DE4137725A1 - Verfahren zur beseitung der nitrate aus zum trinken bestimmtem wasser mittels einsatz von membransystemen und aehnlichen verfahren - Google Patents

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Beseitigung von Nitraten und sonstigen gegenüber den ge­ setzlichen Vorschriften überhöhten ionischen Bestandtei­ len aus dem zum Trinken bestimmten Wasser mit Hilfe ei­ nes Membransystems, insbesondere einer Elektrodialyse­ batterie mit Polaritätsumkehr unter Verwendung von ab­ wechselnd für Kationen und Anionen durchlässigen Membra­ nen in Kombination mit einem Denitrierungssystem nur für den Abwasserfluß, das in der Lage ist, aus der Abwasser- Sole die gegenüber den gesetzlichen Vorschriften über­ höhten Nitrate zu beseitigen.

Bekanntlich nimmt der Nitratgehalt im Trinkwasser immer mehr zu, weshalb sich der Gesetzgeber durch das Festle­ gen eines oberen Grenzwerts als Sicherheitsgrenze für eine unschädliche Aufnahme mit der Nahrung für den Men­ schen zum Eingreifen genötigt sah. Gleichzeitig legen die gesetzlichen Bestimmungen auch Parameter für alle sonstigen Ionenbestandteile im Trinkwasser fest, was da­ hin führt, daß eine ganze Reihe herkömmlicher Wasserauf­ bereitungsverfahren veraltet sind, die das Problem nur teilweise lösen (Wasserenthärten mit Kalk, Wasserenthär­ ten durch Ionenaustausch, selektive Nitratbeseitigung auf Ionenaustauscherharzen, ionische, aerobe oder anaerobe, biologische Denitrierung) oder auch total, so daß die Remineralisierung des Produktes erforderlich wurde (umgekehrte Osmose, Verdampfungssysteme).

Die neuesten Vorschriften, z. B. die EWG-Richtlinie 80/778 vom 15. Juli 1980, der Erlaß des Präsidenten des Ministerrats DPCM vom 8. Feb. 1985 haben für Nitrate bei Trinkwasser maximal zulässige Grenzwerte festgelegt, die nicht überschritten werden dürfen, sowie einzuhaltende Richtwerte bei weiteren chemischen Parametern, darunter Wasserhärte, Chloride, Sulfate, Natrium und gesamte ge­ löste Feststoffe (TDS) sowie auch zulässige Grenzwerte für Nitrate in Abwässern, Grenzwerte, die nach neuesten Vorschriften auf 20 ppm als Stickstoff oder 88,5 ppm als NO₃ festgelegt sind.

Die bisher angewandte Technologie tendiert dazu, die Probleme einzeln anzugehen um die Trinkwassereigenschaf­ ten des Wassers zu verbessern, und zwar:

• - Weichmachen des Wassers mit Kalk oder Ionenaustau­ scherharzen zur Verminderung der Härte;
• - selektive Ionenaustauscherharze oder biologische Be­ handlungen zwecks Beseitigung der Nitrate;
• - Elektrodialyse oder umgekehrte Osmose zwecks Verminde­ rung der gesamten gelösten Salze (TDS), der Chloride und der Sulfate, insbesondere bei der Aufbereitung von Brackwasser.

Die neuen Vorschriften hingegen fordern, daß das Trink­ wasserproblem global gelöst wird, weil das zur Verfügung stehende Wasser häufig wegen mehrerer Parameter und nicht nur wegen seines Nitrat- oder Chloridgehalts nicht genießbar ist.

Unter den verschiedenen bekannten Prozessen gestattet nur das Verfahren, das Elektrodialyseeinheiten einsetzt, und zwar besonders Elektrodialyseeinheiten mit Polari­ tätsumkehr (EDR), die Beseitigung der Nitrate im Wasser, führt gleichzeitig andere Schadstoffe unter die Schwelle der Zulässigkeit gemäß den neuen Vorschriften zurück und ermöglicht ferner, daß man sich wirtschaftlich und ener­ getisch optimal an die angegebenen Richtwerte annähert oder sie erreicht.

