185024. lajstromszámú szabadalom • Eljárás ivóvíz ammónia tartalmának szelektív eltávolítására
1 185 024 2 A találmány tárgya eljárás ivóvíz ammóniatartalmának szelektív eltávolítására. Az ammóniát vagy ammonium iont tartalmazó vizek rendkívül károsak a környezetre. A halak és a vízikultúra életét nagymértékben befolyásolja a víz ammóniatartalma. Ezt ismerték fel a hatóságok is, amikor 2,0 mg/1 ammónia koncentrációt engedtek meg a nyűt vizek és vízgyűjtők területére. Azonban az egyes halfajtáknál, például pisztráng esetében 0,3—0,4 mg/3 ammónia koncentráció is pusztulást okoz. Tovább- ; menve, a nagy ammóniatartalmú víz előnyösen segíti az algák növekedését is megteremtve a tápanyagban gazdag környezetet. A szennyvizekben lévő ammónia eltávolítására számos módszer ismeretes. A baktériumok segítségével történő nitrifikálás — denitrifikálás optimális kísérleti körülmények között 5 mg/1 NH4—N koncentrációig kénes csökkenteni az ammóniatartalmat (Johnson, W. K., Schroepfer „Nitrogen Removal by Nitrification and Denitrification” Journal Water Pollution Control Federation 36 (8) 1015 (1964). Nagyobb teljesítményű a levegővel történő sztrippelés, amellyel 1 mg/1 NH4 —N koncentrációt érhetünk el kisebb üzemeltetési költségek mellett (Slectha, A. F. és Culp, G. L.: „Water Reclamation Studies at the South Tahoe Public Utility District”, Journal of Water Pollution Control Federation, 39 (5) 787 (1967). Mindkét eljárásnak nagy hátránya, hogy 15 °C alatt igen jelentősen csökken az ammóniaeltávolítás hatásfoka. Hasonlóan költséges eljárás a klórozás, majd az azt követő aktív szénen való átszűrés is. A kommunális szennyvizekben általában jelenlévő 25-40 mg/1 NH4—N eltávolításához kb. tízszeres hipoklorit koncentráció szükséges ahhoz, hogy a kíyánt határérték alá szorítsuk az ammóniatartalmat. Az elmúlt évtizedben komoly erőfeszítéseket tettek az ammónia szennyvízből történő hatásos és gazdaságos eltávolítására. Számos „kation-aktív zeolitot” próbáltak ki, de ezek a gyakorlatban csak korlátozott alkalmazást nyertek. A permutitok (nátrium szilikátból és alumínium 40 szulfátból nyert szintetikus gél „zeolitok”) és a géltípusú amorf ásványok (pl. glaukonit vagy „zöld homok”) képesek az ammónia szelektív ioncseréjére, de alkalmazásukat számos hátrányos tulajdonságuk kedvezőtlenül befolyásolja. Ezek közül a kis ioncsere kapacitásukat, nem megfelelő regenerálási karakterisztikájukat és a hidrolikus instabilitásukat kell megemlítenünk [Gleason, G. H. et. al., Sewage Works Jour. 5 (1) 61-73 (1933): 6 (3)450-468 (1934)]. A szuífonált vagy karboxîlezett nagymolekulájú szerves polimer ioncserélők nem szelektívek az ammonium ionra, az alkáli és földalkáli fémeket is tartalmazó vizes oldatból először a kalciumot kötik meg. [Nessler, E. J. „Removal of Inorganic Nitrogen from Sewage Effluent” Ph. D. Thesis, Univ. of Wisconsin, (1954); Pollio, F. X. et. al. Hydrocarbon Processing, 124—126 May 1969]. További hátrányuk, hogy használatuk esetén nagymennyiségű regeneráló oldatot kapunk, amelynek elhelyezése szintén gondot okoz, Ez jelentősen növeli az üzemeltetési költségekét [Mercer, B. M. et. al. Chem. Abstract 71 (12) 116—322b]. Néhány természetes és mesterséges zeolittal kísérleteket végeztek a szennyvízben lévő ammónia