WO1993002965A1 - Verfahren zur aufbereitung von mit organischen substanzen belastetem rohtrinkwasser - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren beschrieben zur Aufbereitung von mit organischen Substanzen belastetem Rohtrinkwasser, insbesondere von nitrathaltigem Rohtrinkwasser, das mit Pflanzenschutzmitteln belastet ist durch Behandlung mit UV-Licht, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitung des Rohtrinkwassers entweder a) mit ultraviolettem Licht einer Wellenlänge>⊃ 230 nm erfolgt oder b) UV-Licht auch mit Anteilen kürzerer Wellenlänge als 230 nm in Verbindung mit Nitrit zerstörenden Substanzen verwendet wird. Eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung weist im Strahlengang zwischen UV-Licht und Rohtrinkwasser Filtereinrichtungen auf, die UV-Lampe im Bereich von 230 nm und größer hindurchlassen. Geeignet sind ebenso UV-Lampen, die keine wesentlich unter 230 nm liegende UV-Strahlung erzeugen.

Description

"Verfahren zur Aufbereitung von mit organischen Substanzen belastetem Rohtrinkwasser"

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren der gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrich¬ tung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 8 bezeichneten Art.

Die Verunreinigung des zur Gewinnung von Trinkwasser vor¬ gesehenen Rohtrinkwassers mit organischen Verbindungen, insbesondere Pflanzenschutzmitteln wie z. B. Atrazin ist zu einem großen Problem geworden. Es ist zwar möglich durch geeignete Aufbereitungsmaßnahmen den Atrazingehalt zu reduzieren, jedoch ist dies überwiegend durch Filtra¬ tionen und Adsorptionen mit dem entsprechend hohen Auf¬ wand durchzuführen. Diese Maßnahmen sind allesamt extrem kostspielig und mit hohen Investitionen verbunden. Um den von der Europäischen Gemeinschaft festgelegten Richtlinien bezüglich der Höchstbelastung mit beispielsweise Atrazin gerecht zu werden, müssen somit die wassererzeugenden Be¬ triebe enorme Anstrengungen entwickeln.

In Chemical Abstracts, Vol. 104, 1986, S. 422, Ref.Nr. 155599S, wird ein Verfahren zur Photolyse von pestizid- haltigen Lösungen mit UV-Licht bei einer Wellenlänge von 365-366 nm angegeben.

Die DE-OS 27 35 550 offenbart ein Verfahren zur Reinigung, insbesondere zur Entkeimung und Desinfektion fließfähiger Medien in einem Durchflußreaktor mit einer vorbestimmten Mindestbestrahlung, d.h. Mindestdosis, ultravioletter Strahlung überwiegend im Wellenlängenbereich von 240-320 nm. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Aus¬ übung eines solchen Verfahrens, bestehend aus einem einer Strahlungsguelle mit mindestens einem Strahler, der ultra¬ violette Strahlung im Wellenlängenbereich von 240-320 nm emittiert, zugeordneten Durchflußreaktor mit einer Zulei¬ tung und einer Ableitung für das zu bestrahlende Medium und mit einer Überwachungsreinrichtung für die den Durch¬ flußreaktor durchsetzende ultraviolette Strahlung.

Eine photochemische Eliminierung organischer Substanzen, wie sie bereits in den Patentanmeldungen P 39 03 549 und P 40 16 514 beschrieben werden, sind nicht auf die Auf¬ bereitung von Trinkwasser übertragbar. Dies beruht auf der Tatsache, daß die Verunreinigungen die durch Atrazin- kontaminationen verursacht sind, überwiegend aus dem land¬ wirtschaftlichen Bereich stammen. Damit ist dann jedoch auch regelmäßig eine hohe Nitratbelastung des aufzube reitenden Trinkwassers verbunden. Durch photochemische Behandlung des Trinkwassers wird nun das Nitrat teilweise zum Nitrit reduziert. Dabei können die Grenzwerte der Trinkwasserverordnung (TVO) überschritten werden. Nitrit jedoch ist als kanzerogene Substanz bekannt. Um das Nitrit wiederum in das relativ unschädliche Nitrat zu überführen, müssen Oxidationsmittel zugesetzt werden, wie beispiels¬ weise Wasserstoffperoxid. Das führt dazu, daß dann über¬ schüssiges Wasserstoffperoxid gemäß TVO wieder dem Trink¬ wasser entzogen werden muß. Dies ist jedoch nicht nur aufwendig, sondern auch kostenintensiv.