Dieses Verfahren, das aus aufeinanderfolgenden Stufen besteht, gestattet ferner die Anpassung der Aufbereitung an die effektiven Voraussetzungen, die von der verfügba­ ren Wasserquelle vorgegeben sind.

Es muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß die bekann­ ten Verfahren, wie umgekehrte Osmose und Verdampfung, die eine zu weitgehende Demineralisierung hervorrufen, zur Trinkbarkeit des Wassers eine Remineralisierung ent­ weder durch chemische Produkte oder durch Vermischung mit dem Rohwasser erforderlich machen.

Ebenso muß in Betracht gezogen werden, wie noch genauer ausgeführt werden wird, daß die Anwendung der Einheit (EDR) quantitativ gleichwertige Beseitigungen, sei es bei Chlorid, sei es bei Nitraten, gestattet, wobei es bei den Nitraten möglich ist, noch unter die Schwelle der maximal zulässigen Werte zu kommen, und bei den Chloriden, sich dem Richtwert der Vorschriften anzunä­ hern oder ihn noch zu verbessern.

Alle bekannten Verfahren zur Beseitigung der Nitrate einschließlich der Elektrodialyse, abgesehen nur von den direkt zur Aufbereitung des Trinkwassers vorgesehenen biologischen Verfahren zur Beseitigung der Nitrate, ha­ ben den Nachteil, daß sie die beseitigten Nitrate im Ab­ wasser konzentrieren, weshalb der Gehalt dieser letzte­ ren höher wird, als es die Vorschriften für Abwässer zu­ lassen. Es wird daher eine weitere Wasseraufbereitung unabdingbar, um schließlich auch die vom Gesetz gefor­ derten Grenzwerte für den Abwasserfluß einzuhalten.

Die direkt auf das Trinkwasser angewandte biologische Aufbereitung weist hingegen einen anderen schwerwiegen­ den Nachteil auf und zwar deswegen, weil der Kontakt und das technisch durchaus mögliche unmittelbare Vorkommen der Bakterien im Trinkwasser auch den menschlichen Orga­ nismus schädigen könnte. Als Hauptziel der vorliegenden Erfindung soll insbesondere diese Möglichkeit des Vor­ kommens von Bakterien vollständig ausgeschlossen werden.

Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Beseitigung der Nitrate (und weiterer schädlicher Ionen) aus dem zum Trinken bestimmten Wasser zu realisieren und es mittels eines besonderen Prozesses der Wasseraufbereitung mit Hilfe von Membransystemen und der Denitrierung von Abwässern gesondert vom Trinkwasser einzusetzen, um die gesetzlichen vorgeschriebenen Werte sowohl beim Trinkwasser als auch beim Abwasser einzuhal­ ten.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Beseitigung der Nitrate zu entwickeln, das geeignet ist, die Behandlung des Wasser durch Beseitigung von Nitraten auf die gesetzlich vorgeschriebenen Werte für Trinkwasser einzustellen und gleichzeitig, zusammen mit den Nitraten, die Beseitigung auch der Chloride, der Sulfate, der Härte und der gelösten Gesamtfeststoffe zu ermöglichen sowie die gleichmäßige Qualität des erzeug­ ten Wassers gegenüber einer entsprechenden Konstanz der chemischen Merkmale des zugeführten Rohwassers sicherzu­ stellen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es schließlich, ein Verfahren nach den obigen Vorgaben zu entwickeln, das in der Lage ist, eine erhöhte Ergiebigkeit der Trinkwasserproduktion zu erzielen und auch so, daß sich jede Zumischung, Homogenisierung und Remineralisierung des so erzeugten Wasser erübrigt, mit offensichtlichen wirtschaftlichen und praktischen Vorteilen, das ferner den bisher üblichen Verfahren zum Beseitigen von Nitra­ ten sowohl hinsichtlich des Platzbedarfs als auch der Geräte- und Betriebskosten eindeutig überlegen ist.

