Способ регенерации анионитного фильтра для селективной денитрификации воды
Изобретение касается селективной денитрификации воды и может быть использовано в водоснабжении и при производстве напитков. Способ включает регенерацию сильноосновного анионита, состоящего из смеси анионита в хлоридной, сульфатной и бикарбонатной формах, сначала раствором хлорида натрия, а затем смешанным регенерирующим раствором, содержащим сульфати бикарбонат-ионы, преимущественно растворами ернокислого и кислого углекислого натрия. Концентрация регенерирующих растворов составляет 10% NACL, 8%NA<SB POS="POST">2</SB>SO<SB POS="POST">4</SB> и 1,4%NAHCO<SB POS="POST">3</SB>. При денитрификации воды одновременно с ее умягчением с помощью сильнокислотного катионита регенерацию последнего осуществляют отработанным регенерационным раствором анионитного фильтра. 2 з.п.ф-лы, 7 табл.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
А1 (19) (11) (511 4 . В 01 J .49/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ fKHT СССР
И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (89) С$/240900 (48) 24.10.85 (21) 7773352/23-26 (22) 27.03.84 (31) РЧ 2193-83 (32) 29.03.83 (33) С$ (46) 07.10.89. Бюл. N 37 (71) Вызкумны устав водогосподарски (cs) (72) Вацлав Михек, (С$) (53) 528,543,7(088.8) (54) СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ АНИОНИТНОГО
ФИЛЬТРА ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОЙ ДЕНИТРИФИКАЦИИ ВОДЫ (57) Изобретение касается селективной дени(рификации воды и может быть ис.пользовано в водоснабжении и при проИзобретение относится к способу регенерации ионитовых фильтров. для устранения нитратов и компонентов жест.кости воды. . Постоянно увеличивающееся содер-. жание нитратов в природных водах в в последнее время становится важной проблемой. Нитраты нельзя устранить из воды обычными методами, применя.емыми в водоснабжении, так как при естественных, следовательно, аэроб-. ных условиях они являютя конечным, а поэтому стабильным продуктом превращения азотосодержащих соединений в почве и в воде, Содержащиеся в воде компоненты жесткости, если их содежание превышает значения, данные стандартом для питьевой воды, являются помехой на не2
° изводстве напитков. Способ включает регенерацию сильноосновного анионита, состоящего из смеси анионита в хлоридной, сульфатной и биокарбонатной . формах, сначала раствором хлорида натрия, а затем смешанным регенерирующим раствором, содержащим сульфат-и бикарбонат-ионы, преимущественно растворами сернокислого и кислого углекис- . лого натрия. Концентрация регенерирующих растворов составляет 10% NaC1, 8 % Ма $0,, и 1, 4% УНСО . При дени рификации воды одновременно с ее умягчением с помощью сильнокислотного катионита регенерацию последнего осуществляют обработанным регенерационным раство- а
9 ром анионитного фильтра. 2 э.п. ф-лы, 7 табл. которых предприятиях пищевой промышленности, где высокая жесткость воды вызывает, например, помутнение напитков.
Иэ известных способов ионообменного устранения нитратов из воды наиболее оптимальным является способ, описан-ный в авторском свидетельстве ЧССР .У 200907, кл. С 02 Р 1/42, 1979 который позволяет селективно устранять только нитраты при сохранении остальных анионных.компонентов воды.
Этот способ используЕт три формы, сильноосновного анионита, а именно ,хлоридные, сульфатные и биокарбонатные,, которые смешиваются в определенном отношении. Недостатком этого способа
:является то, что приведенные три фор3 151265 мы ионита после истощения должны снова отдельно приготавливаться. Поэтому этоТ способ можно испольэовать только для малых, однооперационных устройств, предназначенных, например, для денитрификации питьевой воды в домашнем хозяйстве, как правило,,для приготовления искусственной пищи для грудных детей. После истощения этот слой выбрасывается. Таким образом, метод, который устраняет нитраты селективно, не применим в широком масштабе. При обычной регенерации анионита устранение нитратов осуществляется за счет ухудшения физиологических свойств воды.