Das der Erfindung zugrundeliegende technische Problem ist es somit, ein Verfahren bereitzustellen, das es ermög¬ licht, die oben genannten Nachteile zu vermeiden. Das Verfahren soll insbesondere kontinuierlich durchführbar sein und eine nachträgliche oxidative Behandlung des auf¬ zubereitenden Trinkwassers vermeiden. Das Verfahren soll mittels einer daran angepaßten Vorrichtung durchgeführt werden können.

Das der Erfindung zugrundeliegende technische Problem wird mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Aus- führungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine dem erfindungsgemäßen Verfahren angepaßte Vorrichtung wird durch die Merkmale des Anspruchs 8 beschrieben.

Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung von Wellenlängen im Bereich von insbesondere > 230 nm eine Zerstörung or¬ ganischer Verbindungen, insbesondere Pflanzenschutzmit¬ teln wie Atrazin, ermöglicht, ohne daß dabei das Nitrat zu Nitrit umgewandelt wird. Bei Verwendung der genannten Wellenlängen wird die Reduktion von Nitrat zu Nitrit ver¬ mieden, so daß auch eine Nachbehandlung des Wassers, wie sie bei Verwendung niedrigerer Wellenlängen erforderlich wird, nicht durchgeführt zu werden braucht.

In vorteilhafter Weise kann der Wellenlängenbereich mit¬ tels UV-Filtern ausgewählt werden. Dies geschieht vor¬ zugsweise mit Filtern, die aus hochreinen Quarzen in großen Schichtdicken wie z. B. Heralux (20 mm) der Fa. Heraeus (Hanau) oder preiswerteren Materialien wie z. B. Infralux M 235/M 282 in ausreichender Schichtdicke der Fa. Heraeus (Hanau) hergestellt sind.

Es ist ebenfalls möglich, mittels speziell ausgestalteter UV-Lampen dafür Sorge zu tragen, daß das Emissionsspek¬ trum der verwendeten Lampen keine wesentlichen Anteile mehr < 230 nm aufweist. UV-Lampen, die diese Anorderungen erfüllen, sind insbesondere z. B. dotierte UV-Tauch¬ strahler der Fa. Heraeus: ZI, Z2, Z3, Z4 oder allgemein Edelgas-Entladungslampen.

Es ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls ver¬ einbar Hilfschemikalien zur Aufbereitung des Rohtrink¬ wassers einzubringen. Insbesondere kommen Hilfschemikalien wie Ameisensäure und deren Salze, Essigsäure, Ethanol, Citronensäure, Weinsäure, Glucose und reduzierende Zucker, sonstige organische, reduzierend wirkende Hydroxyverbin- dungen sowie Ammoniak, Harnstoff und Aminderivat , wie Amidosulfonsäure, in Betracht, da diese die Zerstörung von Nitrit unterstützen. Dies ist dann zu empfehlen, wenn UV-Licht verwendet wird, das auch höhere Anteile an Wellenlängen kleiner 230 nm aufweist.

Eine zur Durchführung des erfindungsge äßen Verfahrens geeignete Vorrichtung wird in der P 40 25 078.4 vorge¬ schlagen. Die dort beschriebene Vorrichtung weist einen durchströmten Reaktor, mindestens eine UV-Lampe sowie Zu- und Ableitungen auf und ist dadurch charakterisiert, daß im Reaktor eine stark UV-Licht reflektierende Oberfläche angeordnet ist und eine turbulente Strömung erzeugt bzw. stabilisiert werden kann. Dies kann bei Durchflußgeschwin¬ digkeiten, die unterhalb der kritischen Reynolds-Zahl liegen, durch Einrichtungen gewährleistet werden, die auf oder vor der UV-reflektierenden Oberfläche angeordnet sind. Die Einrichtungen können in vorteilhafter Weise sowohl innerhalb des Reaktors wie auch vor Eintritt des zu behandelnden Mediums in den Reaktor im Flüssigkeits¬ strom angeordnet sein.

Eine andere Variante der Erzeugung der turbulenten Strömung beruht auf einer tangentialen Einströmung des Flüssigkeitsstroms in den Reaktor.

Wird die Reynolds-Zahl, die von der Geometrie des Reaktors und der jeweiligen Durchflußgeschwindigkeit des zu behan¬ delnden Mediums abhängt, überschritten, wird eine turbu¬ lente Strömung im Flüssigkeitsström auch ohne diese unter¬ stützenden Einrichtungen erzeugt. Die dabei zu verwenden¬ den UV-Lampen können insbesondere als UV-Tauchlampen aus¬ gebildet werden.