Diese und noch weitere aus der folgenden Beschreibung ersichtlichen Aufgaben werden durch ein Verfahren zum Beseitigen von Nitraten aus dem zum Trinken bestimmten Wasser gelöst, das erfindungsgemäß darin besteht, daß das zugeführte Rohwasser einem Verfahren zum Beseitigen von in diesem Wasser enthaltenen Nitraten und sonstigen Ionen zwischen mehreren mit Membranen arbeitenden Reinigungselementen, insbesondere mehreren Elek­ trodialyseeinheiten des Typs mit Polaritätsumkehr unter­ zogen wird, die in Reihe angeordnet sind, und zwar so, daß der Reihe nach jede Membraneinheit das Wasser fort­ schreitend reinigt, bis durch die Beseitigung der Nitrate und sonstiger Ionen wie Chloride, Sulfate u.ä. ein Grad der Trinkbarkeit erreicht wird, der in den ge­ setzlichen Vorschriften vorgesehen ist, anschließend diese Nitrate und sonstigen Ionen aus diesen Einheiten entfernt werden und einer biologischen Denitrierungsbe­ handlung mittels bekannter Technologien unterzogen wer­ den, so daß auch im Abwasser der Grenzwert für Nitrate gemäß den geltenden gesetzlichen Vorschriften eingehal­ ten wird.

Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens werden aus der nachfolgenden detaillierten Be­ schreibung einer bevorzugten Ausführungsform deutlich, die nicht die einzige für die praktische Anwendung dar­ stellt, wobei diese Beschreibung auch unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen gegeben wird und hier nur mit hinweisender Wirkung angeführt ist, in diesen Zeichnungen zeigt die
Fig. 1 in der Form eines Blockdiagramms die im einzelnen bekannten Geräte, die erfindungsgemäß zur Durchführung der Betriebsphasen des Verfahrens zum Beseitigen von Nitraten einsetzbar sind, während
Fig. 2 schematisch eine Reihe von Elektrodialyseeinhei­ ten mit Membranen umgekehrter Polarität zeigt, die er­ findungsgemäß zum Abscheiden von Nitraten und sonstigen Ionen aus dem für Trinkzwecke bestimmten Wasser sowie zu de­ ren Beseitigung aus den mit den Nitraten angereicherten Abwasserflüssen, die aus diesen Elektrodialyseeinheiten abgegeben werden, zwecks anschließender gesonderter allgemei­ ner Behandlung zur Denitrierung einsetzbar sind.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird das zwecks Abscheidens etwaiger fester Fremdkörper entsprechend gefilterte Roh­ wasser über eine Leitung A zwischen einer Mehrzahl von Elektrodialyse-Einheiten bzw. -Zellen mit Membranen um­ gekehrter Polarität hindurchgeschickt, die hintereinan­ der in Reihe angeordnet sind in hinreichend großer An­ zahl vorhanden sind, daß das Beseitigen der Nitrate, Chloride u.ä. bis zu einer Reduktion der Konzentration im Wasser, die innerhalb der gesetzlichen Grenzwerte für Trinkwasser liegt, fortgesetzt wird. Das durch die ver­ schiedenen Einheiten gereinigte Wasser wird, wie noch näher ausgeführt wird, über eine Leitung B den Anlagen, für die es bestimmt ist, zugeführt, während die Abwas­ serflüsse aus den Einheiten über eine Leitung C gesam­ melt werden, zu einer Einheit zur biologischen Denitrie­ rung D geleitet werden, von wo aus der Abwasserfluß nach Aufbereitung durch Beifügung organischer Nährstoffe E, die über eine Leitung F zugeführt werden, frei von Nitraten über eine Leitung G nach außen abgeleitet wird.

Im Einzelnen lassen sich die Betriebsphasen zum Beseiti­ gen von Nitraten mittels eines Membransystems bestehend aus Elektrodialyseeinheiten mit Membranen umgekehrter Polarität wie folgt zusammenfassen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 besteht ein Elektrodialyse­ system im wesentlichen aus einem Behälter in Parallel­ epipedform H, innerhalb dessen eine Vielzahl von senk­ rechten Membranen abstandsgleich angeordnet ist, die mit Nummern 1 bis 6 gekennzeichnete Abteilungen oder Zellen definieren.