Указанные недостатки устраняет предлагаемый способ регенерации, позволяющий повторно использовать ионо- 20 обменный слой, который селективно устраняет нитраты, а в случае необходимости одновременно устраняет и компоненты жесткости. Сущность способа регенерации з аключается в том, что де- -25 нитрификационныи фильтр на базе сильноосновного анионита в сульфатной, хлоридной и бикарбонатной формах или денитрификационный и умягчающий фильтр, денитрификационная часть которого на 30 базе сильноосновнаго анионита, а умягчающая часть на базе сильнокислого катионита, приводится в первой фазе регенерации в контакт с регенерационным раствором хлорида натрия, а во второй З5 фазе со смешанным раствором, содержащим сульфат-и бикарбонат-ионы, пре4 имущественно растворами сернокислого и кислого углекислого натрия. При этом концентрация регенерирующих рас- 40 творов составляет 10Х NaC1, 8X Na В первой фазе восстановительного цикла осуществляется эффективная десорбция нитратов, захваченных при денитрификации относительно малым количеством раствора, содержащим ионы хлора. Анионит в этой фазе переводится преимущественно в хлоридную форму. В случае регенерации фильтра денитрификационного и умягчающего регенерирующий агент анионита используют одновременно для регенерации или наоборот. В следующей фазе регенерации сильноосновной анионит переводится иэ хлоридной формы в смесь различных форм анионита и одновременно десорбируются последние остатки нитратов: из рабочего цикла. В табл.1 представлен состав фильтрата за слоем сильноосновного анионита, регенерированного только до хлоридного цикла. Количество фильтрата в первой колонке выражено в кратных объема анионита V/V, использо-. ванного в фильтрующем слое (V — объем фильтрата, V, — объем ионита). Высота столбика фильтрующего слоя сильноосновного анионита в первом опыте О,Ь м, удельная нагрузка S -=-1 = 20 V V,, Прямоточно регенерировано 8 V раствора концентрацией 100 г NaCl в 1 л дистиллированной во-( дыприЯ-3V Ч .ч . Вымыто 8 V дистиллированной воды. Фильтрующий слой во втором случае представляет сильноосновной анионит высотой наполнения 0,6 м. Прямоточно регенерировано 5 V раствора, содержащего 100 г NaC1 в 1 л дистиллированной воды, а потом 5 V смешанного раствора, содержащего 85,9 r Иа $0 + + 14,1 r NaHCO в 1 л дистиллированной воды при S = 3 V-Ч .ч . Вымыто 8 Ч дистиллированной воды. В табл.2 приведен состав фильтрата после использования предлагаемого регенерационного анионита. Из данных, представленных в табл. 1 и 2, следует, что по сравнению с результатами, полученными в первом опыте, фильтрат, полученный во втором 5 1512 случае содержит все анионы относитель но равномерно и соответствует норме для питьевой воды. В первом опыте вместе с нитратами устраняются и сульфаты, а в первой половине рабочего цикла и большая часть бикарбонатов. Фильтрат это — хлоридный денатурат, I который содержит в 4-7 раз больше хлоридов, чем исходная вода, не удовлетворяет стандарту для питьевой воды (2,82 ммоль л ). В табл.3 описаны результаты с сильноосновным анионитом второго типа, высота наполнения которого 0,6 м, -1 S = 45 Ч Vc, .ч . Прямоточно регенерировано 5 V раствора, который содержит 100 r NaC1 в 1 л дистиллированной воды и далее в 5 V смешанного раствора, который содержит 85,9 r сульфата натрия и 14,1 г бикарбоната натрия в 1 л дистиллированной воды. Вымыто 8 Ч дистиллированной воды. Сильноосновной анионит, регенерированный предлагаемым способом, как показывают результаты, приведенные В табл. 4, имеет усредненный состав без экстремальных значений концентраций отдельных анионов, включая сульфаты, которые сохраняются в течение всей Bm приготовлен искусственный рас- 25 твор исходной воды, который содержал только нитрат натрия концентрацией 100 мг л NO . Несмотря на то, что в