Способ регенерации анионитного фильтра для селективной денитрификации воды

(50 4 . В 01 3 49/00 НОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ПНТ СССР ЕНИЯ) 24.10.8 37одогоспода РАЦИИ АНИОНИТН ИВНОИ ДЕНИТРИФ ется селективнои может быть исжении и при про к сностров. длнентов Этот сп сильноосно хлоридные,зует три формы,ита, а именнои биокарбонатныев определенномм этого способаеденные три фороб испол ого анио сульфатныешиваютсяжесткоторые отношенииявляется Недостатко, что при ПИСАНИЕ ИЗ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) СПОСОБ РЕГЕНЕФИЛЬТРА ДЛЯ СЕЛЕКТ ЦИИ ВОДЫ(57) Изобретение кадениФрификацни водь.пользовано в водосн Изобретение относится обу регенерации ионитовых филь я устранения нитратов и компо жесткости воды.. Постоянно увеличивающееся содержание нитратов в природных водах вв последнее время становится важнойпроблемой. Нитраты нельзя устранитьиз воды обычными методами, применяемыми в водоснабжении, так как приестественных, следовательно, аэроб-.ных условиях они являютя конечным,а поэтому стабильным продуктом превращения азотосодержащих соединенийв почве и в воде,Содержащиеся в воде компонентькости, если их содежание превышаетзначения, данные стандартом для питьевой воды, являются помехой на неФ% изводстве напитков. Способ включает регенерацию сильноосновного анионита, состоящего из смеси анионита в хлоридной, сульфатной и биокарбонатной формах, сначала раствором хлорида натрия, а затем смешанным регенерирующнм раствором, содержащим сульфат-и бикарбонат-ионы, преимущественно растворами сернокислого и кислого углекислого натрия . Концентрация регенерирующих растворов составляет 10% ИаС 1, 8% Ма Я и 1,4% УНСО . Приденнрификации воды одновременно с ее умягчением с помощью сильнокислотного катионита регенерацию последнего осуществляют обработанным регенерационным раствором анионитного фильтра. 2 э.п. ф-лы, 7 табл которых предприятиях пищевой проьынленности, где высокая жесткость воды вызывает, например, помутнение напитков.Иэ известных способов ионообменного устранения нитратов из воды наиболее оптимальным является способ, описанный 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.3 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 правилодля 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 обменный слой, который селективно устраняет нитраты, а в случае необходимости одновременно устраняет и компоненты жесткости. Сущность способарегенерации заключается в том,чтоде- -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 35 фазе со смешанным раствором, содержащим сульфат-и бикарбонат-ионы, пре 4имущественно растворами сернокислого и кислого углекислого натрия. При этом концентрация регенерирующих рас" 40 творов составляет 107 ИаС 1, 8 Х Юа БОи 1,47. МаНСОэ в объеме равном 4-5 объемам анионита. При денитрификации воды с одновременным ее умягчением с помощью сильнокислотного катионита 45 регенерацию последнего осуществляютотработанными регенерационными раство, рами анионитного фильтра. Преимущество предлагаемого способа регенерациисостоит в том, что при экономически выгодных условиях используют сильно- основные аниониты для селективного устранения нитратов из воды при сохранении остальных анионных составляющих, а следовательно, и физиологические свойства воды. Ввиду относительно простого процесса регенерации этот способ можно использовать повторно и в более широком производствен 1 4ном масштабе. В случае одновременной денитрификации и понижения жесткости воды (например, для промышленного при готовления напитков) этот способ экономически выгоден тем, что раствор после регенерации анионита можно использовать для регенерации катионита.