DE2553050A1 - Geraet und verfahren zur austreibung von im wasser geloesten verunreinigungen, hauptsaechlich nitraten - Google Patents
Geraet und verfahren zur austreibung von im wasser geloesten verunreinigungen, hauptsaechlich nitratenInfo
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Description
ANMELDER:
Der Erfinder: Dr. Luis Alberto Benedetto-Castro, 6407 Schlitz,
Hallenburg, für die Fa. Tetra-Werke GmbH, 4520 Meile, Herrenteich
17> gemäß § 13 j Abs. 3 des Gesetzes über Arbeitnehmererfindungen.
TITEL:
nU-fiY<fhuhU i/eh im WlU ίβγ ..
Gerät und Verfahren zur g e
ANWENDUNGSGEBIET:
Die Erfindung betrifft ein Gerät und ein Verfahren, um im Wasser gelöste Verunreinigungen, hauptsächlich NO (Nitrat), aber auch
NH. (Ammonium), NO (Nitrit), CO (Kohlendioxid), Cl (Chlor), durch
Entweichen in die Luft vollständig und weitaus schneller als nach den bisher bekannten Verfahren auszutreiben.
ZWECK:
Bei der Trinkwasseraufbereitung und Abwasserreinigung ist eine Methode
erforderlich,: die das Wasser von gelösten Verunreinigungen
vollständig reinigt, wobei dieser Reinigungsvorgang schneller und billiger erfolgen müßte als nach den bisher bekannten Verfahren.
STAND DER TECHNIK MIT FUNDSTELLE:
Ein derartiger Wasserreinigungsvorgang ist bisher nur in dem langsamen
Prozeß der natürlichen Ökosysteme bekannt: KUNEZOW, S. I.,
1959» MDie Rolle der Mikroorganismen im Stoffkreislauf der Seen."
VEB. Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin: 3°1 Seiten; und
in den sogenannten Langsamfiltern der Wasserwirtschaft zur Gewinnung
von Trinkwasser imitiert.
Teile dieses Vorganges werden auch als Beweis des physiologischen
Stoffwechsels von Mikroorganismen in Laborversuchen für die mikrobiologische
Lehre benutzt: DREWS, G., I968, "Mikrobiologisches Praktikum
für Naturwissenschaftler." Springer - Verlag, Berlin, Heidelberg,
New York: 21k Seiten; im belebten Schlamm der Kläranlagen
zur Abwasserreinigung: REHM, H. J., 1971>
"Einführung in die industrielle Mikrobiologie." Springer - Verlag, Berlin, Heidelberg, New
York; 241 Seiten; sowie in der Aquaristik: HIRA^AMA, K., 1965,"Studies
on Water control by filtration through sand bed in a marine aquarium with closes circulating system. I. Oxygen consumption during
filtration as an index in evaluating the degree of purifica-
709824/0848 - 1 -
tion of breeding water." Bull. Jap. lee. Sei. Fish. 31: 977 - 982
und 3AEKI, Α., 1958, "Studies on fish culture in filtered closedcirculaiont
aquaria. I. Fundamental theory arid system desi,;ii Standards.»
Hull. Jan. Soc. Sex. Fish. 23: 684 - 695 (Übersetzung in D.
.Res. ;d. Canada 1964).
KRITIK DEi STANDES .5ER TECHNIK:
Alle bisher bekannten Methoden der Vasserreini;,'ung - ausgenommen die
Lanp;sa»if ilter - sind nicht in der La1^e, NO (Nitrat) abzubauen, so
daß das Wasser als Trinkwasser nicht zu bemitzen ist. Lan^sai :f ilter
reinigen zwar d's Wasser auch von Nitraten, sind jedoch we^ven der
Dauer des 'ieinitunitsvorganges und wet,ren der hohen Kosten für den wachsenden
Wasserverbrauch in allen iridustriealisierten Ländern unzureichend.
AUFGABE:
Der Lrfindun,:; lie;;t die Aufgabe zugrunde, in eineas naturfihnlichen
Verfahren mit ;:erinj;e!n Energieverbrauch und minimaler mechanischer
iiilfe die im Wasser gelösten Verunreinigungen in einet;i einzigen
Durchlauf im Gerät auszutreibexi.
