 49 mg/l bis 59 mg/l erhöht. In later operating phases, the inflow volume flow and the total nitrogen concentration in the inflow were further varied. During test days 193 to 204, for example, the total nitrogen concentration in the inflow was increased from 1.2 m 3 /h or 1.5 m 3 /h to around 49 mg/l to 59 mg/l at a reduced volume flow.
Die Gesamtstickstoffkonzentrationen TNb in Zu- und Ablauf wurden jeweils ermittelt. Die diesbezüglichen Ergebnisse für die Anfahrphase und die Betriebsphasen sind in Fig. 3A, Fig. 3B und Fig. 3C grafisch dargestellt. The total nitrogen concentrations TNb in the inflow and outflow were determined in each case. The relevant results for the start-up phase and the operating phases are shown graphically in FIGS. 3A, 3B and 3C.
In Phase I der Anfahrphase wurde im Mittel ein Abbaugrad von 88 % des Gesamtstickstoffs erreicht. Der minimale und maximale Abbaugrad betrugen 84 % bzw. 93 %. Mit der Anhebung des Zulaufvolumenstroms in Phase II der Anfahrphase auf 1 ,5 m3/h wurde ein mittlerer Abbaugrad von 86 % des Gesamtstickstoffs erzielt. Mit einem maximalen Abbau von 97 % wurde bereits eine nahezu vollständige Reduzierung von Stickstoff im Umkehrosmose- Konzentrat erreicht. Der minimale Abbaugrad betrug in Phase II 77 %. Bereits in der gesamten Anfahrphase lag die Gesamtstickstoffkonzentration im Ablauf im Schnit bei etwa 3,25 mg/l und somit deutlich unter dem gesetzlich einzuhaltenden Grenzwert von 20 mg/l für eine Einleitung in Fließgewässer. In phase I of the start-up phase, an average degree of degradation of 88% of the total nitrogen was achieved. The minimum and maximum degrees of degradation were 84% and 93%, respectively. With the increase in the inflow volume flow in phase II of the start-up phase to 1.5 m 3 /h, an average degree of degradation of 86% of the total nitrogen was achieved. With a maximum reduction of 97%, an almost complete reduction of nitrogen in the reverse osmosis concentrate has already been achieved. The minimum degree of degradation in phase II was 77%. During the entire start-up phase, the average total nitrogen concentration in the outflow was around 3.25 mg/l and thus well below the legal limit of 20 mg/l for discharge into running water.
In der anschließenden Phase III und Betriebsphase erfolgte eine weitere Erhöhung des Zulaufvolumenstroms auf 1 ,8 m3/h, wobei eine nahezu vollständige Reduzierung des Gesamtstickstoffs (im Durchschnitt von 95 %) erfolgte. Die Werte unterlagen einer geringen Schwankungsbreite mit minimal 90 % und maximal 100 % Abbaugrad. In Phase IV mit einem Zulaufvolumenstrom von 2,0 m3/h konnte weiterhin eine sehr deutliche Reduzierung des Gesamtstickstoffs mit einem mittleren Abbaugrad von 94 % verzeichnet wer- den. Die Werte für den Abbaugrad lagen in einem sehr kleinen Schwankungsbereich zwischen minimal 90 % und maximal 97 %. Die Gesamtstickstoffkonzentration im Ablauf lag in dieser Betriebsphase im Mittel bei 1 ,38 mg/l und somit ebenfalls deutlich unter dem gesetzlich einzuhaltenden Grenzwert von 20 mg/l. In the subsequent phase III and operating phase, the inflow volume flow was increased further to 1.8 m 3 /h, with the total nitrogen being almost completely reduced (on average by 95%). The values were subject to a small range of fluctuation with a minimum of 90% and a maximum of 100% degree of degradation. In phase IV with an inflow volume flow of 2.0 m 3 /h, a very significant reduction in total nitrogen with an average degree of degradation of 94% was recorded. the. The values for the degree of degradation were in a very small range of variation between a minimum of 90% and a maximum of 97%. The total nitrogen concentration in the effluent was on average 1.38 mg/l in this operating phase and thus also well below the legal limit of 20 mg/l.
Im späteren Verlauf wurde, wie oben bereits ausgeführt, die Gesamtstickstoffkonzentration im Zulauf erhöht. Exemplarisch werden an dieser Stelle die Daten der Versuchstage 193 bis 204 herangezogen, wo die Gesamtstickstoffkonzentration im Zulauf auf ca. 49 mg/l bis 58 mg/l erhöht wurde. Wie aus Fig. 3C ersichtlich ist, wurden auch bei deutlich erhöhter Gesamtstickstoffkonzentration bzw. Stickstofffracht ein minimaler Abbaugrad von ca. 80 % und ein maximaler Abbaugrad von mehr als 99 % erzielt. Auch mit erhöhter Gesamtstickstoffkonzentration wurde damit der gesetzlich einzuhaltende Grenzwert von 20 mg/l für eine Direkteinleitung problemlos eingehalten. As already explained above, the total nitrogen concentration in the inflow was increased later on. The data from test days 193 to 204 are used here as an example, when the total nitrogen concentration in the inflow was increased to approx. 49 mg/l to 58 mg/l. As can be seen from FIG. 3C, a minimum degree of degradation of about 80% and a maximum degree of degradation of more than 99% were achieved even with a significantly increased total nitrogen concentration or nitrogen load. Even with an increased total nitrogen concentration, the legal limit of 20 mg/l for direct discharge was easily complied with.