Die Membranen sind vom anionischen bzw. kationischen Typ und innerhalb des Behälters 4 abwechselnd angeordnet; die äußersten Abteilungen 1 bzw. 6 enthalten die Elek­ troden und zwar steht die Kathode in Abteil 1 und die Anode in Zelle 6. Diese Elektroden sind an eine Gleich­ stromquelle 7 angeschlossen. Dank dieser Anordnung ist das Elektrodialysesystem in der Lage, eine konstante Qualität des mittels Polaritätsumkehr aus der Strom­ quelle 7 zugeführten elektrischen Stroms trinkbar ge­ machten Wassers beizubehalten. Das Rohwasser wird konti­ nuierlich in die zwischen der ersten und der letzten der Reihe liegenden Abteilungen eingespeist und die Membranen bewirken die Trennung der in Lösung vorliegenden ioni­ sierten Verunreinigungen (Nitrate, Chloride usw.).

Im einzelnen sind die Membranen in Fig. 2 paarweise ge­ kennzeichnet, und zwar mit den Buchstaben I und L für jedes aneinandergrenzende Paar.

Die mit "I" gekennzeichneten Membranen sind vom anioni­ schen Typ, undurchlässig für das Wasser, und lassen die negativ geladenen Ionen (Anionen) passieren.

Die mit "L" gekennzeichneten Membranen sind vom kationi­ schen Typ, undurchlässig für das Wasser, und lassen die positiv geladenen Ionen (Kationen) passieren.

Bei den Zellen oder Abteilungen sind die Zellen 1 und 6 einmalig, weil sie die Elektroden enthalten, während die anderen entsprechend die folgenden Funktionen erfüllen:

• - Zelle 2 - NO₃ und andere negativ geladene Ionen können die Membran "L" nicht durchdringen und bleiben in Zelle 2
• - Zelle 3 - Na⁺ und andere positiv geladene Ionen kön­ nen die Membran "I" nicht durchdringen und bleiben in Zelle 3.
• - Zelle 4 - NO₃ und andere negativ geladene Ionen durch­ dringen die Membran "I" zur Zelle 5, Na⁺ und andere po­ sitiv geladenen Ionen durchdringen die Membran "L" zur Zelle 3.
• - Zelle 5 - NO₃⁻ und andere negativ geladenen Ionen kön­ nen die Membran "L" nicht durchdringen und bleiben in Zelle 5.
  Na⁺ und andere positiv geladene Ionen können die Membran "I" nicht durchdringen und bleiben in Zelle 5.

Das Gesamtergebnis ist, daß das Wasser in den Zellen 2 und 4 an Nitraten und anderen Ionen verarmt wird und somit für Trinkzwecke abgezogen und ausgegeben wer­ den kann. Das Wasser in den Zellen 3 und 5 reichert sich mit Nitraten und anderen Ionen an und bildet den Abwas­ serfluß.

Die in Fig. 2 schematisch vereinfacht dargestellte Ge­ samtaufbereitung sammelt die Abwasserflüsse, faßt sie zu einem einzigen Abwasserfluß "C" zusammen, der dann in einem Reaktor (oder in einem Fließbett) D (Fig. 1) abge­ trennt vom Trinkwasser einer biologischen Denitrierungs­ behandlung unterzogen werden kann.

Die Entfernung der Nitrate aus dem Abwasserfluß der Elektrodialyseeinheit wird erfindungsgemäß auf biologi­ schem Weg durch Bakterienpopulationen bewirkt.

Im Prinzip können sowohl heterotrophe als auch autotro­ phe Stämme eingesetzt werden.

Die größere Komplexität beim Einsatz der autotrophen Bakterien (u. a. auch die Notwendigkeit, Wasserstoff als Nährmittel einzusetzen) begrenzt ihre Vorteile auf ei­ nige ganz besondere Einsatz-Hypothesen, die hier nicht weiter in Betracht gezogen werden sollen.