LOSUNG:
Diese Aufgabe wird erfindunysmUßiiv dadurch gelöst, daß das zu reinigende
Wasser im Fall durch ein kombiniertes System von flachen Behältern
(3) und mit speziellen Bakterien besiedelten porösen Körpern unter Einfluß von drei verschiedenen, voneinander getrennten Atmosphären
(Normalatmosphäre, Stickstoff-Wasserstoff - oder Stickstoff-Methan
- Atmosphäre und Kohlendioxydatmosphäre) nach Oxidation und Reduktion von seinen Verunreinigungen durch gasförmiges Entweichen
in die Luft befreit wird.
ANDERE LÖSUNG:
Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß das zu reinigende
Wasser im Fall durch ein kombiniertes System von schrägen, mit
Gefällen angeordneten Flächen (6) und mit speziellen Bakterien besiedelten porösen Körpern unter Einfluß von drei verschiedenen, voneinander
getrennten Atmosphären (Normalatmosphäre, Stickstoff-Wasserstoff - oder Stickstoff-Methan - Atmosphäre und Kohlendioxydatmosphäre)
nach Oxidation und Reduktion von seinen Verunreinigungen durch gasförmiges Entweichen in die Luft befreit wird.
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WEITERE AUSGESTALTUNG DER ERFIMDUJNiG:
Um im Wasser gelöste Nitrate durch leduktion zu gasfcrr-äigen Stickstoffoxyden
oder iiole'cularstickstoff umzuwandeln, ist es nüti-^,daß
das zu reinigende Wasser eine Stic' stuff-WasserstofΓ - oder eine
Stickstoff-· !ethan - Atmosphäre durchläuft, dort seinen relosten Sauerstoff
abgibt und dadurch die -·. itratcitirun,1^ von i O-erpt kultivierten
anaeroben Bakterien ermöglicht. Die erwähnten Bakterien bilden
durch Übertrag von Wasserstoffionen an den im Nitrat enthaltenen
Sauerstoff Wasser und setzen dadurch genügend Sauerstoff ztn·: Atmen
frei. Nach Spaltung des .Nitratmoleküls verbleibt gasförmifier stickstoff,
der in die Luft entweicht.
Das Gerät besteht aus drei Teilen:
a) physikalisch Sauerstoff austreibender Teil (i,Il)
b) biologisch Nitrat reduzierender Teil (1,III)
c) chemisch neutralisierender Teil (4)
Alle drei Teile sind in einem von der Technik genannten Ivaskadensystem
gebaut. In diesem System stehen mehrere verschiedene Oberflächen dem freien Fall des Wassers entge en, was eine Vergrößerung der
Wasseroberfläche und eine Verlangsamung des Durchlaufs verursacht.
WEITERE AUSGESTALTUNG DER ERFINDUNG
Der Sauerstoff austreibende Teil (1,11) besteht aus einer Reihe von
senkrecht angeordneten flachen Behältern (3)» die sich mit Wasser bis zu einer Höhe von 3-6 cm füllen lassen. Wenn der V/aaserstand diese
Höhe erreicht hat, fließt das Wasser durch einen Überlauf (3 a) in den nächsten Behälter und von diesem nach Erreichung der angegebenen
Höhe in den nächsten etc.