In Fig. 4A ist die spezifische Abbaurate gegenüber der Bettbelastung, bezogen auf die Gesamtstickstoffkonzentration, für die Phasen I bis IV dargestellt. Anhang von Fig. 4A ist erkennbar, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach einer Anpassungsphase die gesamte Stickstofffracht, die der Anlage zugeführt wird, im Reaktor abgebaut wird, somit also ein Abbaugrad von nahezu 100 % erreicht werden kann. Vor dem Hintergrund der Ergebnisse ist sogar davon auszugehen, dass die Grenze für einen vollständigen Abbau der Stickstofffracht noch nicht erreicht ist und sowohl das Potential bezüglich der größtmöglichen Beschickung des Filterbetts als auch der Erhöhung der Nitratkonzentration noch nicht ausgeschöpft ist. In FIG. 4A the specific degradation rate versus bed load, based on the total nitrogen concentration, is shown for phases I to IV. Appendix of Fig. 4A it can be seen that with the method according to the invention, after an adjustment phase, the entire nitrogen load that is fed to the plant is degraded in the reactor, so a degree of degradation of almost 100% can be achieved. Against the background of the results, it can even be assumed that the limit for a complete reduction of the nitrogen load has not yet been reached and that the potential for the largest possible loading of the filter bed and the increase in the nitrate concentration has not yet been exhausted.
In Fig. 4B ist die spezifische Abbaurate gegenüber der Bettbelastung, bezogen auf die spezifische Abbaurate für Nitratstickstoff, exemplarisch für die späteren Versuchstage 193 bis 204 dargestellt. Anhand von Fig. 4B ist erkennbar, dass auch nach Erhöhung der Gesamt- bzw. Nitratstickstofffracht, die der Anlage zugeführt wird, weiterhin ein Abbaugrad von Nitrat von 85 bis nahezu 100 % erreicht werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich daher durch eine hervorragende Nitratabbaurate aus. FIG. 4B shows the specific decomposition rate in relation to the bed load, based on the specific decomposition rate for nitrate nitrogen, as an example for the later test days 193 to 204. It can be seen from FIG. 4B that even after increasing the total or nitrate nitrogen load that is fed to the plant, a degree of nitrate degradation of 85 to almost 100% can still be achieved. The method according to the invention is therefore distinguished by an excellent nitrate degradation rate.
In Fig. 5 ist zudem für die Versuchstage 193 bis 204 die Nitratstickstoffkonzentration in Zu- und Ablauf grafisch dargestellt. Im Zulauf lag die Nitratstickstoffkonzentration im Bereich von 41 bis 51 mg/l. Im Ablauf hingegen wurden nur Nitratstickstoffkonzentrationen im Bereich von annähernd 0 mg/l bis ma- ximal 12 mg/l gemessen. Im Ergebnis können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der dabei durchgeführten Denitrifikation große Mengen bzw. Konzentrationen von Nitrat nahezu vollständig aus Umkehrosmosefiltraten entfernt werden. Bei den hier gezeigten Versuchstagen wurden Nitratabbaugrade von circa 85 % bis 99 % erzielt. - Steuerung des Fluideintrags in Abhängigkeit vom Filterwiderstand In addition, FIG. 5 graphically shows the nitrate nitrogen concentration in the inflow and outflow for test days 193 to 204. The nitrate nitrogen concentration in the inlet was in the range from 41 to 51 mg/l. In the effluent, on the other hand, only nitrate nitrogen concentrations in the range of approximately 0 mg/l to max. measured at a maximum of 12 mg/l. As a result, large amounts or concentrations of nitrate can be almost completely removed from reverse osmosis filtrates with the method according to the invention and the denitrification carried out therein. On the test days shown here, nitrate degradation levels of around 85% to 99% were achieved. - Control of the fluid entry depending on the filter resistance
Wie zuvor bereits ausgeführt, hat es sich erfindungsgemäß als vorteilhaft erwiesen, den Fluideintrag in Abhängigkeit vom Filterwiderstand zu steuern, um ein zu starkes Abscheren der Biomasse zu verhindern, gleichzeitig jedoch auch einem Verblocken des Filters vorzubeugen. Der Filterwiderstand dient dabei insbesondere als indirektes Maß für die Ausbildung des Biofilms auf dem Filterwiderstand. Bei der im Rahmen der Ausführungsbeispiele eingesetzten Anlage mit einem Reaktor, welcher ein Filterbett auf Basis von Quarzsand mit einer Partikelgröße im Bereich von 1 bis 2 mm aufwies, hat sich auf Basis der Nitratabbaurate ein Filterwiderstand im Bereich von 20 bis maximal 60 cmWS, insbesondere im Bereich von 25 bis 40 cmWS, als geeignet erwiesen. In Fig. 7 sind der Filterwiderstand, angegeben in cm Wassersäule [cmWS], und der Fluideintrag, angegeben in Volumen Normluft pro Minute [Nl/min], exemplarisch für die Versuchstage 193 bis 204 gezeigt. Bei einem übermäßigen Anstieg des Filterwiderstands, wie an den Versuchstagen 201 und 202 auf 46 bis 47 cmWS, wurde der Fluideintrag erhöht, um die Biomasse auf dem Filtermaterial zu reduzieren und so den Filterwiderstand wieder zu senken. Bei Erreichen eines Filterwiderstands im besonders bevorzugten Bereich, vorliegend im Bereich von ca. 30 bis 35, wurde der Fluideintrag wieder reduziert, um ein weiteres Abscheren der Biomasse zu vermeiden. . Messung des CSB As already explained above, it has proved to be advantageous according to the invention to control the fluid input as a function of the filter resistance in order to prevent excessive shearing of the biomass, but at the same time to prevent the filter from becoming blocked. The filter resistance serves in particular as an indirect measure of the formation of the biofilm on the filter resistance. In the system used in the context of the exemplary embodiments with a reactor which had a filter bed based on quartz sand with a particle size in the range from 1 to 2 mm, a filter resistance in the range from 20 to a maximum of 60 cm water column based on the nitrate degradation rate, especially in the Range of 25 to 40 cmWS proven to be suitable. FIG. 7 shows the filter resistance, given in cm of water column [cmWS], and the fluid input, given in volume of standard air per minute [Nl/min], as an example for test days 193 to 204. If the filter resistance increased excessively, as on test days 201 and 202 to 46 to 47 cm water column, the fluid input was increased in order to reduce the biomass on the filter material and thus reduce the filter resistance again. When a filter resistance in the particularly preferred range was reached, in this case in the range from approx. 30 to 35, the fluid input was reduced again in order to avoid further shearing off of the biomass. . Measurement of the COD
Für den Chemischen Sauerstoffbedarf legt die Direkteinleiterverordnung derzeit einen Grenzwert von 90 mg/l fest, der in Wässern bei einer Direkteinleitung in Fließgewässer und kommunale Abwässer nicht überschritten werden darf. For the chemical oxygen demand, the Direct Discharge Ordinance currently sets a limit value of 90 mg/l, which must not be exceeded in water when it is discharged directly into running water and municipal waste water.
