186653. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nitrát eltávolítására természetes vízkészletekből
1 186 653 2 A találmány tárgya magas nitráttatalmú ivóvízkészletek denitrifikálására (nitrátmentesítésére) szolgáló eljárás, melynek segítségével a felszíni vagy felszín alatti vizek nitráttartalma gyakorlatilag tetszőleges mértékben, akár 1-2 g/m3 értékre csökkenthető. A vizek nitrátmentesítésére általában kétféle lehetőség kínálkozik: fiziko-kémiai kezelés (pl. ioncsere, fordított ozmózis, elektrodialízis) vagy biológiai denitrífikálás. A fiziko-kémiai eljárások során általában toxikus melléktermék, vagy nehezen kezelhető, nagy mennyiségű szennyvíz keletkezik, magas beruházási és üzemeltetési költségigényű módszerek, ezért a gyakorlatban nem is terjedtek el. A biológiai denitrífikálás régóta ismert folyamat. Ezen eljárások bizonyos anaerob denitrifikáló baktériumoknak azt a tulajdonságát használják ki, hogy azok szénfonás (szerves anyag) jelenlétében a nitrátionokat semleges nitrogéngázzá redukálják és így az eltávozik a vízből. Ezen az elven alapszik többek között az 1430410 sz. angol szabadalom. Itt szénforrásként metanolt, keményítőt vagy glükózt használva, a baktériumokat fixágyas rendszerben aktiválva végzik a nitráteltávolítást tisztított szennyvízből. Ugyancsak szennyvíz nitrátmentesítésére alkalmasak a 175.935 és a 179.355 számú magyar szabadalmi leírásokban ismertetett eljárások. Ezekben szénforrásként metanolt, propánok, illetve nyers szennyvizet használnak. Ivóvíz denitrifikálására vonatkozik a francia Omnium de Traitements et de Valorisation cég eljárása, melynél a tisztítandó vízben szénforrásként etanolt (etilalkoholt) használnak és a denitrifikálást végző baktériumokat fixágyas szűrőn telepítik meg, melyen a tisztítandó víz keresztüláramlik. A denitrifikáló egység után aktívszén (homokszűrés) és fertőtlenítés következik. Ugyancsak ivóvíz nitrátmentesítésére szolgál a 79.00708. sz. francia szabadalom. Ennek lényege, hogy nitrátbontást fiuidágyas reaktorban végzi, és ugyanezen műtárgyon belül végzi el a hordozó anyag elválasztását a kezelt víztől, és visszajuttatását a reaktortérbe. Ä 79-12391 sz., szintén francia szabadalomban kétlépcsős víztisztítási eljárást ismertetnek, ahol az első lépcsőben folyik a denitrifikáció, a másodikban pedig a nitrifikáció, és a teljes nitráteitávolítást a víz recirkuláltatásával oldják meg. Az ismertetett szennyvíztisztítási eljárások az általunk kidolgozott módszerrel nem vethetők össze, mivel a denitrífikációhoz szükséges szénforrás mindig jelen van a szennyvízben, ezért itt a denitrifikációt mindig valamely más tisztítási folyamattal is összekapcsolják. Az ivóvíz biológiai denitrifikációját célzó eljárások közös jellemzője az, hogy a denitrifikáló baktériumok életműködéséhez szükséges szervesszén-forrást a tisztítandó vízhez keverik hozzá. Mivel a szükséges mennyiség pontos adagolása a gyakorlatban lehetetlen, ezért vagy alul-, vagy túladagolás következik be. Előbbi esetben tápanyaghiány miatt a vízben bizonytalan mennyiségű lebontatlan nitrát marad vissza, míg túladagolás esetén a maradék (fel nem használt) szervesszén-forrás szennyezi a vizet, és ezért kell egy további tisztítólépcsőt beiktatni. A találmány célja, hogy olyan eljárást szolgáltasson, amely kiküszöböli egyrészt a fiziko-kémiai módszereknél tapasztalható magas üzemeltetési költségeket, másrészt az ismert biológiai eljárások esetében a nitrátmentesített vízben visszamaradó szerves