WEITERE AUSGESTALTUNG DER ERFINDUNG
Der biologisch Nitrat reduzierende Teil besteht aus einer Reihe von
senkrecht angeordneten porösen Körpern (1,111), die mit folgender
Mischung geimpft werden:
NÄHRLÖSUNG FÜR DENITRIFIZIERENDE BAKTERIEN NACH TRAUTWEIN
KNO 1,0 g Kaliumnitrat
H P Ol · 1 H„ 0 0,1 g Natriumhydrogenphosphat
2 S2 0 ·5 H2 0 2,0 g Natriumsulfat
Na H 0 0_ 0,1 g Natriuinhydrogencarbonat
- 3 - 709824/0848 '*
Mg Cl„ · 6 Hp O 0,1 g Magnesiumchlorid
N H. Cl 0,1 g Ammoniumchlorid
.Spurenelemente 5,0 ml (χ)
Aqua dest. ad 1 000 ml, pH 7
(χ) Spurenelemente Lösung
(χ) Spurenelemente Lösung
Eisen III - Citrat
| Mn | C12 | Ci2 | . k | H2 O |
| Zn | C12 | Ci2 | ||
| K | Br | Cl „ | ||
| K | J | |||
| Co | ||||
| Sn | • 2 | H2 O | ||
| Ba |
| 1 000 | mg | Manganchlorid |
| 10 | mg | Zinkchlorid |
| 5 | mg | Kaliumbromid |
| 2,5 | mg | Kaliumjodid |
| 2,5 | mg | Kobaltchlorid |
| 5,0 | rag | Selenchlorid |
| 0,5 | mg | Bariumchlorid |
| 0,5 | mg | Borsäure |
| 10 | mg | |
Aqua dest. ad 1 000 ml
Diese Lösung wird in der Verdünnung 1 : 100 bis 1 : 500 der Nährlösung
zugesetzt,
Die porösen orner können au? Watte, Schaumstoff, Filz oder anderen
indifferenten Materialien hergestellt sein. Weil der Gasaustausch
in der Nähe der Oberfläche stattfindet, sollen sie nicht höher als 5 cm sein. Das vom Sauerstoff austreibenden Teil kommende Wasser
fließt dann gleichmäßig verteilt auf die Oberfläche des ersten porösen Körpers und nach dessen Durchdringung über den nächsten u.s.w.
Die porösen Körper liegen 3 cm auseinander, müssen jedoch für die OasatTiiosphäre einen Üindestabstand von 1 cm haben. Da der biologisch
Nitrat reduzierende Teil (i,IIl) während seiner Funktion basische
■Stoffe freisetzt, muß seine Länge begrenzt sein. Das Wasser darf
bis ZtT einem 'naxinal pH - Wert von 8,5 in einem Durchlauf steifen,
Wird diese Grenze überschritten, heninit es die Aktivität der Bakterien.
Es können aber mehrere biologisch Nitrat reduzierende Abschnitte
(5) nach vorangehender Neutralisierung des pH - Wertes eingeschaltet werden, falls der Nitratgehalt des zu reinigenden Wassers zu
hoch wäre.
Da während der i*itratreduktiori Nitrit als Zwischenprodukt auftritt,
soll das Wasser erst d:-is Gerät verlassen, wenn keine gelösten Stickstoffverbindungen
übrig sind.
_ h _ 709824/0848
Physikalisch. Sauerstoffaustreibender Teil und biologisch Nitrat reduzierender
Teil können in der erwähnten Reihenfolge in einem geschlossenem
Rohr gebaut werden (1). Wichtig ist, daß in beiden Fallen durch den unteren Deckel Stickstoff-Wasserstoff oder Stickstoff-Methan
ständig eingespritzt werden. (1,Ge)
WEITERE AUSGESTALTUNG- DER ERFINDUNG
Der chemisch neutralisierende Teil (4) besteht axis einer Reihe flacher
Behälter, die schon für den Sauerstoff austreibenden Teil beschrieben
wurden. (3)
Dieser Teil ist aber unbedingt von den anderen Teilen durch eine Wassersäule (Wasserverschluß oder Siphon) zu trennen, (k) Er wird
in einem geschlossenem Rohr gebaut, in dessen unteren Teil C Op (ivohlendioxyd)
laufend eingespritzt wird. C Op muß durch ein Ventil in
dem oberen Teil entweichen, ohne in den biologisch Nitrat reduzierenden
Teil eindringen zu können.
WEITERE AUSGESTALTUMG DER ERFINDUNG
Durch Verwendung der !leihe von flachen Behältern (3) (wie sie im Sauerstoff
austreibendem Teil und dem Chemisch neutralisierendem Teil verwendet wurden) in der normalen Atmosphäre sind leicht entweichende
R-ase wie Chlor, Kohlendioxyd etc. axis derr Wasser schnell zu treiben
.