Im Hinblick auf eine mikrobielle Denitrifikation zur Einhaltung der Grenzwerte für Nitrat und insbesondere die Gesamtstickstoffkonzentration ist jedoch ein gewisser CSB im Umkehrosmosekonzentrat für den mikrobiellen Stoffwechsel erforderlich. However, with regard to microbial denitrification to comply with the limit values for nitrate and in particular the total nitrogen concentration certain COD in reverse osmosis concentrate required for microbial metabolism.
Durch die Kontrolle bzw. Messung des CSB in Zu- und Ablauf kann sichergestellt werden, dass zwar ausreichend Nährsubstrat für die Stoffumsetzung zur Verfügung gestellt wird, gleichzeitig aber keine unnötige Überdosierung erfolgt, d.h. der gesetzliche Grenzwert von 90 mg/l für eine Direkteinleitung im Ablauf nicht überschritten wird. Die Ergebnisse der CSB-Messung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Fig. 6A und Fig. 6B grafisch dargestellt.By checking or measuring the COD in the inflow and outflow, it can be ensured that there is sufficient nutrient substrate for the material conversion, but at the same time there is no unnecessary overdose, i.e. the legal limit of 90 mg/l for direct discharge in the outflow is not exceeded. The results of the COD measurement of the method according to the invention are shown graphically in FIGS. 6A and 6B.
In Phase I der Anfahrphase lag die CSB-Konzentration im Ablauf im Mittel bei etwa 7,4 mg/l, sodass mit etwa 93 % Abbaugrad der zugeführte Kohlenstoff für die Reduzierung des Gesamtstickstoffs optimal verbraucht wurde. Nach Erhöhung des Zulaufvolumenstroms in Phase II wurde die Dosierung der Essigsäure zweimalig um 4,5 % bzw. 13,6 % erhöht. Der zugeführte Kohlenstoff wurde jeweils annähernd gleich um etwa 91 % gezehrt und lag im Ablauf bei einem Mittelwert von 7,8 mg/l (vgl. Fig. 6A). Der Abbau des Gesamtstickstoffs konnte dadurch auf bis zu 97 % gesteigert werden (vgl. Fig. 3A). In phase I of the start-up phase, the average COD concentration in the outflow was around 7.4 mg/l, so that with a degree of degradation of around 93%, the carbon supplied was optimally used to reduce the total nitrogen. After increasing the feed volume flow in phase II, the dosage of acetic acid was increased twice by 4.5% and 13.6%. The carbon supplied was used up by approximately 91% in each case and was at an average value of 7.8 mg/l in the outflow (cf. FIG. 6A). As a result, the breakdown of the total nitrogen could be increased to up to 97% (cf. FIG. 3A).
Trotz Steigerung des Zulaufvolumenstroms auf 1 ,8 m3/h in Phase III wurden lediglich 83 % des zugeführten Kohlenstoffs verbraucht, wobei der Abbaugrad des Gesamtstickstoffs weiterhin anstieg. Dies deutet auf eine Steigerung der Effizienz im Stoffwechsel der Mikroorganismen (im Biofilm) hin. Die CSB Konzentration betrug während dieses Zeitraums im Ablauf im Mittel 17,9 mg/l. Die Dosiermenge an Essigsäure konnte daher reduziert werden. Despite an increase in the feed volume flow to 1.8 m 3 /h in phase III, only 83% of the carbon fed in was consumed, with the degree of degradation of the total nitrogen continuing to rise. This indicates an increase in efficiency in the metabolism of the microorganisms (in the biofilm). The average COD concentration in the outflow during this period was 17.9 mg/l. The dosage of acetic acid could therefore be reduced.
Bei einem Zulaufvolumenstrom von 2,0 m3/h in Phase IV der Betriebsphase betrugt die Zehrung des zudosierten Kohlenstoffs im Mittel 80 %. Die CSB- Konzentration im Ablauf lag bei einem mittleren Wert von 18,9 mg/l (vgl. Fig. 6B). Messung von Trübstoffen With an inflow volume flow of 2.0 m 3 /h in phase IV of the operating phase, consumption of the metered carbon was 80% on average. The COD concentration in the outflow was at an average value of 18.9 mg/l (cf. FIG. 6B). Measurement of turbidity
Wie auch die Gesamtstickstoffkonzentration und der CSB wird die Konzentration an Trübstoffen und Härtebildnern für eine Direkteinleitung in Fließgewässer gesetzlich reguliert. Derzeit wird in Deutschland für abfiltrierbare Stoffe ein Grenzwert von 30 mg/l festgelegt. Like the total nitrogen concentration and the COD, the concentration of cloudy matter and hardeners is regulated by law for direct discharge into running water. A limit value of 30 mg/l is currently being set in Germany for substances that can be filtered off.