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 филь- трата за слоем сильноосновного анионита, регенерированного только до хлоридного цикла. Количество фильтрата в первой колонке выражено в кратных объема анионита Ч/Ч , использо-. ванного в фильтрующем слое (Ч - объем Фильтрата, Ч, - объем ионита).Высота столбика фильтрующего слоя сильноосновного анионита в первом опыте 0,6 м, удельная нагрузка 8 == 20 Ч Ч, , Прямоточно регенерировано 8 7 раствора концентрацией 100 г ИаС 1 в 1 л дистиллированной во-сды при Я = ЗЧ Ч ч . Вымыто 8 Ч дистиллированной воды.1Фильтрующий слой во втором случае представляет сильноосновной анионит высотой наполнения 0,6 м. Прямоточно регенерировано 5 Ч раствора, содержащего 100 г ИаС 1 в 1 л дистиллированной воды, а потом 5 Ч смешанного раствора, содержащего 85,9 г Иа 80 + + 14,1 г МаНСОз в 1 л дистиллированной воды при Я = 3 Ч.Чч . 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 втором5 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, 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,-1Б = 45 Ч Ч .ч , Прямоточно регенерировано 5 Ч раствора, который содержит 100 г МаС 1 в 1 л дистиллированной воды и далее в 5 Ч смешанного раствора, который содержит 85,9 г сульфата натрия и 14,1 г бикарбоната натрия в 1 л дистиллированной воды. Вымыто 8 Чо дистиллированной воды. 20 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 Вйл приготовлен ис к ус с тве нный Рас 25 твор исходной воды, который содержал только нитрат натрия концентрацией 100 мгел ИО . Несмотря на то, что в исходной воде содержится только азотнокислая соль, вода после прохождения 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 с40 сильноосновиым анионитом второго типа, высота наполнения 0,6 м, Б = 40 ЧфЧч . Прямоточно регенерировалось 5 Ч раствора, содержащего 100 г ИаС 1 в 1 л дистиплированной воды, а потом 5 Ч, смешанного раствора, содер-жащего 85,9 г сульфата натрия и. 14, 1 г бикарбоната натрия в 1 л дистиллированной воды при Б = 3 Ч Чоч Вымыто 8 Ч дистиллированной воды. 651 6рабочей Фазы в концентрациях, соответствующих значениям нз входе. Послеистощения денитрификационной способности сильноосновного анионита, регенерированного предлагаемым способом,не происходит повьшения концентрациинитратов в Фильтрате в результате самопроизвольной десорбции из фильтрующего слоя, что важно для безопасности эксплуатации денитрификационногофильтра.В табл. 5 описаны результаты ссильноосновньпч анионитом второго вида,высота наполнителя 0,6 м, Б = 40 Ч х-х Ч, ч , прямоточно регенерированотолько 4 Ч раствора, содержащего 100 гИаС 1 в литр исходной воды, апотом 4 Ч,смешанного раствора, содер"жащего 85,9 сульфата натрия и 14,1 гбикарбоната натрия в 1 л исходной воды при Б = 3 Ч Ч ч . Вымыто 8 Чисходной воды. Эта регенерация удовлетворяет стандарту для питьевойводы,Аналогичным образом экономическивыгодно можно регенерировать денитри 4 икационный слой растворами5 Ч, 8%.ИаС 1 + 5 Ч, 8% смешанногорегенерата, 5 Ч 8% БаС 1 ++ 4 3 Ч 8% Ба БО,+ 0,7 Ч 8% ХаНСОнли 4 .Ч 10% ХаС 1 + 4 Ч 0% Иа БО,и т.п.В табл.6 описаны результаты с сильноосновным анионитом второго типа,высота наполнит еля 1, 05 м, Б = 2 С Ч Ч ч .Противоточно регенерировано 5 Чраствора, содержащего 100 г хлориданатрия в 1 л исходной воды, апотом 5 Ч, смешанного раствора, содержащего 85,9 г сульфата натрияи 14, 1 г бикарбоната натрия в 1 лисходной .воды при Б = 3 Ч.фЧ .ч-,Вымыто 10 Ч исходной воды,Как следует из этого примера, регенерацию можно проверять и противо- точно, 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 готов1512651 Таблица 1 Количество фильтрата Состав фильтрата, ммоль лЧ Ч ИО 1/2 БО, НСОу С 1 0 0,2 0 0,3 О 0,3 О 0,4 0 0,6 0 1,1 0 1,.8 0 2.,2 О. 2.,40,1 2,3 0,3 2,00,55 1,8 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 0 Я 0 0 0 О., 01 0,03 0,07 0,20 0,36 0,55 5,8 5,7 5,6 5,65,44,9 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 ЧЯО 1/2 БО НСО С 1 3,5,1,2 Зь 2 114 1,3 1,4 0 0 20 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 О, 15 м, Б = 20 Ч Чч Прямоточно регенерировано 5 Ч . рас-. 