Die heterotrophen Bakterien machen hingegen den Zusatz organischer Substanzen erforderlich. In diesem Zusammen­ hang seien erwähnt: Methylalkohol, Essigsäure und Ethyl­ alkohol sowie zahlreiche industrielle Nebenerzeugnisse wie z. B.:

• - Nachläufe aus der Herstellung von Alkohol und stark alkoholhaltigen Destillaten,
• - stark konzentrierte Zuckerabfälle,
• - Frostschutzmittelgemische aus Kühlkreisläufen.

Die Vorteile des vorgeschlagenen Prozesses sind augen­ fällig in Anbetracht der niedrigen Beschaffungskosten für diese Substanzen.

Der Verbrauch an organischen Substanzen ist nämlich pro­ portional zur Menge der Nitrate, die aus dem trinkbar zu machenden Wasser ausgeschieden werden muß, und nicht proportional zum Gesamtgehalt der Nitrate in diesem Was­ ser, wie es zum Beispiel bei Verfahren auf der Grundlage der direkten biologischen Denitrierung des trinkbar zu machenden Wassers der Fall ist.

Die Reaktion der biochemischen Denitrierung ist in ihren biologischen, Gleichgewichts-, kinetischen und techni­ schen Aspekten in der Literatur ausführlich beschrieben.

Dieser technische Prozeß läßt sich durch Anwendung einer der in der Literatur bereits bekannten und beschriebenen Techniken realisieren:

• - Haftende, ins Festbett oder ins Fließbett getauchte Biomasse,
• - haftende, nicht eingetauchte Biomasse,
• - Biomasse in Suspension.

Im ersten Fall fließt der Rückfluß aus der Elektrodia­ lyse mit hinreichend Methylalkohol oder einer anderen geeigneten Kohlenstoffquelle versetzt durch ein Bett aus inertem Material, an dem die Bakterienkulturen haften, die die Denitrierung bewirken. Das inerte Material kann fest oder unter der Flußgeschwindigkeit verflüssigt sein.

Der zweite Prozeß unterscheidet sich vom ersten inso­ fern, als der zu denitrierende Fluß die Leerräume zwi­ schen dem inerten Material nicht ganz ausfüllt. Der restliche freie Raum ist daher von einer gasförmigen Phase besetzt, die keinen Sauerstoff enthalten darf.

Im dritten Prozeß ist die denitrierende biologische Masse in einem Reaktor in einer flüssigen Phase in Sus­ pension gehalten, in den sowohl der zu denitrierende Fluß als auch die Kohlenstoffquelle eingespeist werden.

Das Gemisch aus Biomasse und denitriertem Fluß, das den Reaktor verläßt, wird in einem unter Schwerkraft wirken­ den Abscheider getrennt und die Biomasse wird kontinu­ ierlich in den Reaktor rückgeführt.

In der industriellen Anwendung unterscheiden sich die obigen Prozesse eindeutig im Hinblick auf Platzbedarf, Gerät- und Betriebskosten.

Die Wahl muß daher fallweise ausgerichtet sein und sowohl die Betriebsbedingungen (zu denitrierender Durch­ satz, Belastung mit zu entfernenden Nitraten, Tempera­ tur) als auch äußere Bedingungen (Möglicher Standplatz, Umwelteinflüsse, technisches Niveau des betreffenden Landstrichs, Beschaffung der Nährstoffe usw.) in Be­ tracht ziehen.

Zwecks größerer Klarheit und als Bestätigung des oben Gesagten werden hier nachstehend zwei Beispiele für die erfindungsgemäße Realisierung des kombinierten Verfah­ rens der Elektrodialyse und der nachfolgenden, gesondert durchgeführten Denitrierung des Abwasserflusses gemäß der vorliegenden Erfindung in der Praxis gezeigt.