исходной воде содержится только азотнокислая соль, вода после прохождения 30 через слой, регенерированный известным способом, содержит хлориды, сульфаты и бикарбонаты в количестве соответствующем стандарту питьевой воды. Это является доказательством того, что даже в экстремальном случае проявляется способность фильтра, регенерированного предлагаемым способом, заменить нитраты основными анионными компонентами воды. В табл. 4 описаны результаты с 40 сильноосновиым анионитом второго типа, высота наполнения 0,6 м, S = 40 V Ч ч . Прямоточно регенерировалось 5 Vo раствора, содержащего 100 r NaC1 в 1 л дистиплированной воды, а потом 5 V смешанного раствора, содер- жащего 85,9 r сульфата натрия и. 14,1 г бикарбоната натрия в 1 л дистиллированной воды при S = 3 V V ° ч Вымыто 8 Ч дистиллированной воды. 651 6 рабочей фазы в концентрациях, соответствующих значениям на входе. После истощения денитрификационной способности сильноосновного анионита, регенерированного предлагаемым способом, не происходит повьш ения концентрации нитратов в фильтрате в результате самопроизвольной десорбции из фильтрующего слоя, что важно для безопасности эксплуатации денитрификационного фильтра. В табл. 5 описаны результаты с сильноосновнъпч анионитом второго вида, высота наполнителя 0,6 м, S = 40 Ч х -! -1 х V, ч, прямоточно регенерировано только 4 Чр раствора, содержащего 100г NaC1 в литр исходной воды, а . потом 4 V смешанного раствора, содер" жащего 85,9 сульфата натрия и 14,1 r бикарбоната натрия в 1 л исходной воды при Б = 3 Ч Ч ч . Вымыто 8 Ч исходной воды. Эта регенерация удовлетворяет стандарту для питьевой воды. Аналогичным образом экономически выгодно можно регенерировать денитрификационный слой растворами 5 Ч, 8Х.NaC1 + 5 Ч, 8% смешанного регенерата, 5 Ч 8% NaC1 + + 4,3 V 8% Na SÎ + 0,7 V 8X -NaHC0 нли 4 .Ч 10% NaC1 + 4 Ч 10X Na SC и т.п. В табл.6 описаны результаты с сильноосновным анионитом второго типа, высота наполнителя 1,05 м, S= 20 VV ч. Противоточно регенерировано 5 Ч раствора, содержащего 100 г хлорида натрия в 1 л исходной воды, а потом 5-Ч, смешанного раствора, содержащего 85,9 г сульфата натрия и 14, 1 г бикарбоната натрия в 1 л исходной .воды при S = 3 V. Ч Вымыто 10 V исходной воды, l Как следует из этого примера, регенерацию можно проверять и противоточно, но денитрификационный эффект регенерированного таким образом слоя ниже, а неустойчивость концЕнтраций остальных анионов в фильтрате может быть более сильной. При подготовке слоя из нового, неиспользованного анионита, поставляемого преимущественно в хлоридвой форме, аниончт приводят в контакт с раствором, содержащим сульфатные или сульфатные и бикарбонатные ионы. Подготовленный таким образом ионит готов 1512651 Таблица 1 Количество фильтрата Состав фильтрата, ммоль л V ° Ч 1 Г (N0 1/2 SOg НСО Cl 0 0,2 0 0,3 0 0,3 О 0,4 О 0,6 О 1,1 О t 8 0 292 О. 2.,4 0,.1 2,3 0,3 2.,0 0,55 1,8 i20 240 О О О О О О., 01 0,03 0,07 0,20 0,36 0,55 5,8 5,7 5,6 5,6 5,4 4,9 4,2 3.,8 3,6 3.,4 3-,3 3,1 0,94 1,53 1,8 0,8 Исходная вода Таблица 2 Количество фильтрата Состав фильтрата, ммоль л" Ч ° Ч « N0 1/2 БО НСО Cl 3,5 .1,2 3,2 1,3 1,4 О 40,к использованию и дальнейшая его регенерация осуществляется согласно изобретению. В таблице 7 описаны результаты с сильноосновным анионитом второго. типа, высотой 0,6 м, за которым включен сильнокислый. катионит, высота наполнителя 0,15 м, S = 20 Ч.V, ч Прямоточно регенерировано 5 V . рас-. 10 твора, содержащего 100 r хлорида натрия в 1 л дистиллированной воды, а потом 5 V смешанного раствора, содержащего 85,9 r сульфата натрия., 14, 1 г бикарбоната. натрия в 1 л дистиллированной воды при 8 = 3 V-V х Ф а х и . Вымыто 8 V дистиллированной воды. Более тяжелый катионит образует нижний слой фильтра. Отношение анио.