Hidrológiai Közlöny 1986 (66. évfolyam)
6. szám - Hírek
HLAVAY J.: Vizek ammóniumtartalmának eltávolítása 349 jú szerves polimer ioncserélők sajnos nem szelektívek az ammóniumionra, az alkáli és földalkáli fémeket is tartalmazó vizes oldatokból a kalcium, nátrium, kálium és magnéziumionokat is megkötik (Hessler, 1954). További hátrányuk, hogy használatuk esetén nagy mennyiségű regeneráló oldat is termelődik, amelynek elhelyezése komoly gondot okoz, és jelentősen megnöveli az üzemeltetési költségeket. Nesselson (1954) Amberlite IR-120 és Nalcite HCR erősen savas ioncserélő gyantákat használt szennyvíz ammóniumtartalmának eltávolítására. Az utóbbi ioncserélő gyanta bizonyult jobbnak, de 8,8 g NaCl volt szükséges 1 g kation eltávolításához, vagyis a regeneráló oldat sószükséglete gyanta lobméretenként 400—560 kg NaCl volt. így az üzemelési mód rendkívül költséges. Duolite C-25 ioncserélő gyantát használtak fel a Tahoe tó környéki szennyvizek ammóniumtartalmának eltávolítására (Slechta és Culp, 1967; Smith, 1967). Az áramlási sebesség 25 ágytérfogat (AT)/h volt és az áttörési határ 1 mg/L ammóniumion. A regenerálás során az eltávolított ammóniumionok ötszörös mennyiségével egyenértékű sóra volt szükség. Mivel a mesterséges ioncserélők nem bizonyultak alkalmasnak az ammóniumionok szelektív és gazdaságos eltávolítására, ezért a figyelem az olcsóbb és szelektívebb természetes anyagok alkalmazása felé fordult. Az első ilyen irányú kísérleteket az 1930-as években végezték (Oleason és Loonam, 1933, 1934). Az alkalmazott ioncserélő anyag feltehetően ,,zöld-homok" vagy glaukonit volt. 20 AT/h áramlási sebesség mellett 66-93%os am m óni um-eltávolítást értek el. Azóta számtalan természetes és mesterséges szervetlen ioncserélő anyagot, zeolitot próbáltak ki vizekben lévő ammónium szelektív ioncserével történő eltávolítására. A tapasztalatok alapján az ioncserélővel szemben támasztott követelmények a következők: — alkáli és földalkáli fémeket tartalmazó oldatból lehetőleg szelektíven távolítsa el az ammóniumionokat, — könnyen regenerálható legyen, — ellenálló legyen bázikus tulajdonságú oldatokkal szemben, — mechanikai szilárdsága kellően nagy legyen. A természetes zeolit tufák közül a klinoptilolit tufa rendelkezik a felsorolt jó tulajdonságokkal. A mesterségesen előállított, kereskedelemben kapható zeolitok közül számos rendelkezik kisebb-nagyobb ammóniumion megkötési kapacitással (Sherman, 1978), de szelektivitásuk a legtöbb esetben kedvezőtlenebb, mint a természetes eredetű anyagoké. Kivétel a zeolit F mesterséges zeolit, melyben a Si0 2/Al 20 3 mólarány = 2 ±0,3, nagyobb ammóniumion ioncsere kapacitással és szelektivitással rendelkezik, mint a klinoptilolit, és alkalmas alkáli, valamint földalkáli ionok jelenlétében is az ammóniumionok eltávolítására (US Patent). A természetes zeolitokkal végzett kutatások elsősorban szennyvizek ammóniumtartalmának csökkentésére irányultak. Ivóvíz kezelésével kapcsolatban csupán egyetlen közleményt találtunk (Onspard, Neveu, Martin, 1983). 2.2 Vizek ammóniumtartalmának eltávolítása természetes zeolit tufa ioncserélővel Ames (1960) közölt adatokat először a természetes klinoptilolit ioncserélő tulajdonságairól. Megállapította, hogy az NH 4+-ionok szelektíven eltávolíthatók alkáli- és földalkáliionok mellől vizes oldatokból. A klinoptilolit mellett számos mesterséges és természetes zeolitot próbáltak ki víztisztítási célokra. Ebben a tanulmányban csak a természetes zeolitok ioncserélő tulajdonságaival foglalkozunk, mert a szintetikus zeolitok magas áruk miatt kevésbé ajánlhatók víztisztításra. A vizsgált természetes zeolitok közül az analcit, a chabazit, a heulandit, az erionit, a mordenit, a klinoptilolit, a phillipsit és a stilbit rendelkezik ioncserélő tulajdonságokkal (Barrer, 1950, 1967, 1971, 1974; Breck, 1974; Ames, 1961; Hawkins, 1967, Sherry, 1969). Mivel hazánkban csak a klinoptilolit és mordenit tartalmú zeolit fordul elő nagyobb mennyiségben, ezért csak ezeket az ásványokat kell részletesebben vizsgálnunk. A klinoptilolit ioncsere kapacitása sokkal nagyobb, mint a mordenité, így víztisztítási célokra elsősorban a klinoptilolit jön számításba. A klinoptilolit technológiai felhasználásának első lépése az optimális működési körülmények meghatározása. Ezeket a kísérleteket először laboratóriumi méretben, majd félüzemi méretben, sokszor a tisztítandó víz szolgáltatásának helyén célszerű elvégezni. Említett szerzők különböző eredetű klinoptilolit tufákat használtak fel, és az alábbi paraméterek hatásait vizsgálták: — a természetes ioncserélő ionformája, — az ioncserélő szemcsemérete, — a tisztítandó víz áramlási sebessége, — a víz pH-ja, — a bemenő oldat ammóniumion koncentrációja. Az eredmények alapján félüzemi és üzemi méretű berendezéseket készítettek és jelenleg is üzemeltetnek. Koon és Kaufman (1975) alapvető kísérteik eredményeként az alábbi következtetéseket közölték: 1. A klinoptilolit ammóniumion ioncserélő kapacitását jelentősen befolyásolja a vízben lévő egyéb kationok mennyisége és minősége. Az ioncserélő kapacitás 0,01 mol/L összion koncentrációig jelentősen csökken, ezt követően a csökkenés kisebb mértékű. 2. A Na-forma klinoptilolit ioncserélő áttörési kapacitása többszöröse a Ca-formának, és a regonerálás is hatékonyabb nátriumsóval. 3. Az optimális pH-tartomány pH = 4,0—8,0, ezen pH értékeken kívül az eltávolítás hatékonysága jelentősen kisebb. 4. A regeneráló oldat pH-jának 12,5 felett kell lennie. 5. A regeneráló sóoldat legmegfelelőbb koncentrációja 12—20 g NaCl/L. 6.15—20 mg NH 4 +/L ammóniumtartalmú oldatból 120—180 AT szennyvíz 10—15 ÁT/h áramlási sebességgel való áteresztése után az elfolyó víz átlagosan 0,75 mg/L NH,j+-t tartalmazott (ÁT = ágy térfogat).