Beispiel Nr. 1

In einer Pilotanlage mit Elektrodialyseeinheiten aus der Produktion der Firma IONICS Inc., Typ Aquamite XX 4/2, mit einer Kapazität von 50 m³/h Trinkwasser mit 4 m³/h Abwasserfluß, d. h. mit einer Rückgewinnung von 92%, wur­ den während eines dreimonatigen Probebetriebs die fol­ genden Ergebnisse erzielt:

Die zulässigen Nitratgrenzwerte im Abwasser sind 20 ppm als Stickstoff oder 88,5 ppm als NO₃, deshalb wird die Denitrierung des Abwasserflusses erforderlich. Diese De­ nitrierung erfolgt mit Hilfe eines biologischen Systems, das leicht eine Reduktion auf weit unter die von der Norm verlangten 88,5% erreicht.

Beispiel Nr. 2

In einer zweiten Pilotanlage, ebenfalls mit einer Elek­ trodialyseeinheit Typ Aquamite XX 4/2, die auf eine Ka­ pazität von 50 m³/h Trinkwasser mit einem konzentrierten Abwasserfluß von 4 m³/h, d. h. auf eine Rückgewinnung von 85% ausgelegt ist, wurden während eines etwa dreimonati­ gen Probebetriebs die folgenden Ergebnisse erzielt:

Auch in diesem Fall lag die Konzentration im Abwasser­ fluß bei NO₃ um 117 ppm (265-88) über dem gesetzlich zu­ lässigen Grenzwert (88,5).

Da nun die Elektrodialyse praktisch nur den Einsatz von elektrischer Energie erfordert und der Verbrauch an elektrischer Energie proportional zur Menge der besei­ tigten Salze ist, wird es offensichtlich, daß das Stu­ fensystem das System mit dem geringsten Energieverbrauch ist.

Beim elektrolytischen System wird dem System immer mehr Wasser zugeführt als produziert wird:

Das Verhältnis zwischen produzierter Menge (Qp) und ein­ gesetzter Menge (Qa) wird als Wirkungsgrad des Systems (R) definiert

dabei bedeutet S das konzentrierte Abwasser des Systems. Gleicherweise ist offensichtlich, daß der Energiever­ brauch desto geringer wird, je kleiner S ist, das heißt, je stärker R sich 1 annähert. Die Systeme mit Elektro­ dialyse und Elektrodialyse mit Polaritätsumkehr sind un­ ter den bekannten Systemen diejenigen, die den größten Wirkungsgrad erreichen.

In Anbetracht des Umstandes, daß die beseitigten Nitrate sich im Abwasserfluß konzentrieren und somit der Nitrat­ gehalt dieses letzteren schließlich die gesetzlich vor­ geschriebenen Grenzwerte für Abwässer überschreitet, er­ gibt sich die Notwendigkeit einer weiteren Aufbereitung, um auch den Abwasserfluß innerhalb der gesetzlich fest­ gelegten Grenzen zu halten. Hier ist anzumerken, daß diese Notwendigkeit auch bei anderen Aufbereitungssyste­ men wie Umkehrosmose und selektivem Ionenaustausch auf­ tritt.

Ferner fallen noch zwei Punkte ins Gewicht:

• - Die Kinetik der Denitrierung nimmt mit Absinken der Temperatur schnell ab. Da beim Elektrodialyseprozeß die Temperatur, mit welcher der Abwasserfluß ausgestoßen wird, über der Temperatur des trinkbar zu machenden Was­ sers liegt, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren den Einsatz unter kinetisch günstigeren Bedingungen als der Prozeß der direkten Denitrierung des Rohwassers;
• - Der biologische Denitrierungsprozeß wird von stärkerer Salzhaltigkeit des zu entsalzenden Flusses behindert. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Prozesses gegenüber den Systemen mit Ionenaustausch, bei denen der Salz­ gehalt des zu denitrierenden Flusses durch das zur Re­ generierung des Ionenaustausches eingesetzte Natrium­ chlorid erheblich erhöht wird, liegt also auf der Hand.