In der Anfahr- und Betriebsphase lagen die Konzentrationen bezüglich der abfiltrierbaren Stoffe im Ablauf mit einem Mittelwert von 12,3 mg/l unter dem gesetzlich einzuhaltenden Grenzwert von 30 mg/l. In Fig. 8 werden der Ablauf, Spülwasser und Zulauf (von links nach rechts) aus dem zuvor geschilderten Verfahren nebeneinander aufgestellt gezeigt. Es ist ohne Weiteres ersichtlich, dass sowohl der Zulauf als auch der Ablauf klar sind und keine Trübung aufweisen. Hingegen zeigt das Spülwasser eine deutliche Trübung. Die abfiltrierbaren Stoffe des Ablaufs betrugen im Mittel 10,1 mg/l. Die abfiltrierbaren Stoffe im Spülwasser lagen bei 202 mg/l. In the start-up and operating phase, the concentrations of the filterable substances in the effluent with an average of 12.3 mg/l were below the legal limit of 30 mg/l. In FIG. 8, the outflow, rinsing water and inflow (from left to right) from the previously described process are shown set up next to one another. It is readily apparent that both the influent and the effluent are clear with no turbidity. In contrast, the rinsing water shows a clear turbidity. The mean of the substances in the effluent that could be filtered off was 10.1 mg/l. The filterable substances in the rinsing water were 202 mg/l.
Das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere die Filtration durch ein partikuläres Filtermaterial mit einem Biofilm, führt im Ergebnis zu keiner Anreicherung von Trübstoffen im Ablauf. Abrieb des partikulären Filtermaterials, wie er insbesondere bei Einsatz von Sand als Filtermaterial auftreten kann, potenziell ausgefallene Härtebildner und abgelöste Biomasse werden durch das Filterbett zurückgehalten und mit dem Spülwasser ausgeschleust. Fazit und Ausblick The method according to the invention, in particular the filtration through a particulate filter material with a biofilm, does not result in any accumulation of turbid matter in the effluent. Abrasion of the particulate filter material, which can occur in particular when using sand as the filter material, potentially precipitated hardeners and detached biomass are retained by the filter bed and discharged with the rinsing water. Conclusion and outlook
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Behandlung von Konzentraten mit hoher Nitratstickstofffracht aus der Aufbereitung von Rohwasser mittels Umkehrosmose die Anforderungen an den Abbau von Stickstoffverbindungen hinsichtlich der gesetzlichen Grenzwerte für eine Direkteinleitung sicher eingehalten werden.In summary, it can be stated that with the method according to the invention for the treatment of concentrates with a high nitrate nitrogen load from the treatment of raw water using reverse osmosis, the requirements for the degradation of nitrogen compounds with regard to the legal limit values for direct discharge are reliably met.
Nach Adaption der Mikroorganismen und der Umstellung des Zulaufs von Brauchwasser auf Konzentrat wurde eine nahezu vollständige Reduzierung der Gesamtstickstoffkonzentration des Zulaufs (hier im Wesentlichen als Nitrat vorliegend) mit dem ausgewählten biologischen Verfahren erreicht. Die Konzentrationen anderer Stickstoffverbindungen, wie bspw. Nitrit, lagen im nicht messbaren Bereich. Des Weiteren konnte die Menge an zudosierten, prozessrelevanten Chemikalien, wie leicht abbaubarem Kohlenstoff (Essigsäure) und Phosphor, so eingestellt werden, dass keine Überdosierung stattfand und die jeweilige Konzentration im Ablauf unter den einzuhaltenden ge- seztlichen Grenzwerten lag. After adaptation of the microorganisms and conversion of the inflow from process water to concentrate, an almost complete reduction in the total nitrogen concentration in the inflow (mainly present as nitrate here) was achieved with the selected biological process. The concentrations of other nitrogen compounds, such as nitrite, were in the immeasurable range. Furthermore, the quantity of process-relevant chemicals added, such as easily degradable carbon (acetic acid) and phosphorus, could be adjusted in such a way that no overdosing took place and the respective concentration in the outlet was below the legal limit values to be observed.
Abfiltrierbare Stoffe (AFS) werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls auf einen Wert im Ablauf, der unter dem gesetzlichen Grenzwert liegt, sicher zurückgehalten. Auch ein Ausfall von Härtebildnern im Ablauf wird nicht beobachtet. Substances that can be filtered off (AFS) are also reliably retained with the method according to the invention at a value in the effluent that is below the legal limit value. A failure of hardness components in the process is also not observed.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist damit ein vielversprechender Ausgangspunkt, um die Trinkwasserausbeute bei der Behandlung von Rohwas- ser mitels Umkehrosmose bzw. Nanofiltration zu erhöhen. Im Übrigen ist das erfindungsgemäße Verfahren umweit- und ressourcenschonend. The method according to the invention is therefore a promising starting point for increasing the yield of drinking water in the treatment of raw water to increase this by means of reverse osmosis or nanofiltration. Otherwise, the method according to the invention is environmentally friendly and resource-friendly.