нита к катиониту равно от 4:f до 12:1.gp Зарегистрировано понижение жесткости воды (Тд). Однако, в отличие от ис пользования катионита в энергетике, при понижении жесткости питьевых вод речь идет не о полном устранении каль-25 ция и магния, Отношение анионит-катионит выбрано в соответствии . с требуемой степенью умягчения воды, емкостью ионитов и общим составом воды. формула из обретения 1.Способ регенерации анионитного фильтра для селективной денитрификации воды, состоящего из смеси сильноосновного анионита в хлоридной, сульфатной и бикарбонатной формах, р т— л и ч а ю щ и.й с я тем, что,анионит сначала обрабатывают раствором.хлорида натрия, а затем смешанным раство" ром, содержащим сульфат-и бикарбонатионы, преимущественно раствором сернокислого и кислого углекислого натрия. 2.Способ по п.1 о т л и ч, а ю— шийся тем, что используют регенерирующие растворы концентрации 10% NaCl,. 8% На 80+и 1,4. NaHCO в объеме, равном 4-5 объемам анионита. З.Способ по пп.1и2 о т л и ч а; ю щ и и с..я тем, что при денитрификации воды с одновременным ее умягчением с помощью сильнокислотного катионита регенерацию последнего осуществляют обработанными регенерацианными растворами анионитного фильтра. 1512651 Продолжение табл.2 Состав фильтрата, ммоль л NO 1/2 ЯО С1 2,3 2.,8 3,1 3,4 3,3 3,2 3,3 2,9 2,7 0,94.Исходная вода Сотав фильтрата, ммоль л N0 ) 1!2 80, НСО С1 О О О О О 0.,01 0,01 О., 06 0,10 .0,25 0,90 . 1,40 1,60 1,-60 1 60 0,1 0,1 0,15 0,20 0,25 0,25 0,30 0,50 0,80 0,85 0,30 0,10 О Исходная вода ТСостав фильтрата, ммоль л N0 1/2 БО НСО C1 1,2 1.,5 1,7 2э3 2,4 2.,5 2.,6 2 ° 8 2,8 2.,7 О 5,8 О 6.,2 О Ь.э 2 О 5,9 О.. 5,7 О, 01 5,.6 О, 01 5,.4 0,02 5,3 0,05 5,3 О, to .5.,3 Количество фильтрата о 240 Количество фильтрата о 300 Количество фильтрата 7 7 о 200 О О О. 0,01 0,05 0,12 0,24 0,40 О., 52 о,ее 1,53 2,3 1,4 1,9 1.,3 1,8 191 1,8 0,8 1,8 0,8 18 0,8 1,8 0.,8 1,8 0,8 1,8 0,8 1.,8 0,8 1,8 0,8 Таблица 3 1,05 0 50 1,0 0,50 0,85 0,65 0,70 0,80 0,55 0,85 0.,50 0,90 Ое45 Оэ87 0,40 0.,60 0.,40 Оь30 0,40 0 10 0.,25 0 05 О,!О 0 0 О О О 0 О Таблица 4 12 Продолжение табл,4 1512651 Количество фильтрата Состав фнльтрата, ммоль л v v- ) N0 1/2 80„ НСО Cl О., 15 5,2 0,20 5,2 0,24 5,1 0,38 5,1 0.,49 5,0 0,61 5,0 0,61 5,0 0,61 5,0 0,61 5,0 Таблица 5 Состав фильтрата„ ммоль л 1Количество фильтрата Но-, 1/г 80, Нсо, Cl чу 0,006 0,008 0,010 0,010 0,016 0,018 0,025 0,050 .0,096 Оэ150 О, 180 0,250 0,320 0,43 0,61 2,9 3,5.. 4.,2 4,5 4,8 4,8 4.,7 4,65 4,65 4,6 4,6 4,6 4., 55 4,.50 4,40 Таблица 6 Состав фильтрата, ммоль л1 Количество фильтрата ИСО Cl ИО 1/2 804 V 7 3,6 2,0 3,45 2,35 3,30 2,42 3,25 2,55 3,25 2,55 3,1 2,45 3,0 2,20 2,9 2,00 2,7 1,90 2,4 1,90 Исходная вода 120 . 220. 2.60 Исходная вода 200 0,048 0,048 0,052 0,055 0,059 0,063 0,070 0,05 0,085 0,090 1,00 0,90 0,90 0,90 0,95 1,05 1,25 1,60 1,80 2,00 6,1 6,1 6,1 6,1 6 1 6,0 6,0 6,0 6,0 2,7 2,7. 2,7 2,7 2,65 2,60 2,60 2,60 2,6 7,5 2,7 6,8 2,8 6.,45 2,6 . 6,20 2,6 6.,20 2,5 6,20 2,3 Ь, 15 2.,3 6, 15 2.,3 6, 10 2.,2 6, 10 2.,2 6, 10 2.,2 6, 10 2.,2 6, 10 2х2 6,10 2,2 Ь,ОО 2,1 14 151 265! Продолжение табл.б Состав фильтрата, ммоль л1 Г 1 Т Количество фильтрата ИО, 1/2 SO VCO Cl 2,1 1,85 2,1 1,80 2,1 1,80 2,05 1,77 2,25 2,35 2,40 2,08 Исходная вода 0,11 0,13 0,18 0,516 Таблица 7 г 1 Состав фильтрата, ммоль л N0 1/2 SO HCO С1 Т Количество фильтрата 1,53 0,94 1,8 0,8 5,20 Исходная вода Составитель В.Вилинская Редактор Л.Зайцева Техред Л.Олийнык Корректор С.Щекмар Заказ 6018/8 Тираж 486 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина,101 120 .140 240 О. О О О О 0,01 0,05 0,12 0,24 О., 40 0,66 0,66 1,3 1,4 2,3 2,8 3,1 3,4 3,3 3.,2 3., 3 3, 0 2,7 2,7 3,5 1,2 3,2 1,4 2,3 1,4 1,3 1,8 1,1 1,8 0,8 1,8 0,8 1,8 0,8 1,8 0,8 1,8 0,8 1,8 0,8 1,8 0,8 0,02 0,02 0,02 0,15 0,24 0,34 0,40 0,70 0,90 1,20 2,40 2,40