Das Denitrierungssystem, das auf den konzentrierten Fluß aus der Elektrodialyse mit Polaritätsumkehr angewandt wird, läßt sich auch auf jedes beliebige andere Membran­ system anwenden, bei dem die Nitrate in einem einzigen Abwasserfluß konzentriert werden.

Nach diesen obigen Ausführungen werden, um die Unter­ schiede des vorliegenden Prozesses gegenüber den neue­ sten und wirksameren Prozessen zur Nitratbeseitigung, die im Industriemaßstab angewandt werden, besser heraus­ zuarbeiten, folgende Vorstellungen gemacht:.

a) Verfahren des selektiven Ionenaustauschs

Mehr oder weniger hochgezüchtete Aufbereitungsverfahren wurden durch Einsatz von selektiven Ionenaustauscher­ harzen entwickelt, d. h. Harze mit besonders starker Affinität für die besonders stark auftretenden Nitrate.

Die Nitrate werden immer durch andere Anionen ersetzt, was dazu führt, daß die Verringerung an Nitraten immer gleich dem Zunahme an anderen Ionen ist. Die Systeme sind zyklisch und können keine konstante Qualität des Produkts sicherstellen, wenn sie nicht über Speichervo­ lumina zur Homogenisierung des im Zyklus produzierten Trinkwassers verfügen.

Die Abwassersole aus der Regenerierung der Harze führt andere Salze ein, die wegen der Änderung des globalen Massengleichgewichts eine negative Einwirkung auf die Umwelt haben, und so läßt sich weder das Problem der Ni­ tratbelastung der Abwässer noch das des Ansteigens der Salze im Abwasser lösen.

Ein besonders eigenartiges System sieht die biologische Denitrierung des Regenerationseluats vor und reduziert gleichzeitig den Zusatz von Salzen von außen, ohne sie ganz zu unterbinden.

Allerdings kommt das denitrierte Konzentrat in Berührung mit der Ionenaustauscherkolonne, die für die nachfol­ gende Funktion bestimmt ist, und daher besteht das po­ tentielle Risiko einer bakteriellen Verseuchung des Trinkwassers.

b) Biologische Verfahren

Verschiedene biologische Verfahren, sowohl autotrophe als auch heterotrophe, wurden angewandt, die in der Li­ teratur weitgehend bekannt sind.

• - Alle diese Systeme sehen eine direkte Einwirkung der bakteriellen Aktivität auf das Trinkwasser vor, und alle Systeme verlangen zwingend die Gesamtausscheidung der Nitrate durch Zusatz von organischem Kohlenstoff im hö­ heren Maße, als es zum wirksamen Einsatz nötig wäre.

Schließlich lassen sich die wirtschaftlichen, prakti­ schen und energetischen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wie folgt zusammenfassen.

• - Möglichkeit, die Wasseraufbereitung durch Beseitigung der Nitrate an die tatsächlich vom Gesetz bzw. von den örtlichen Gesundheitsbehörden geforderten Bedingungen anzupassen.
• - Gleichzeitige Beseitigung von Nitraten, Chloriden, Sulfaten, Härte, TDS mit der Möglichkeit, im Rahmen ei­ ner einzigen Behandlung die Einstellung der chemischen Merkmale des Trinkwassers auf die gesetzlichen Vor­ schriften zu erreichen bzw. ganz allgemein diese Merk­ male zu verbessern.
• - Konstante Qualität des erzeugten Wassers mit Variatio­ nen, die einzig und allein von der unterschiedlichen Zu­ sammensetzung der Speisequelle abhängen.
• - Keinerlei Notwendigkeit zur Remineralisierung, Mi­ schung, Lagerung zur Homogenisierung.
• - Unbedingte Unabhängigkeit des Trinkwasserherstellungs­ systems vom System der biologischen Denitrierung mit ab­ solutem Ausschluß der Möglichkeit einer Bakterienverseu­ chung des Trinkwassers in der Folge des biologischen Prozesses.
• - Energieverbrauch, der sich ausschließlich nach der Menge der beseitigten Salze oder Nitrate richtet.
• - Unbedingt unverändertes Massengleichgewicht, da der Zusatz von Reagenzien oder Regenerationsmitteln zur Er­ höhung des Gesamtsalzgehalts im zugeführten Wasser nicht vorgesehen ist.
• - Die Nitrate werden ohne Substitution durch andere Salze aus dem eingesetzten Wasser entfernt, nicht wie im klassischen Fall des Ionenaustauschs, bei dem das Nitra­ tion durch das Chloridion ersetzt wird.