10 твора, содержащего 100 г хлорида натрия в 1 л дистиллированной воды, а потом 5 Ч смешанного раствора, содержащего 85,9 г сульфата натрия., 14, 1 г бикарбоната. натрия в 1 л дистиллированной воды при Б = 3 Ч Ч хФ а х я . Вымыто 8 Ч дистиллированной воды, Более тяжелый катионит образует нижний слой фильтра. Отношение. анио.нита к катиониту равно от 4; 1 до 12:1.20 Зарегистрировано понижение жесткости воды (Т). Однако, в отличие от ис. пользования катионита в энергетике, при понижении жесткости питьевых вод речь идет не о полном устранении кальция 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 сильно- основного 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 - щ и й с я тем, что используют регенерирующие растворы концентрации 10% ИаС 1,.8% На БО+и 1,4.0 аНСОз в объеме, равном 4-5 объемам анионита. З.Способ по пп.1 и 2 о т л и ч а; ю щ и й ся тем, что при денитрификации воды с одновременным ее умягчением с помощью сильнокислотного катионита регенерацию последнего осуществляют обработанными регенерацианными растворами анионитного фильтра.1512 Ь 51 Продолжение табл.2 Состав фильтрата, ммоль лКоличество фильтрата 1,Иоз 1/2 ЯО 4 НСОЗ С 1 2,3 1,4 1,9 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 1,8 0,8,Исходная вода Таблица 3 Сотав фильтрата, ммоль л ИО 12 ЯО 4 НСО С 1 Количество фильтрата Ч Ч 2040 60 80 100 120 140 160 180 200 220 2 ЬО 280 300 0,1 0,1 0,15 0,20 0,25 0,25 О., 30 0,50 0,80 0,85 0,30 0,10 0 0 0 1,05 0,50 1,0 0,50 0,85 0,65 0,70 0,80 0,55 0,85 0.,50 0,90 Оэ 45 0,870,40 О.,ЬО 0.,40 Оь 30 0,40 0,10 0.,25 0,05 О, О 0 0 О 0 0 О О Исходная вода г Таблица 4 Состав фильтрата, ммоль л Количество фильтрата ЧЧ о12Продолжение табл,4 1512651 Количество фильтрата Состав фнльтрата, ммоль л ИО /2 БО НСО С 1 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 О,Ь 1 5,0 Таблица 5 Состав фильтрата ммоль лКоличество фильтрата МО1/2 БО НСО С 1 0,006 0,008 0,010 0,010 0,016 0,018 0,025 О., 050 . 0,096 О., 150 О, 1800,250 0,320 0,43 0,61 7,5 2,7 6.,8 2,8 6,45 2,6 , 6,20 2,6Ь.,20 2,5 6,20 2,3 Ь, 15 2.,3 Ьэ 15 2.,3 6, 10 2.,2 6,10 2. 2 6,10 2.,2 6,10 2,2 6,10 2,2 6,10 2,26,00 Таблица Ь Состав фильтрата, ммоль лКоличество фильтрата НСО С 1 ИО 1/2 ЯО 7 7 220 240 2 ЬО 280 300 320 340 360 Исходная вода 20 40 ЬО 80 100 120 140 160 180 200 220 240 2.60 280 Исходная вода 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0,048 0,048 0,052 0,055 0,059 0,063 0,070 0,05 0,085 0,090 2,93,54.,24,54,84.,84., 74 , 654 , 654 , 64 , 64., 64.,554,.504,40 1,00 0,90 0,900,90 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 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 1,902,4 1,90 2,7 2,7 27 2 у 7 2,65 2,ЬО 2,60 2,60 2,ЬКоличество фильтрата ИО, 1/2 ЯО НСО С 1 2 ф 1 ь 85 2 ф 1 1,80 2,1 1,80 2,05 1,77 2,25 2,35 2,40 2,08 220 240 260 Исходная вода 0110,130,180,516 Таблица 7г 1Состав фильтрата, ммольлМО 1/2 ЯО, НСО С 1 Т Количество фильтрата 1 ф 53 Ое 94 1 э 8 Оэ 8 5 э 20 Исходная вода Составитель В.ВилинскаяРедактор Л.Зайцева Техред Л.Олийнык Корректор С.Щекмар Заказ 6018/8 Тираж 486 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 20 40 60 80 100 120 .140 160 180 200 220 240 О.0 0 0 0 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 , О 2, 7 2 , 7 3,5 1,2 3,2 1,4 2,3 1,4 1,9 13 1,8 1,18118 08 118 0,8 1 ф 8 0,8 1,8 0,8 1 е 8 Оф 8 1,8 0,8 0,02 0,02 0,02 0,15 0,24 0,34 0,70 0,90 1,20 2,40 2,40