WEITERE AUSGESTALTUNG DER ERFINDUNG
Durch Verwendung der Reihe von porösen Körpern, wie sie im biologisch
Nitrat reduzierendem Teil verwendet wurden, in der normalen Atmosphäre mit folgender Lösung /veimpf t:
50O g Teichschlamm
10 g (N H.) S 0. Ammoniumsulfat
Natriumnitrit
Kaliumhydrogenphosphat Natriumchlorid
Calciuracarbonat 1 lagne s iumsulf a t
Eisensulfat Harnstoff
Leitungswasser ad 10 1. pH - Wert auf 6,5 bringen. 10 Tage mit Belüftung
bebrüten.
■ " 5 " 709824/0848
| 10 | S | Na | N O2 |
| 5 | C | K2 | Jl P O^ |
| 20 | (S | Na | Cl |
| 50 | g | Cr- | c O3 |
| 2 | Mg | s O4 | |
| o,5 | Fe | S 0. | |
| 10 | C 0 | (N H0) |
werden die Vorstufen des Stickstoffkreislaufes Annsonifikation (Verwandlung
von organischen Stickstof !'verbindungen zu Ammonium) und
Aitrifikation (Oxidation von Ammonium zu Nitrit und von Nitrit zu
Nitrat) gewährleistet. Diese Vorstufen sind auch in den mit belebten;
Schlamm benutzten ilecken der ivinrr..nlf;en zu finden. Sie sind für
die Vervollständigung des Stickstoffkreislaufes (Reduktion von Nitrat
zu Stickstoff) notwendig.
ERZIELBARE VORTEILE
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen besonders darin,
daß durch ihre Verwendung
a) Reinigungsvorgänge, die nicht vollständig sind (gelöste
Nitrate im Wasser nach der normalen Reinigung in Kläranlagen) durch diese 3· Reinigungstufe vervollständigt werden
können (nitratfreies Wasser).
b) Die Befreiung des Wassers von gelösten Stickstoffverbindungen wird in wenigen Minuten im Gegensatz zu den langsamen
Prozessen der Langsamfilter erreicht.
c) Eine 3· biologische Reinigungsstufe ist bedeutend billiger
als die benutzten chemischen Reinigungsmethoden.
BESCHREIBUNG DURCH AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgendem näher beschrieben.
Es zeigen Abb. 1 ein an beiden Enden geschlossenes Rohr, in dessen
unterem Deckel sich ein Ventil (Ge) befindet, durch das eine mischung von Stickstoff-Wasserstoff oder Stickstoff-Methan ständig
eingespritzt wird. Diese Gasmischung treibt die vorhandene Luft im
Inneren des Gerätes durch ein Rückschlagventil (Rv "Ga") (Waaserverschluß oder Siphon), das im oberen Deckel angebracht ist, aus.
Ebenfalls im oberen Deckel befindet sich eine Öffnung, durch die nitrathaltiges Wasser fließt.(We)
Das Innere ist in vier Teile gegliedert.:
I Wasserverteilungsrautn
II Physikalisch Sauerstoff austreibender Teil
III Biologisch Nitrat reduzierender Teil Uli Gasverteilungsraum
Der physikalisch Sauerstoff austeibende Teil (II) besteht aus einer
Reihe flacher Behälter, deren Durchmesser nur wenig kleiner als
- 6 - 709824/0848
der der Innenwand dos "iohres ist. !--urch die son entstandene -fftiunr
wirü der Aufstieg der '-nse ermöglicht. i;as eine trö^iende .asser verteilt
sich in de'vi ?3ehnlter (3)>
bevor es durch die Lherlaufe (3 a.)
in den nächsten fließt. I;ie durch die iehnlter verbrüderte Oberfläche
erleichtert den Austausch zwischen der vorhandenen Stickstoffatmosphäre
und den Wasser, was zur Aus tr ei ung de im .,'asser gelösten
Sauerstoffes führt. Der aus de;·; /asser ausfctriobene Sauerstoff
entweicht zusammen r.iit den überflässigem ;.tic!'stoff durch das
im oberen Deckel angebrachte Rückschlagventil (1, Hv "Ga"). Eine
mögliche yarinltion dieses Gerätes ist in Abb. 6 dargestellt.