Claims (6)

1. Verfahren zum Beseitigen der Nitrate aus zum Trinken bestimmtem Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, daß das zu reinigende Rohwasser einer Vielzahl von mit Membranen arbeitenden Reinigungsmitteln ausge­ setzt wird, insbesondere in Elektrodialyseeinheiten des Typs, der vorzugsweise mit Polaritätsumkehr arbeitet, die in Reihe angeordnet sind, so daß es diesen Einheiten möglich ist, das Wasser fortschreitend zu reinigen, bis die Konzentration an Nitraten und sonstigen Ionen wenig­ stens den von den gesetzlichen Vorschriften für Trink­ wasser festgelegten Grenzwert erreicht, sodann alle Ab­ wässer beim Ausgang aus diesen Elektrodialyseeinheiten in einem einzigen Fluß zusammengefaßt werden und dieser zusammengefaßte Abwasserfluß einer biologischen Denitrierung unterzogen wird, so daß Abwasser mit einem Gehalt an Nitraten und anderen Ionen erhalten wird, der innerhalb der Grenzwerte der gesetzlichen Vorschriften für Abwässer liegt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trinkwasser mit den gesetzlich vorgeschriebenen Trinkbarkeitsmerkmalen unmittelbar, kontinuierlich und mit konstanter Qualität erhalten wird, ohne daß man auf Behandlungsverfahren wie Mischen, Homogenisierung und Remineralisierung des erzeugten Wassers zurückgreifen muß.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese biologische Denitrierung nur auf den zusammen­ gefaßten Abwasserfluß aus einem mit Membranen arbeiten­ den System zur Beseitigung von Nitraten angewandt wird, um auch die Möglichkeit einer Berührung zwischen dem De­ nitrierungsprozeß und dem Prozeß zur Beseitigung der Nitrate aus dem Trinkwasser zu vermeiden.

4. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dieser Denitrierungsprozeß des zusam­ mengefaßten Abwasserflusses mittels eines herkömmlichen biologischen Prozesses bewirkt wird, der einen anaeroben Reaktor mit Biomasse in Suspension, ein Klärgefäß zur Abtrennung der Biomasse vom denitrierten Fluß, Vorrich­ tungen zur Rückführung der Biomasse in den Reaktor und Vorrichtungen zur Dosierung des organischen Nährmittels einsetzt.

5. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dieser Denitrierungsprozeß des zusam­ mengefaßten Abwasserflusses anaerobe Reaktoren mit fest­ haftender Biomasse einsetzt, die ausgewählt wird aus:

• - auf einem eingetauchten festen Träger haftende Bio­ masse, wobei dieser Träger aus anorganischem Material bzw. Strukturen aus Kunststoffmaterial besteht;
• - verwirbelte, auf einem Wirbelstromträger haftende Bio­ masse, wobei dieser Wirbelstromträger aus Sand oder ei­ nem anderen Material besteht, das geeignet ist, ein Wir­ belstrombett zu realisieren;
• - auf einem nicht untergetauchten festen Träger haftende Biomasse, wobei dieser Träger Vorrichtungen zur Abschei­ dung der überschüssigen Biomasse aus dem denitrierten Fluß, Vorrichtungen zur Dosierung des organischen Nähr­ mittels, sowie Hilfsvorrichtungen enthält.

6. Verfahren zum Beseitigen von Nitraten und sonstigen Ionen aus zum Trinken bestimmtem Wasser gemäß den vor­ stehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verfahren für die obigen Zwecke und Anwendungen gemäß der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen ange­ wandt wird.