Bezugszeichenliste: Reference list:
1 Reaktor 19 Ablaufleitung 1 reactor 19 drain line
2 Einlass 20 Spülwasserleitung 2 inlet 20 flush water line
3 Auslass 21 Mischer 3 outlet 21 mixer
4 Filterbett 22 Durchflussmesser 4 filter bed 22 flow meter
5 Einrichtung zur Fluidisierung 25 23 Schaltschrank 5 Device for fluidization 25 23 Control cabinet
6 Zulauf 24 Fluidleitung 6 inlet 24 fluid line
7 Ablauf 25 Mammutpumpe / Druckluftheber7 drain 25 mammoth pump / compressed air lifter
8 Zulaufvorlage 26 Verteiler 8 inlet receiver 26 distributor
9 Zulaufvorlage 27 Strömungsrichtung Konzentrat9 Inlet reservoir 27 Direction of flow of concentrate
10 Dosiereinrichtung 30 28 Spüleinheit 10 dosing device 30 28 flushing unit
11 Dosiereinrichtung 29 Spülwasserauslass 11 dosing device 29 flushing water outlet
12 Abluftsystem 30 denitrifiziertes Konzentrat12 exhaust system 30 denitrified concentrate
13 Fluidisierungssystem 31 Interne Zulaufleitung 13 Fluidization system 31 Internal inlet line
14 Pumpeinrichtung 32 Filtermaterial 14 pumping device 32 filter material
15 Ventilator 35 33 Lanze 15 Fan 35 33 Lance
16 Ventil 34 Fluidauslass 16 valve 34 fluid outlet
17 Messeinrichtung 17 measuring device
18 Zulaufleitung 18 inlet line

Claims

39 Patentansprüche: 39 patent claims:
1. Verfahren zur Behandlung von Umkehrosmose- und/oder Nanofiltrationskonzentrat ("Konzentrat"), wobei das Konzentrat aus der Aufbereitung von Rohwässern mittels Umkehrosmose und/oder Nanofiltration für die Trink- und/oder Betriebswasseraufbereitung stammt, umfassend: 1. A method for treating reverse osmosis and/or nanofiltration concentrate ("concentrate"), the concentrate originating from the treatment of raw water by means of reverse osmosis and/or nanofiltration for drinking and/or industrial water treatment, comprising:
(a) Einleiten des zu behandelnden Konzentrats in ein Filter, wobei das Filter ein Filterbett mit einem körnigen und/oder partikulären Filtermaterial aufweist und wobei das Filtermaterial einen Biofilm mit Mikroorganismen für eine mikrobielle Denitrifikation aufweist, (a) Introducing the concentrate to be treated into a filter, the filter having a filter bed with a granular and/or particulate filter material and the filter material having a biofilm with microorganisms for microbial denitrification,
(b) Leiten des Konzentrats über das Filterbett, wobei das Konzentrat das körnige und/oder partikuläre Filtermaterial zur Durchführung einer mikrobiellen Denitrifikation durchströmt, und (b) passing the concentrate over the filter bed, the concentrate flowing through the granular and/or particulate filter material to carry out microbial denitrification, and
(c) Ausleiten des denitrifizierten Konzentrats aus dem Filterbett, wobei das Konzentrat vor und/oder während des Verfahrens, vorzugsweise in Verfahrensschritt (a) bzw. im Zulauf, für die mikrobielle Denitrifikation konditioniert wird. (c) Discharging the denitrified concentrate from the filter bed, the concentrate being conditioned for microbial denitrification before and/or during the process, preferably in process step (a) or in the feed.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Konzentrat vor und/oder während des Verfahrens, vorzugsweise in Verfahrensschritt (a) bzw. im Zulauf, auf einen CSB (chemischen Sauerstoffbedarf) im Bereich von 10 bis 200 mg/l, insbesondere 20 bis 160 mg/l, vorzugsweise 30 bis 150 mg/l, bevorzugt 40 bis 130 mg/l, eingestellt wird, insbesondere wobei die Einstellung des CSB durch Zugabe einer Kohlenstoffquelle für die im Biofilm enthaltenen Mikroorganismen erfolgt, vorzugsweise durch die Zugabe von organischen Säuren, insbesondere Essigsäure. 2. The method according to claim 1, wherein the concentrate before and/or during the method, preferably in method step (a) or in the feed, to a COD (chemical oxygen demand) in the range from 10 to 200 mg/l, in particular 20 to 160 mg/l, preferably 30 to 150 mg/l, preferably 40 to 130 mg/l, in particular the COD being adjusted by adding a carbon source for the microorganisms contained in the biofilm, preferably by adding organic acids, in particular Acetic acid.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei dem Konzentrat vor und/oder während des Verfahrens, vorzugsweise in Verfahrensschritt (a) bzw. im Zulauf, eine Phosphorquelle für die im Biofilm enthaltenen Mikroorganismen zudosiert wird, insbesondere wobei als Phosphorquelle Phosphorsäure eingesetzt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein a phosphorus source for the microorganisms contained in the biofilm is metered into the concentrate before and/or during the process, preferably in process step (a) or in the feed, in particular phosphoric acid being used as the phosphorus source.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei dem Konzentrat vor und/oder während des Verfahrens, vorzugsweise in Verfahrensschritt (a) bzw. im Zulauf, Spurenelemente für die im Biofilm enthaltenen Mikroorganismen zudosiert werden, insbesondere wobei die Spurenelemente ausgewählt sind aus der 40 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein trace elements for the microorganisms contained in the biofilm are metered into the concentrate before and/or during the method, preferably in method step (a) or in the feed, in particular wherein the trace elements are selected from 40