Der biologisch Nitrat reduzierende Teil (1,IH) besteht ?-us einer
Reihe von geinmfton porösen Körpern, die in einein Kähnen lie;;en. Oer
Durchmesser ist der gleiche wie dei· der flachen behälter.
Der Prototyp dieses Gerätes hatte einen Durchmesse, von 0,30 κι, der
physikalisch Sauerstoff austreibende Teil (1,1 / II) eine linhe von
2 m und der biologisch Mitrr.t reduzierende Teil (1,111 / Uli) eine
Höhe von 0,75 m· Bei diesen ,'laßen und einen V/asserdurchlauf von 500
l/h hatte er einen Stickstoffverbrauch von 20 L/h, d.h. ca. eine
Flaeche/Woche, einen V/a ss er stoff verbrauch von 3 ''/h, d.H.. ca. eine
Plasche/2 Monaten und trieb ca. 5(J f?/Tag reines Xitrat aus dem Wasser.
Abb. 2 und 3 Einzelteile von Abb. 1
Abb. k den chemisch neutralisierenden Teil.
Abb. 5 eine schematische Kombination der verschiedenen Teile zur absoluten
Stickstoffaustreibung. Die Anzahl der biologisch sitrat reduzierenden
Teile im Wechsel mit den chemisch neutralisierenden Teilen
richtet sich nach der Verschmutzung des Wassers.
Abb. 6 dasselbe Gerät kann auch rechteckig gebaut werden.
- 7 "-" 709824/0848 bad
AA
Leerseite
Claims (1)
- PATENTANS PRU CHE1 Gerät und '/erfahren, um im Wasser gelöste Verunreinigungen, hauptsächlich Nitrat, aber auch Ammonium, Nitrit, Kohlendioxid und Chlor durch Entweichen in die Luft vollständig und weitaus schneller als nach den bisher bekannten Verfahren auszutreiben, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Wasser im Pail durch ein kombiniertes System von flachen Behältern (3) und mit speziellen Bakterien besiedelten porösen Körpern unter Einfluß von drei verschiedenen, voneinander getrennten Atmosphären (Normalatmosphäre, Stickstoff-Wasserstoff - oder Stickstoff-Methan - Atmosphäre und Kohlendioxidatmosphäre) nach Oxydation und Reduktion von seinen Verunreinigungen durch gasförmiges Entweichen in die Luft befreit.wird.2 (Nebenanspruch) Gerät und Verfahren, um in Wasser gelöste Verunreinigungen, hauptsächlich Nitrat, aber auch Ammonium, Nitrit, Kohlendioxid und Chlor durch Entweichen in die Luft vollständig und weitaus schneller als nach den bisher bekannten Verfahren auszutreiben, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Wasser im Fall durch einkonibiniex*tes System von schrägen, mit Gefallen angeordneten Flächen (6) und mit speziellen Bakterien besiedelten poiJÖsen Körpern unter Einfluß von drei verschiedenen, voneinander getrennten Atmosphären (Normalatmosphäre, Stickstoff-Wasserstoff - oder Stickstoff-Methan - Atmosphäre und Kohlendioxidatmosphäre) nach Oxydation und Reduktion von seinen Verunreinigungen durch gasförmiges .·_, Entweichen in die Luft befreit wird.3 Gerät und Verfahren, um in Walser gelöstes Nitrat durch Entweichen in die Luft auszutreiben, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Wasser durch den physikalisch Sauerstoff austreibenden Teil (1,Il) seinen gelösten Sauerstoff abgibt, dadurch die Xitratatmung von im biologisch Nitrat reduzierenden Teil freigewordenen alkalischen Stoffe durch einen chemisch neutralisierenden Teil (4) an Kohlendioxid gebunden werden, wodurch eine weitere biologische Nitratreduktion ermöglicht wird.h Gerät und Verfahren um in Wasser gelöstes Nitrat durch Entweichen in die