Die Figur zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungs- form. Der Reaktor 1 weist Zu- und Ableitungen auf. Die UV-Lampe- (2) ist hier als Tauchlampe ausgebildet. Die Außenwand des Tauchrohres (3) besteht in einer besonders bevorzugten Ausführungsform aus einem Glas, welches als UV-Filter wirkt für Wellenlängen < 230 nm. Als Material für die Wand des Tauchrohres (3) kommt insbesondere In- fralux M 235 der Fa. Heraeus in Frage. Die Zu- und Ab¬ leitungen (4, 5) sind für den Einlaß bzw. Auslaß von Stick¬ stoff vorgesehen. Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung eines inerten Gases zwischen der UV-Lampe (2) und der Außenwand des Tauchrohrs (3) die Bildung unerwünschter gasförmiger Nebenprodukte verhindert. Die Vorrichtung gemäß der Figur weist auf der Innenwand des Reaktors, der vorzugsweise aus poliertem Edelstahl besteht, Einrich¬ tungen in Form von Protuberanzen auf, die zu turbulenten Strömungen innerhalb des Reaktors führen. Bei höheren Durchflußraten können die Einrichtungen entfallen, sofern die kritische Reynolds-Zahl überschritten wird.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht da¬ rin, daß eine kontinuierliche Verfahrensführung zum Abbau von organischen Verbindungen, insbesondere Pflanzenschutz¬ mitteln wie Atrazin ermöglicht wird, ohne dabei oxidieren- de Substanzen wie H₂0, zur Rückoxidation des durch photo¬ chemische Reaktionen gebildeten Nitrits zu Nitrat anzu¬ setzen. Es ist zur Anwendung des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens möglich, bereits vorhandene Anlagen so umzurüsten, daß Wellenlängen des UV-Lichts von etwa 230 nm oder größer eingesetzt werden können. Dies ist in besonders einfacher Weise möglich durch Einsetzen der entsprechenden UV-Tauch¬ lampen oder Anordnungen von Filtern im Strahlengang, bei¬ spielsweise zwischen Tauchrohr und der zu behandelnden Flüssigkeit. Wird UV-Licht mit Wellenlängenanteilen kleiner 230 nm verwendet, kann das entstehende Nitrit nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise b) zerstört werden.

Claims

_.P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zur Aufbereitung von mit organischen Sub¬ stanzen belastetem Rohtrinkwasser, insbesondere von nitrathaltigem Rohtrinkwasser, das mit Pflanzen¬ schutzmitteln belastet ist durch Behandlung mit UV- Licht, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitung des Rohtrinkwassers entweder a) mit ultraviolettem Licht einer Wellenlänge > 230 nm erfolgt oder b) UV-Licht auch mit Anteilen kürzerer Wellenlänge als 230 nm in Verbindung mit Nitrit zerstörenden Sub¬ stanzen verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge durch Verwendung eines Filters, der nur UV-Licht > 230 nm durchläßt, ausgewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß zur Erzeugung des ultravioletten Lichts eine Lampe verwendet wird, die zwar eine Emission im Bereich von 230 nm aufweist, jedoch we¬ nig UV-Licht mit Wellenlängen < 230 nm emitiert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Lampen UV-Tauchlampen (dotiert) der Fa. Heraeus ZI, Z2, Z3, Z4 oder allgemein Edelgas-Ent¬ ladungslampen verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Filter solche aus Infralux M 235 der Fa. Heraeus verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verfahrensalternative b) als Nitrit zer¬ störende Substanzen organische Säuren oder deren 1-

Salze, Alkohole, reduzierend wirkende Hydroxyverbin- dungen, Ammoniak, Harnstoff sowie Aminderivate sowie deren Kombinationen verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Ameisensäure, Essigsäure, Zitronensäure, Wein¬ säure oder Salze dieser Säuren, Ethanol, Glucose und reduzierende Zucker, Amidosulfonsaure und deren Salze allein oder in Kombination verwendet werden.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit mindestens einer UV-Lampe, gegebenenfalls als UV-Tauchlampe ausge¬ staltet, einem durchströmten Reaktionsgefäß, das innen eine stark UV-Licht reflektierende Oberfläche besitzt und eine turbulente Strömung zu erzeugen vermag, dadurch gekennzeichnet, daß die UV-Lampe im wesentlichen UV-Licht einer Wellenlänge > 230 nm emittiert und/oder durch in den Strahlengang ge¬ schaltete Filtereinrichtungen UV-Licht der Wellen¬ länge > 230 nm erzeugt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtungen aus hochreinem Quarz¬ glas bestehen.