184211. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés vizek nitráttartalmának kivonására
1 184211 2 A találmány eljárás vizek anion - elsősorban nitrátion — (NŐI) tartalmának kivonására és a kimerült ioncserélő gyanta kombinált regenerálására. Az eljárásban hidrogén-karbonát HC07-formában anioncserélő gyantát alkalmazunk, a nitrátiont hidrogén-karbonát-ionnal cseréljük ki, a kimerült gyantát két lépésben regeneráljuk, vagyis először klorid - Cf— iontartalmú elektrolittal kezeljük, majd ezt követően alakítjuk hidrogénkarbonát formájúvá. A találmány lényegének kifejtése előtt röviden és a teljesség igénye nélkül vázolni kívánjuk találmányunk előzményeit és annak műszaki hátterét. A vizek különféle, a felhasználási cél szemszögéből károsnak ítélt sótartalmát ioncserélő gyantákkal csökkenteni lehet. Lehetőség van ioncserélőkkel arra is, hogy a víz sótartalmát összességében ne csökkentsük, de a káros ionokat más, a felhasználási cél szempontjából kedvező ionokra cseréljük. Példaképpen megemlíthetjük a vízlágyítást, melynek során kationcserélő gyantákkal a keménységokozó kalcium és magnézium ionokat nátrium ionokra cserélik. Ilyen eljárást, illetve berendezést ismertet pl. az 1.642.445 sz. BRD és az 521.926 sz. CH Patent. Ásványi anyagok (fémek) visszanyerésére szolgáló eljárást ismertet pl. a 3.725.259 US Patent, mely szintén, kationcserés eljárás. Sótalanítási eljárást ismertet a H/471 sz. magyar közzétételi irat. Ezen eljárás célja, hogy az ismert sótalanítási eljárásokhoz képest a regeneráló vegyszer mennyiségét csökkentsék. Az eljárásnál négy ioncserélőn vezetik át a kezelendő vizet melyek kapcsolási sorrendje:- H+-formában lévő kationcserélő- HC07-formában lévő gyengén bázikus anioncserélő — Ef -formában lévő kationcserélő — OH--formában lévő gyengén bázikus anioncserélő Az eljárás során a vizet teljesen sómentesítík, a végtermék desztillált víz minőségű. A természetes vizeknek az emberi fogyasztásra való felhasználását megnehezíti azok nitrátion tartalma. A különféle előírások meghatározzák a még eltűrhető nitrátkoncentrációt, így nálunk jelenleg ivóvízre a felső határ 40 mg/l/MSZ 450/1. Ezen érték biztosítása azonban adottságaink és a mai agrotechnika miatt — műtrágyák - is egyre nehezebbé válik még világviszonylatban is. Érthető, hogy a kérdés megoldása a szakirodalomban is napirenden van. A nitrát-ion eltávolítását célzó biológiai kísérletek eddigi eredményei azonban eléggé bizonytalanok és azok is csak félüzemi szinten mozognak. (L.p. Bringmann G. és Kühn R. cikkét a Gesundheits- Ingenieur 1963. évf. 7. füzetében a 213-215. oldalakon.) Kémiai megoldásra irányuló kísérletekben az ismert ion-cserélőkben a nitrátiont kloridionnal cserélték ki. Ezen eljárás megoldja ugyan a nitrátion eltávolítását, de a nitrátionnal kémiailag egyenértékű mennyiségű kloridionnal szennyezi a vizet. A vízre előírt és megengedett kloridtartalom így adott esetben a megengedett érték feletti lehet. Emellett az ioncserélő a hidrogén-karbonáttartalmat is részben eltávolítja, s a víz minőségét ezáltal is kedvezőtlenül befolyásolja. Ezen megoldásnál leginkább erősen bázikus anioncserélő gyantákat alkalmaztak, pl. a Rohm & Haas cég Amberlite IRA 410 jelű készítményét. Az eljárást és az azzal elért eredményeket a „GWF Gas- und Wasserfach” folyóiratban Fresenius W., Bilo J. és Schneider W. ismertették (1966. március, 306-309. oldal). Az eddigi, megoldásra