Gruppe von Zink, Mangan, Bor, Kobalt, Kupfer, Nickel und/oder Molybdän und/oder deren Salzen, und/oder wobei dem Konzentrat vor und/oder während des Verfahrens, vorzugsweise in Verfahrensschritt (a) bzw. im Zulauf, eine Eisenquelle, vorzugsweise mindestens eine Eisen(ll)-Quelle, besonders bevorzugt Eisen(ll)sulfat, zudosiert wird; insbesondere wobei die Spurenelemente dem Konzentrat in Form von Zinksulfat (ZnSC ), Manganchlorid (MgCh), Borsäure (H3B03), Kobaltchlorid (C0CI2), Kupferchlorid (CUCI2), Nickelchlorid (N1CI2) und/oder Natriummolybdat (Na2 oC ) zugeführt werden, insbesondere in gelöster Form. Group of zinc, manganese, boron, cobalt, copper, nickel and / or molybdenum and / or their salts, and / or the concentrate before and / or during the process, preferably in process step (a) or in the feed, an iron source , preferably at least one iron(II) source, particularly preferably iron(II) sulfate, is metered in; in particular where the trace elements are added to the concentrate in the form of zinc sulfate (ZnSC), manganese chloride (MgCh), boric acid (H3B03), cobalt chloride (C0CI2), copper chloride (CUCI2), nickel chloride (N1CI2) and/or sodium molybdate (Na2 oC). in dissolved form.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ausbildung des Biofilms auf dem körnigen und/oder partikulären Filtermaterial reguliert und/oder gesteuert wird, vorzugsweise durch ein Reduzieren des Biofilms auf dem körnigen und/oder partikulären Filtermaterial. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the formation of the biofilm on the granular and/or particulate filter material is regulated and/or controlled, preferably by reducing the biofilm on the granular and/or particulate filter material.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ausbildung des Biofilms durch den Eintrag mindestens eines Fluids in das Filterbett reguliert und/oder gesteuert wird, insbesondere wobei das mindestens eine Fluid ausgewählt ist aus technischen Gasen, Luft und/oder Wasser, vorzugsweise technischen Gasen und/oder Luft; insbesondere wobei der Fluideintrag und/oder die Regulierung des Biofilms in Abhängigkeit vom Filterwiderstand gesteuert wird, und/oder insbesondere wobei der Fluideintrag mittels Zeit-Pause-Steuerung in Abhängigkeit vom Filterwiderstand gesteuert wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the formation of the biofilm is regulated and/or controlled by introducing at least one fluid into the filter bed, in particular wherein the at least one fluid is selected from technical gases, air and/or water, preferably technical gases and/or air; in particular wherein the fluid entry and/or the regulation of the biofilm is controlled as a function of the filter resistance, and/or in particular wherein the fluid entry is controlled by means of time-pause control as a function of the filter resistance.
7. Verfahren nach Ansprüche 6, wobei das mindestens eine Fluid über mindestens einen, vorzugsweise mehrere Fluideinlässe in das Filterbett und/oder Filtermaterial eingetragen wird, insbesondere wobei der Fluideintrag über mindestens einen Einlass im Bereich der Längsachse des Filterbetts erfolgt und/oder wobei der Fluideintrag über Einlässe in der Wandung und/oder im Boden eines das Filterbett einschließenden Filtermoduls und/oder Reaktors erfolgt; und/oder wobei der Fluideintrag über in das Filterbett ragende und/oder eingetauchte Lanzen erfolgt und/oder wobei der Fluideintrag über eine axial entlang der Längsachse des Filterbetts angeordnete Leitung zum Einlass mindestens eines Fluids erfolgt. 41 7. The method according to claim 6, wherein the at least one fluid is introduced into the filter bed and/or filter material via at least one, preferably several, fluid inlets, in particular wherein the fluid is introduced via at least one inlet in the area of the longitudinal axis of the filter bed and/or the fluid is introduced takes place via inlets in the wall and/or in the bottom of a filter module and/or reactor enclosing the filter bed; and/or wherein the fluid is introduced via lances projecting into and/or immersed in the filter bed and/or wherein the fluid is introduced via a line arranged axially along the longitudinal axis of the filter bed to the inlet of at least one fluid. 41
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das partikuläre und/oder körnige Filtermaterial zu einer außerhalb des Filterbetts angeordneten Spüleinheit gefördert wird, insbesondere durch den Eintrag mindestens eines Fluids, vorzugsweise von Luft und/oder eines technischen Gases, und wobei das Filtermaterial in der Spüleinheit gereinigt wird; insbesondere wobei das Filtermaterial mittels eines vorzugsweise axial entlang der Längsachse des Filterbetts angeordneten Drucklufthebers aus dem unteren Bereich des Filterbetts zu einer oberhalb des Filterbetts angeordneten Spüleinheit gefördert wird, insbesondere wobei der Eintrag der Druckluft in Abhängigkeit vom Filterwiderstand gesteuert wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the particulate and/or granular filter material is conveyed to a rinsing unit arranged outside the filter bed, in particular by introducing at least one fluid, preferably air and/or a technical gas, and wherein the filter material the rinsing unit is cleaned; in particular wherein the filter material is conveyed from the lower region of the filter bed to a flushing unit arranged above the filter bed by means of a compressed air lifter preferably arranged axially along the longitudinal axis of the filter bed, in particular wherein the entry of the compressed air is controlled as a function of the filter resistance.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als Filtermaterial ein partikuläres und/oder körniges Material mit Partikel- bzw. Korngrößen, insbesondere mittleren Partikel- bzw. Korndurchmessern, vorzugsweise bestimmt gemäß DIN EN 120904, im Bereich von 0,1 bis 15 mm, insbesondere 0,2 bis 10 mm, vorzugsweise 0,5 bis 5 mm, bevorzugt 0,7 bis 3 mm, besonders bevorzugt 1 bis 2 mm, eingesetzt wird; und/oder wobei als Filtermaterial ein partikuläres und/oder körniges Material mit einer spezifischen Dichte im Bereich von 0,7 bis 6 g/cm3, insbesondere 1 bis 5 g/cm3, vorzugsweise 1 ,5 bis 4 g/cm3, bevorzugt 2 bis 3,5 g/cm3, besonders bevorzugt 2,5 bis 3,2 g/cm3, eingesetzt wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the filter material used is a particulate and/or granular material with particle or grain sizes, in particular mean particle or grain diameters, preferably determined according to DIN EN 120904, in the range from 0.1 to 15 mm , in particular 0.2 to 10 mm, preferably 0.5 to 5 mm, preferably 0.7 to 3 mm, particularly preferably 1 to 2 mm, is used; and/or wherein the filter material used is a particulate and/or granular material with a specific density in the range from 0.7 to 6 g/cm 3 , in particular 1 to 5 g/cm 3 , preferably 1.5 to 4 g/cm 3 , preferably 2 to 3.5 g/cm 3 , particularly preferably 2.5 to 3.2 g/cm 3 .