szelektív ioncserével történő eltávolítására. A feladatnak olyan zeolit felel meg, amelynek megfelelő az ammónia ion- 55 csere kapacitása, az alkáli, valamint földalkáli fémeket, is tartalmazó vizes oldatokból szelektíven megköti az ammóniát és könnyen regenerálható. A természetes zeolitok közül a klinoptilolit, a chabazit, az erionit és a 5 mordenit rendelkezik a fent említett tulajdonságokkal. A mesterségesen előállított, kereskedelemben kapható zeolitok közül a zeolit A (U.S. Pat. No. 2.882.243), és a zeolit X (U.S. Pat. No. 2.882.224) megfelelő kationcsere kapacitással rendelkezik, de az ammónia szelektivi- 10 tásuk kisebb mint a természetes zeolitoké. Annak ellenére, hogy a szennyvizekből az ammónia eltávolítására számos módszer ismeretes, ivóvízből az emberi szervezetre káros, 0,2 mg NIi,+—N/dm3 koncentrációnál nagyobb ammóniatartalom gazdaságos eltávo- 15 lítására eljárás nem ismeretes. Ez abból adódik, hogy a baktériumokkal végzett nitrifikálás—denitrifikálás egészségügyi okok miatt nem alkalmazható ivóvízre. Továbbá, a sztrippeléses eljárásokkal a 0,2 mg NH4+-N/dm3 alá az ammónia koncent- 20 ráció nem hozható. A klórozással történő ammóniaeltávolítás használatos ugyan a víztechnológiában, de a keletkezett klóraminok rákkeltő hatása miatt ez az eljárás egészségügyi okokból kevésbé ajánlatos. A találmány célja ivóvíz ammóniatartalmának szelek- 25 tív eltávolítására olyan eljárás kidolgozása, amelynél az ammóniatartalom 0,2 mg NH4+-N/dm3 koncentráció alatt tartható és ugyanakkor minden egészségre káros anyagoktól mentes. A találmány tehát eljárás ivóvíz ammóniatartalmának 30 szelektív eltávolítására, amelynek során az első felhasználás előtt nátrium formára hozott klinoptilolitot tartalmazó természetes zeolit ioncserélőn vezetjük keresztül a tisztítandó ivóvizet. A találmány lényege abban van, hogy az ioncserélőn 35 adszorbeált ammonium ionokat kalcium-hidroxiddal 12- nél nagyobb pH-ra beállított nátriumsó oldattal eltávolítva végezzük az ioncserélő regenerálását. A találmány szerint előnyös, ha a tisztítandó ivóvizet 3-10 ágyíérfogat/h, előnyösen 5 ágyíérfogat/h áramlási sebességgel vezetjük keresztül az ioncserélő oszlopokon. A találmány arra a meglepő felismerésre épül fel, hogy az eddigi eljárásokban az ioncserélő regenerálására használt semleges pH-jú oldat helyett kalciumhidroxiddal 12-nél nagyobb pH-ra beállított nátriumsó oldattal 45 végezzük az ioncserélő regenerálását. Az eddig használatos eljárásoknál semleges pH-jú oldattal végezték az ioncserélő regenerálását. Semleges pH-jú regeneráló folyadék alkalmazása esetén az ammónia ionokat nitrifikálással lehet eltávolítani. Ezt ivóvíz 50 esetében alkalmazni nem lehet, mert az ivóvízbe baktériumok nem kerülhetnek. A találmány szerinti eljárás során ezzel szemben a regeneráló oldat pH-ját 12 fölé emelve az ammónia gáz alakúvá válik és a regeneráló oldatból levegőztetéssel, 55 tehát egyszerű fizikai módszerrel eltávolítható. Ez a találmány szerinti felismerés teszi lehetővé, hogy az ivóvíz ammóniatartalma az egészségre káros beavatkozások nélkül szelektív módon eltávolítható. A találmány szerinti eljárást kiviteli példán mutatjuk 50 be. A példában természetes alapú klinoptilolitot tartalmazó zeolit tufát használtunk ioncserélőként. 2
