способ ионообменного извлечения нитрат-ионов

Формула изобретения

СПОСОБ ИОНООБМЕННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ НИТРАТ-ИОНОВ из природных и сточных производственных вод, включающий пропускание воды через высокоосновной анионит в бикарбонатной форме, отличающийся тем, что часть анионита находится в карбонатной форме, а скорость фильтрации воды составляет не менее 30 м/ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение предназначено для сорбционной очистки природных и производственных сточных вод, а также для денитрификации вод питьевого класса и может найти применение в ионообменных установках очистки конденсатов упарки нитратсодержащих суспензий.

Известен способ снижения концентрации нитрат-ионов до 2 3 мг/л заменой нитрат-иона на бикарбонат-ион, содержание которого не лимитирует стандарт на питьевую воду. (Применение гидрокарбонатного ионного обмена для удаления нитратов. Application of hydrogencarbonate cycle anion exchange for nitrate removal water/Tarjan. //Period. polytech. Chem. Eng. 1989, 33, N 3-4, с. 287-298). К недостаткам данного способа относится большая концентрация ионов NO₃ в очищенной воде, чем в случае применения анионита в гидроксильной форме. Другим недостатком способа является невозможность интенсификации процесса ионного обмена гидроксил- или бикарбонат-ионов на нитрат-ион без изменения размеров зерна ионита (класса) или его структуры.

Целью изобретения является эффективное извлечение нитрат-ионов, обеспечивающее содержание NO₃ в очищенной воде не более 1-2 мг/л и возможность ускорения реакции ионного обмена без изменения класса сорбента (крупности) или его структуры.

Указанная цель достигается тем, что для извлечения нитрат-ионов из сточных вод используется высокоосновный анионит в смешанной карбонат-бикарбонатной форме. Пpи применении указанного анионита в НСО₃-СО₃-форме содержание нитрат-ионов в фильтрате не превышает 1-2 мг/л. При увеличении скорости подачи исходного раствора (не менее 30 м/ч), содержащего нитрат-ионы, возрастает скорость ионного обмена, заключающаяся в более быстром достижении равновесной обменной емкости. В случае применения анионита в гидроксильной или бикарбонатной формах интенсивность подачи (фильтрации) исходного раствора не влияет на время насыщения анионита. Сказанное может объясняться отличным механизмом ионного обмена нитрат-иона на карбонат-ион, лимитирующей стадией которого вероятно является диффузия в пленке, тогда как для случая ионного обмена ионов NО₃ на ОН- или НСО₃ такой стадией является диффузия в зерне ионита.

Новизна предлагаемого способа ионообменного извлечения нитрат-ионов заключается в применении высокоосновного анионита в смешанной карбонат-бикарбонатной форме, обеспечивающей при возрастании скорости фильтрации исходного раствора через анионит ускорение процесса обмена ионов NО₃ раствора на карбонат- и бикарбонат-ионы анионита в интервале значений рН раствора 2,9-9,3. Скорость фильтрации воды оставляет не менее 30 мг/ч.

Применение данного способа делает возможным при очистке растворов от нитрат-ионов уменьшить объем загрузки ионитового фильтра за счет сокращения времени насыщения ионита при увеличении скорости фильтрации раствора (при прочих одинаковых условиях: концентрации нитрат-ионов в исходном растворе, типа ионита и размера зерна, производительности по очищаемой воде).

П р и м е р 1. Раствор, содержащий ион NO₃ в количестве 2,0 г/л, пропускался через колонки, заполненные анионитом АМ в смешанной карбонат-бикарбонатной форме и анионитом АМ в бикарбонатной форме. Объем анионита в обеих колонках составляет по 24,5 мл, а скорость пропускания раствора 30 м/ч.

На фиг.1 представлены результаты экспериментов, свидетельствующие о получении фильтрата более глубокой очистки в случае применения анионита в смешанной форме.

Перевод анионита из товарной Сl-формы в рабочую смешанную осуществлялся обработкой анионита раствора, содержащим смесь (NH₄)₂CO₃ и (NH₄HCO₃ с массовой концентрацией 8-10 и 2-5% соответственно.

П р и м е р 2. Раствор, содержащий ион NO₃, контактировался с анионитом АМ в НСО₃- и анионитом АМ в смешанной НСО₃-СО₃ формах в статических условиях. Во всех случаях экспериментов объем раствора составляет 1,0 л, а анионита- 10 мл.

На фиг.2 представлена зависимость времени насыщения анионитов от интенсивности перемешивания раствора (скорости вращения мешалки), подтверждающая предположение об увеличении скорости ионного обмена в случае повышения интенсивности перемешивания, достигающего в данном случае предела гидродинамического действия при 1200 оборотах мешалки в минуту.

Таким образом, по сравнению с известным способом, заявляемый обеспечивает повышение эффективности очистки воды от нитрат-ионов до содержания последних в фильтрате не более 1-2 мг/л и обеспечивает снижение времени насыщения анионита при увеличении скорости фильтрации (перемешивания) раствора. Использование анионита в смешанной НСО₃-СО₃-форме при повышении скорости фильтрации раствора через анионит позволит сократить объем загрузки анионита в ионообменный фильтрат (колонну) при прежнем содержании в фильтрате ионов NO₃ (не более 1-2 мг/л).