Luft auszutreiben, nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Wasser durch den physikalisch Sauerstoff austreibenden Teil (6) seinen gelösten Sauerstoff abgibt, dadurch die Nitratatmung von im biologisch Nitrat reduzierenden Teilο 709824/0848- 8 - ORIGINAL INSPECTEDfreigewordenen alkalischen .toffe durch einen chemisch ricutreilisierenden Teil (6) an Kohlendioxid gebunden werden, wodurch eine weitere biologische i'itratreduktion ernirj^licht wird.5 Physikalisch Sauerstoff austreibender Teil nach Anspruch 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, da,S dieser Teil aus einer <eihe senkrecht angeordneter flacher Behfi i.ter (3) wit !Überläufen (3 a) in geschlossener stickstoff-'v'asserstoi'f - oder ytickstoff-. ethan - Atmosphäre besteht.6 Physikalisch Sauerstoff austreibender Teil nach Ansnruch 2 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß dieser Teil aus einer Keine schräfer, üiit Gefallen angeordneter Flächen (6) in geschlossener Stickstoff-Wasserstoff - oder Stickstoff-methan - Atmosphäre besteht.7 Biologisch. Nitrat reduzierender Teil nach Anspruch 1,2, 3> und 4 dadurch gekennzeichnet, dan diesel" Teil aus einer lieihe senkrecht aiigeordneter vorher geimpfter poröser Körper in /'esclilossener Stiel*· stoff-Wasserstoff - oder Stickstoff-, tethan - Atior-piiäre bestellt, wobei die Irmflösung wie fol^t zusantnengesetzt ist:Kaliumnitrat 1, ü g; Katriumhyciro->ent)hosnhat 0,1 ,-■·; Katrin isulf η t 2,0 f;; AatriuiniLydro/iencarfaonat ü,1 p·; iiaxaie^it'.n'chloriiJ ..■, 1 ,··:; Aui'-ioniumchlorid 0,1 ^r. 3nurenele::ic!ite 5>O tnl. Aqua de:;t. ao 1 (to · 1 TJiL 7.8 Chemisch neutralisierender Teil nacii Ansorucii 1 und 3 dauiirch ,gekennzeichnet, daß dieser Teil aus einej.1 ,i.e±he senkrec'it γ·π. -eordneter Behälter (3) mit Überläufen (3 a) in ,r;eschlossener C O0 - Atmosphäre besteht.9 Chemisch neutralisierender Teil nach Anspruch 2 und h dadurch gekennzeichnet, daß dieser Teil aus einer Reihe vom sctir.M-iven mit Ciefallen angeordneten Fliehen (6) in geschlossener C 0„ - Atmosphäre besteht.10 Leicht entweichende Gase austreibender Teil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß dieser Teil aus einer Reihe von senkrecht angeordneten flachen Behältern (3) fiit Überläufen (3 a) in normaler Atmosphäre besteht.11 Leicht entweichende Gase austreibender Teil nach Anspruch 2 da-- 9 - 70,9824/0840durch gekennzeichnet, daß dieser Teil aus einer Reihe von schrägen, mit Gefällen angeordneten Flächen (6) in normaler Atmosphäre bestellt.12 ^tmnonif ikanter und nitrifikanter Teil nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß dieser Teil aus einer veihe senkrecht angeordneter poröser Körper in normaler ■">tmosnhäre besteht, die mit einer animonif i kanten bzw. nitrif !zierenden Bakterienkultur geimpft sind .13 i'Onservierbare Imoflösung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß sie bei 1,5° bis 3° Celsius konservierbar ist und aus folgenden Stoffen besteht:
500 g Tel ch sch 10 (N ) s 10 β Na $ °2 5 K2 H P 0 20 F Na Cl 50 S Ca C °3 2 C S }k0,5 c Fe S O^ 10 g C 0 (K ILeitungswasser ad 10 1. pH - Wert auf 6,5 bringen. 10 Tage mit Belüftung bebrütet.709824/0848
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