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Mikroorganismen für die mikrobielle Denitrifikation auf den Körnern und/oder Partikeln des Filtermaterials sessil aufwachsen. 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the microorganisms for the microbial denitrification grow sessile on the grains and / or particles of the filter material.
11 . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als partikelförmiges und/oder körniges Material Sand, Bentonit und/oder zerkleinerte Lavasteine eingesetzt wird bzw. werden; und/oder wobei das Verfahren in einem Sandfilter betrieben wird und/oder wobei als partikuläres und/oder körniges Filtermaterial Sand, insbesondere Quarzsand, eingesetzt wird. 11 . Method according to one of the preceding claims, wherein sand, bentonite and/or crushed lava stones is or are used as the particulate and/or granular material; and/or wherein the method is operated in a sand filter and/or wherein sand, in particular quartz sand, is used as the particulate and/or granular filter material.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren kontinuierlich oder intermittierend, vorzugsweise kontinuierlich, durchgeführt wird. 12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the method is carried out continuously or intermittently, preferably continuously.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Konzentrat mit einer Bettbelastung (Menge Gesamtstickstoff pro Kubikmeter Filtermaterial pro Tag) im Bereich von 100 bis 1.500 g/m3/d, insbesondere 200 bis 1.300 g/m3/d, vorzugsweise 300 bis 1.200 g/m3/d, bevorzugt 400 bis 1.000 g/m3/d, in das Filterbett geleitet wird, und/oder wobei das Konzentrat mit einer Bettbelastung (Menge Gesamtstickstoff pro Kubikmeter Filtermaterial pro Tag) von mindestens 200 g/m3/d, insbesondere mindestens 400 g/m3/d, vorzugsweise mindestens 600 g/m3/d, bevorzugt mindestens 800 g/m3/d, in das Filterbett geleitet wird; und/oder wobei das Konzentrat mit einem Volumenstrom Q (Volumen Konzentrat pro Stunde) im Bereich von 0,5 bis 4 m3/h, insbesondere 0,7 bis 3,5 m3/h, 1 ,0 bis 3,0 m3/h, vorzugsweise 1 ,3 bis 2,5 m3/h, in das Filterbett geleitet wird und/oder wobei das Konzentrat mit einem Volumenstrom Q (Volumen Konzentrat pro Stunde) von mindestens 0,7 m3/h, insbesondere mindestens 1,0 m3/h, vorzugsweise mindestens 1 ,3 m3/h, bevorzugt mindestens 1,8 m3/h, in das Filterbett geleitet wird. 13. The method according to any one of the preceding claims, wherein the concentrate with a bed load (amount of total nitrogen per cubic meter of filter material per day) in the range from 100 to 1,500 g/m 3 /d, in particular 200 to 1,300 g/m 3 /d, preferably 300 to 1,200 g/m 3 /d, preferably 400 to 1,000 g/m 3 /d, is passed into the filter bed, and/or the concentrate having a bed load (amount of total nitrogen per cubic meter of filter material per day) of at least 200 g/m 3 /d, in particular at least 400 g/m 3 /d, preferably at least 600 g/m 3 /d, preferably at least 800 g/m 3 /d, is passed into the filter bed; and/or wherein the concentrate has a volume flow Q (volume of concentrate per hour) in the range from 0.5 to 4 m 3 /h, in particular 0.7 to 3.5 m 3 /h, 1.0 to 3.0 m 3 / h, preferably 1.3 to 2.5 m 3 / h, is passed into the filter bed and/or the concentrate having a volume flow Q (volume of concentrate per hour) of at least 0.7 m 3 / h, in particular at least 1.0 m 3 /h, preferably at least 1.3 m 3 /h, preferably at least 1.8 m 3 /h, is passed into the filter bed.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Konzentrat aus Umkehrosmose- und/oder Nanofiltrationsverfahren, insbesondere Umkehrosmose, zur Aufbereitung von Grund-, Quell-, Meer- und/oder Oberflächenwasser zu Betriebs- und/oder Trinkwasser, vorzugsweise Trinkwasser, stammt. 14. The method according to any one of the preceding claims, wherein the concentrate from reverse osmosis and / or nanofiltration process, in particular reverse osmosis, for the treatment of ground, spring, sea and / or surface water to process and / or drinking water, preferably drinking water, comes .