szennyeződéseket. A szénforrásként használt anyag egy része a nitrátmentesítés után azért marad szennyezőanyagként vissza, mert sztöchiometrikus mennyiségben adagolni szinte lehetetlen, ezért túladagolásra van szükség. Eljárásunk azon a felismerésen alapszik, hogy a nitrátbontó anaerob, baktériumok (pl. Pseudomonas denitrificans, Paracoccus denitrificans) a szénforrás adagolás megszüntetése után is bizonyos ideig még megfelelő hatásfokkal végzik a nitrát. bontását. Más szavakkal, ha a tápanyagfelesleg (C, N) mellett kifejlesztett (regenerált) baktériumokat térben és idcben elválasztva érintkezésbe hozzuk nitráttartalmú vízzel, akkor abban a denitrifikáció a baktériumok szénforrás-tartalék kapacitásának függvényében játszódik le. Misik felismerésünk az, hogy az ilyen módon „kihasznált” baktériumok rövid időn belül regenerálhatok, ha tápanyag-felesleget biztosítunk számukra. Ilyen módon tehát kialakítható lesz olyan eljárás, ahol a tisztított vízben biztosan nem jelenik meg a denitrifikációhoz szükséges szénforrás, hiszen azzal nem is kerül érintkezésbe. E felismerések alapján a kitűzött feladatot a találmány értelmében olyan eljárás segítségével oldottuk meg, amelynek lényege, hogy a denitrifikálási folyamatot térben és időben elválasztva két részre bontjuk úgy, hogy a denitrifíkáláshoz szükséges anaerob baktériumokat felváltva hozzuk érintkezésbe a tápanyaggal, illetve a kezelendő nitrátos vízzel. Egy további találmányi ismérv szerint a nitrátbontáshoz és a baktériumok regenerálásához külön-külön fix, expandált vagy íluidizáit ágyas reaktort alkalmazunk, melyekben a töltet valamilyen szemcsés hordozóanyag, mely lehet minden olyan természetes vagy mesterséges szemcsés anyag, amely kopásálló, jó megtelepedést nyújt a baktériumok számára, egyenletes szemcseméretű és kis sűrűségű (pl. homok, granulált aktívszén, üveggyöngy). A fluídizált és az expandált ágy meghatározása és működési elvének tárgyalása Leva, M: Fluidizáció (Műszaki Könyvkiadó, 1964) című könyvében található. A nitrátbontó reaktorban az érkező nitrátos vizet érintkezésbe hozzuk a regenerált baktériumokat tartalmazó, és ugyancsak folyamatosan érkező sűrű töltettel, melyet a reaktor felső részén távolítjuk el. A nitrátmentesített vizet a reaktor legfelső részén vezetjük el, és a szükség szerint tovább tisztítjuk. A kimerült nitrátbontó baktériumokat tartalmazó hordozóanyagot fázis-szétválasztásra, majd innen a regeneráló reaktorba vezetjük. A keletkezett vizes fázist a fázis-szétválasztóból a nitrátbontó reaktorba vezetjük vissza. Az ikerrendszerű tápoldat-tartáiyban előkészített és tárolt tápoldatot a regeneráló reaktoron keresztül folyamatosan recirkuláltatjuk. A regenerált baktériumokat tartalmazó töltetet a reaktor felső részéről folyamatosan egy fázis-szétválasztóra vezetjük, ahonnan a vizet (tápoldatot) a tápoldattartályba, a sűrű töltőanyagot a nitrátbontó reaktorba vezetjük. További előnyös hatást érünk el, ha a két fix, expandált vagy fluídizált ágyas reaktort felváltva működtetjük nitrátbontó, illetve regeneráló reaktorként. A nitrátos vizet az éppen nitrátbontóként működő reaktorba alul vezetjük be, szivattyú segítségével, a nitrátmentesített vizet pedig a reaktor tetején távolítjuk el. A denitrifíkáláshoz szükséges tápoldatot a másik reaktorba alulról, szintén szivattyúval juttatjuk be, és fölülről visszavezetjük a tápoldat-tartályba. A nitrátbontó és a regeneráló reaktorok szerepét a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
