Видалення нітратів з води
Проблема якості поверхневої води з колодязів та неглибоких свердловин часто обумовлена наявністю в ній великої змісту розчинених нітратів.
Так як високий вміст нітратів у воді дуже небезпечно для здоров'я, концентрація нітратів у воді (для України регламентується ДСанПіН 2.2.4-171-10) не повинна перевищувати 50 мг/л для водопровідної води, а для питної води - 10 мг/л.
Для видалення нітратів з води, як правило, застосовують іонообмінний спосіб, заснований на використанні анионитов. Ємність таких анионитов, як і для звичайних катіонітів, відновлюється таблетованій сіллю.
• Швидкість пропускання води через шар аніоніти повинна становити 30-50 об/об*год або лінійна швидкість – 20-30 м/ч. Висота шару аніоніти повинна бути не менше 60-70 див.
• Рівень заповнення апарату анионитом не повинен перевищувати 60% загального обсягу фільтра
• Зворотна промивка аніоніти при регенерації повинна здійснюватися при швидкості подачі води на 30-50% нижче, ніж це прийнято при експлуатації установок пом'якшення води.
• Якщо жорсткість надходить на установку води вище 2 мг екв/л, її необхідно попередньо зм'якшувати. В іншому випадку при регенерації аніоніту в його фазі будуть утворюватися важкорозчинні сполуки, що, в свою чергу, буде сприяти зниженню ємності аніоніту.
• При необхідності одночасного пом'якшення води та очищення її від нітратів зм'якшення обов'язково має передувати очищення від нітратів. Неприпустимо здійснювати зм'якшування води і очищення її від нітратів в одному фільтрі, оскільки при цьому у фазі катіоніту утворюються важкорозчинні сполуки на стадії регенерації, що обумовлює зниження його ємності. Концентрація нітрат-іонів при використанні цього методу може бути знижена більш ніж на 90%. Однак при використанні зазначеного методу одночасно з нітратами поглинаються сульфати, десорбируются хлориди.
Спорідненість стандартних високоосновних анионитов до нітратів завжди нижче, ніж до сульфатів. Ряд селективності для названих аніонів виглядає так: SO4 2 > 3 > Cl > HCO3. При цьому частина ємності смоли витрачається на сульфати, а по мірі заповнення функціональних груп нітрати витісняються сульфатами, і їх концентрація у воді підвищується до рівня, що перевищує вихідний.
В даний час існують спеціальні нитратселективные аніоніти, котрі спорідненість яких до нітратів вище, ніж до сульфатів. Такі аниониты містять триэтиламмониевые функціональні групи, на відміну від стандартних анионитов, що містять триметиламмониевые групи. Ці аніоніти, котрі так само, як стандартні, поглинають не тільки нітрати, а й сульфати, гідрокарбонати, хлориди, але для них ряд селективності виглядає так: NO3 > SO4 2 > Cl > HCO3. Типові відносні вихідні криві, що описують процес сорбції нітратів і сульфатів подібними аніонітів, свідчать, що використання нитратселективных анионитов виключає можливість збільшення концентрації нітратів в очищеній воді вище початкової. Однак ці аниониты характеризуються більш низькою повну обмінну ємність (ПОЕ) і більш високою вартістю, ніж стандартні, що робить процеси, засновані на їх використанні, більш витратними.
Наведено дані про ємнісних характеристик стандартного і нитратселективного анионитов при поглинанні нітратів з вод з різним співвідношенням нітратів і сульфатів. Аналіз даних показує, що робоча ємність нитратселективного аніоніти по нітратам (ЕNO3), як і частка функціональних груп, зайнята нітратами (NO3), мало залежить від співвідношення нітратів і сульфатів у вихідній воді, в той час як значення цих показників для стандартного аніоніти збільшуються зі збільшенням частки нітратів у воді і значення співвідношення СNO3: СЅО4 2. Так, при вмісті сульфатів у вихідній воді, вдвічі перевищує вміст нітратів, робоча ємність нитратселективного аніоніти по нітратам на 18% вище, ніж стандартного, а при вмісті сульфатів у вихідній воді вдвічі нижче вмісту нітратів – на 17% нижче. При рівному вмісті сульфатів і нітратів у вихідній воді сорбційні здатності обох типів анионитов практично збігаються. Таким чином, тип аніоніти для очистки води від нітратів вибирають на підставі інформації про вміст у вихідній воді нітратів і сульфатів:
• якщо вміст сульфатів не перевищує вміст нітратів, доцільно використовувати стандартні високоосновні аниониты;
• якщо концентрація сульфатів перевищує концентрацію нітратів, більш доцільно застосовувати нитратселективные аниониты.
При цьому робоча ємність нитратселективных анионитов з нітратів становить не більше 40% від ПОЕ і мало залежить як від концентрації нітратів у вихідній воді, так і від концентрації інших аніонів. Використання стандартних анионитов для очистки води від нітратів загрожує можливістю стрибкоподібного збільшення їх вмісту в очищеній воді. Щоб уникнути виникнення такої ситуації необхідно правильно розраховувати тривалість фильтроцикла і неухильно дотримуватися розрахункових параметрів при експлуатації водоочисних установок. Для розрахунку тривалості фильтроцикла необхідна інформація про величину робочої ємності аніоніту. Визначити точно цю величину без проведення спеціальних досліджень практично неможливо. На жаль, для випадку очищення води від нітратів відсутні і рекомендації фирмпроизводителей анионитов. З урахуванням цього виявлено основні закономірності процесів поділу аніонів на стандартних високоосновних анионитах при сорбції нітратів з води різного складу і запропоновано методику розрахунку їх робочої ємності по нітратам. Для цього була проведена серія експериментів з використанням чотирьох широко поширених високоосновних стандартних анионитов з однорідним гранулометричним складом, різним розміром гранул, змістом дивінілбензолу, кількістю і типом функціональних груп. Загальними для всіх досліджених анионитов були такі характеристики, як природа матриці стиролдивинилбензол та її структура – гелева. Експерименти проводили на лабораторній установці в умовах, що моделюють сформульовані вище вимоги експлуатації стандартних установок очистки води від нітратів. Результаты экспериментов показали, что, независимо от соотношения нитратов и сульфатов в исходном растворе, доля емкости анионита, занятая нитратами и сульфатами, в момент проскока по нитратам составляет около 80% от ПОЕ. Эта величина не зависит от суммарной концентрации нитратов и сульфатов в исходном растворе и концентрации в нем других анионов и является близкой для всех исследованных анионитов. Крім того, встановлено, що частка функціональних груп, зайнятих нітратами, в момент проскакування з нітратів становить 90% від частки нітратів в сумарному змісті сульфатів і нітратів у вихідній воді.