irányuló, kisérletek tehát vagy bizonytalanok, a biológiai eljárások különben is igen érzékenyek a különféle tényezőkre, vagy pedig a nitrátiont más ugyancsak nem kívánatos ionnal helyettesítik, amit adott esetben ismét ki kell vonni. Ezen - és más nem részletezett — hátrányok kiküszöbölésére törekedtünk kísérleteinkben, melyek végülis találmányunkhoz vezettek. A nagy nitráttartalmú vizek ivóvízként való felhasználása érdekében a káros nitrátiont valamely más, nem káros ionra célszerű cserélni. Ilyen megoldás az említett kloridformájú anioncserélő gyantával való eltávolítás, melynek hátrányait említettük. Sótalanítást nitráteltávolítás céljából nem célszerű alkalmazni, hiszen a desztillált víz minőségű víz emberi fogyasztásra alkalmatlan, a víznek megfelelő sótartalmának kell lennie. Emellett a víz sótalanítása költséges eljárás. Sótalanítással és nyersvíz hozzákeveréssel adott esetben bizonyos vízösszetételénél előállítható ugyan megfelelő nitrátszegény ivóvíz, de az eljárás így is költséges, és az így készített ivóvízben rendszerint nemcsak a nitrát kevés, hanem a vízben kívánatos sók mennyisége is. Kísérleteink arra irányultak, hogy a vizek káros nitráttartalmát hidrogén-karbonát formájú anioncserélő gyantával távolítsuk el, miután a hidrogén-karbonátion a vizek természetes alkotórésze, ezzel függ össze a víz üdítő íze is. Ilyen eljárást nitráteltávolításra a szakirodalom tanúsága szerint a világban sehol sem alkalmaznak. Vizsgálataink során arra az eredményre jutottunk, hogy a nitrátra kimerült anioncserélő gyanta regenerálása a szokásos módon hidrogén-karbonáttartalmú oldattal nem valósítható meg. A gyártók által klorid-formában szállított anioncserélő gyanták pl. 5 %-os alkáli-hidrogén-karbonát oldattal hidrogén-karbonát formára hozhatók. Az ily módon kezelt gyantán a vizet átvezetve, a gyanta a nitrát- és szulfátionokat, részben a kloridionokat is megköti és helyettük hidrogén-karbonát ionokat bocsát a vízbe. Az a tény, hogy az ioncserélő gyanta a kloridionokat csak részben köti meg, nem baj, sőt előny, hiszen ezáltal a gyanta nitrátkapacitása lesz nagyobb. Ha az ioncserélő gyanta nitrátra kimerül, azt regenerálni kell. Ez a kimerült gyanta vizsgálataink szerint - mint már említettük — közvetlenül hidrogén-karbonáttartalmú oldattal nem regenerálható, még extrém nagy vegyszer felesleg alkalmazásával sem. Ez azt jelenti, hogy a nitrátra kimerült anioncserélő gyantát a szokásos módon végrehajtott hidrogén-karbonát oldattal való regenerálás után újra üzembevéve (nitrátos vizet vezetve át rajta) a kezelt vízben számottevő mennyiségű nitrát marad, mely adott esetben jóval meghaladja az ivóvízszabvány határértékét. Ezen hátrány kiküszöbölésére fejlesztettük ki eljárásunkat, mely a hidrogén-karbonát formájú anioncserélő gyanta nitráteltávolítására való felhasználására és a kimerült gyanta regenerálására vonatkozik. A kimerült anioncserélő gyanta két lépésben tökéletesen regenerálható, először kloridionokat tartalmazó elektrolittal (pl. 10 %-os alkáli-klorid oldat) majd ezt követően hidrogénkarbonátionokat tartalmazó elektrolittal kezeljük (pl. 5 %-os alkálihidrogén-karbonát oldat). Kísérleteink során tehát arra a nem várt és meglepő eredményre jutottunk, hogy a hidrogén-karbonát ciklusban nitráteltávolításra használt anioncserélő gyanta a szokásos módon hidrogén-karbonáttartalmú sóoldattal 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