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Konzentrat im Zulauf eine Gesamtstickstoffkonzentration TNb von mindestens 30 mg/l, insbesondere mindestens 40 mg/l, vorzugsweise mindestens 50 mg/l, bevorzugt mindestens 60 mg/l, aufweist und/oder wobei das Konzentrat im Zulauf eine Nitratkonzentration von mindestens 20 mg/l, insbesondere mindestens 30 mg/l, vorzugsweise mindestens 40 mg/l, bevorzugt mindestens 50 mg/l, aufweist. 15. The method according to any one of the preceding claims, wherein the concentrate in the feed has a total nitrogen concentration TNb of at least 30 mg/l, in particular at least 40 mg/l, preferably at least 50 mg/l, preferably at least 60 mg/l and/or wherein the concentrate in the feed has a nitrate concentration of at least 20 mg/l, in particular at least 30 mg/l, preferably at least 40 mg/l, preferably at least 50 mg/l.
16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Konzentrat im Zulauf eine Wasserhärte [Gesamthärte] im Bereich von 10 bis 150 °dH, insbesondere 20 bis 120 “dH, vorzugsweise 30 bis 100 °dH, bevorzugt 40 bis 80 °dH, vorzugsweise bestimmt gemäß DIN 38409-6, aufweist; und/oder wobei das Konzentrat im Zulauf eine Temperatur im Bereich von 2 bis 30 °C, insbesondere 3 bis 25 °C, vorzugsweise 4 bis 20 °C, bevorzugt 5 bis 15 °C, aufweist; und/oder wobei das Konzentrat im Zulauf einen pH-Wert im Bereich von 6 bis 8,5, vorzugsweise 7 bis 8, aufweist. 16. The method according to any one of the preceding claims, wherein the concentrate in the feed has a water hardness [total hardness] in the range from 10 to 150 °dH, in particular 20 to 120 “dH, preferably 30 to 100 °dH, preferably 40 to 80 °dH, preferably determined according to DIN 38409-6; and or wherein the concentrate in the feed has a temperature in the range from 2 to 30° C., in particular 3 to 25° C., preferably 4 to 20° C., preferably 5 to 15° C.; and/or wherein the concentrate has a pH in the range from 6 to 8.5, preferably 7 to 8, in the feed.
17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Filter als Abstrom- oder Aufstromfilter, vorzugsweise als Aufstromfilter, betrieben wird. 17. The method according to any one of the preceding claims, wherein the filter is operated as a downstream or upstream filter, preferably as an upstream filter.
18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Konzentrat in den unteren Bereich des Filterbetts geleitet wird und/oder wobei das Konzentrat im Filterbett, vorzugsweise im unteren Bereich des Filterbetts, verteilt wird und das Filterbett, insbesondere das Filtermaterial, von unten nach oben durchströmt. 18. The method according to any one of the preceding claims, wherein the concentrate is fed into the lower area of the filter bed and/or wherein the concentrate is distributed in the filter bed, preferably in the lower area of the filter bed, and the filter bed, in particular the filter material, from bottom to top flows through.
19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren nicht temperaturgeregelt und/oder bei Umgebungstemperatur durchgeführt wird. 19. The method according to any one of the preceding claims, wherein the method is not temperature-controlled and/or carried out at ambient temperature.
20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei während des Verfahrens der pH-Wert, die Temperatur, die elektrische Leitfähigkeit, die Nitritkonzentration, die Nitratkonzentration, der Gesamtstickstoff TNb, der CSB, der Phosphorgehalt die Trübung und/oder die Konzentration abfiltrierbarer Stoffe im Konzentrat und/oder im denitrifizierten Konzentrat gemessen werden, insbesondere im Zulauf und/oder im Ablauf. 20. The method according to any one of the preceding claims, wherein during the process the pH value, the temperature, the electrical conductivity, the nitrite concentration, the nitrate concentration, the total nitrogen TNb, the COD, the phosphorus content, the turbidity and/or the concentration of substances that can be filtered off in the Concentrate and/or be measured in the denitrified concentrate, in particular in the inflow and/or in the outflow.
21. Reaktor (1) zur Verwendung bei der Behandlung von Umkehrosmose- und/oder Nanofiltrationskonzentrat ("Konzentrat"), wobei das Konzentrat aus der Aufbereitung von Rohwässern mittels Umkehrosmose- und/oder Nanofiltration für die Trink- und/oder Betriebswasseraufbereitung stammt, insbesondere wobei der Reaktor zur Durchführung eines Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet und ausgebildet ist, umfassend einen Einlass (2) für das zu behandelnde Konzentrat, einen Auslass (3) für das denitrifizierte Konzentrat, ein fluidisiertes Filterbett (4), wobei das Filterbett (2) ein körniges und/oder partikuläres und biologisch aktiviertes Filtermaterial (32) mit einem Biofilm für eine mikrobielle Denitrifikation aufweist, und mindestens eine Einrichtung zur Fluidisierung des Filterbetts (5), insbesondere wobei die Einrichtung zur Fluidisierung den Fluideintrag in Abhängigkeit vom Filterwiderstand steuert, insbesondere derart, dass die Ausbil- 44 dung des Biofilms auf dem partikulären und/oder körnigen Filtermaterial reguliert und/oder gesteuert wird. 21. Reactor (1) for use in the treatment of reverse osmosis and/or nanofiltration concentrate ("concentrate"), the concentrate originating from the treatment of raw water by means of reverse osmosis and/or nanofiltration for drinking and/or industrial water treatment, in particular wherein the reactor is set up and designed for carrying out a method according to one of the preceding claims, comprising an inlet (2) for the concentrate to be treated, an outlet (3) for the denitrified concentrate, a fluidized filter bed (4), the filter bed ( 2) has a granular and/or particulate and biologically activated filter material (32) with a biofilm for microbial denitrification, and at least one device for fluidizing the filter bed (5), in particular wherein the device for fluidizing controls the fluid input depending on the filter resistance, in particular in such a way that the training 44 formation of the biofilm on the particulate and/or granular filter material is regulated and/or controlled.
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