193659. lajstromszámú szabadalom • Eljárás ivóvíz nitrát-ionjainak kicserélésére alkalmas ioncserélő gyanta töltet regenerálására
193659 1 A találmány tárgya eljárás ivóvíz nitrátionjainak kicserélésére alkalmas ioncserélő gyanta töltet hatékony és gazdaságos regenerálására. A bioszféra nitrogén körforgalmának zavartalansága esetén a felszíni vizekben a nitrátion egyensúlyi koncentrációja igen alacsony szinten van (5—10 mg/dm3). ilyen kis koncentrációban a nitrátion az ivóvíz természetes alkotójának is tekinthető. Az intenzív mezőgazdasági művelés alatt álló területeken azonban a nitrogénkörforgalom olyan erősen perturbált, hogy a nagy nitrátion-koncentráció (esetenként 150 mg/dm3) miatt jó minőségű ivóvíz csak a természetes víz megfelelő kezelésével állítható elő. Az ivóvízzel elfogyasztott túlzottan nagy mennyiségű nitrát a szervezetben nitritté alakulva megakadályozza azt, hogy a hemoglobin oxigént kössön meg: ún. methemoglobin képződik, ami fulladást okoz (methomoglobinémia). Fokozott veszélyt jelent ez csecsemők és egyes emésztőszervi megbetegedésben szenvedők esetében. A nitrát tehát toxikus hatását indirekt úton, a nitriten keresztül fejti ki. A világ számos országában ajánlások, szabványok rögzítik az ivóvíz nitrátkoncentrációjának felső határát. A legtöbb ajánlás ezt a hatást a 10 mg N03/dm3 értéknél állapítja meg (Adam, J.W.M.: Water S.A. 6, 79 (1980)). A magyar szabvány szerint az ivóvíz 20—30 mg/dm nitráttartalomig elfogadható, 40 mg/dm3 nitráttartalomig tűrhető (Vízvizsgálati szabványok, Mezőgazdasági és Jogi Könyvkiadó, Budapest, 1980. MSZ—448.) Az irodalomban publikált nitrátmentesítési technológiák az alkalmazott alapelv szerint két nagy csoportba sorolhatók: Az egyik technológiai csoport biológiai elveket, a másik csoport fizikai-kémiai módszereket hasznosít. A biológiai nitrátmentesítés a denitrifikáló baktériumok élettevékenységének tudatos felhasználásán alapszik. Ezek a mikroorganizmusok szabad oxigén hiányában a légzésükhöz szükséges oxigént nitrátok lebontása útján fedezik és a lebontás után a nitrogén gáz formájában távozik. Ezen elv alapján elsősorban kommunális és ipari szennyvizek nitrátmentesítésére dolgoztak ki technológiai megoldásokat. (Wild, H.E.—Sawyer, C.W., McMahon, C.W.: Report for U.S. E.P.A., Metcalf and Eddy, Inc. (1972); Bollag, J.M.: E.P.A.—660/2—73—002. Aug. (1973) ). Francia kutatók ivóvíz biológiai nitrátmentesítéséről is beszámolnak (Francia Műszaki Tájékoztató, 78 (1982)). A biológiai nitrátmentesítés azonban csak nagyüzemi víztisztító berendezésekkel, szigorúan kontrollált körülmények között végezhető el. A fizikai-kémiai elveket (fagyasztás, desztilláció, kémiai redukció, elektrodialízis, fordított ozmózis) hasznosító technológiákkal történt próbálkozások (Pöppinghaus, 2 2 K.: Gewasserschutz Wasser Abwasser 17, 77 (1975); North Star R1 and D Institute U.S. E. P.A., 17020 EFA., (October 1970); Dryden, F. M.: „Mineral Removal by Ion Exchange Reverse Osmosis and Electrodialysis“ Waste Water and Reuse Conference, Univ. of California at Berkeley (1970)) mellett gazdasági okok miatt csak az ioncsere terjedt el széles körben. Az ioncserés nitrátmentesítés során a legtöbb esetben a víz nitrátionjait klorid ionokra cserélik ki. (Rohmer R., -Lemaire,O: L’Eau 47 229 (1960); Placek C.: „Ion exchange Resins“ Noyes Date Corp., Park Ridge N.J. (1970); Korngold E: Water Air and Soil Pull. 2 15 (1973); Gregg D.C.; Civil Engineering 43 45 (1973) ezáltal a kezelt vízbe az eltávolított nitráttal egyenértékű kloridion kerül. Mivel nagy nitrátkoncentráció esetén ez jelentős mértékben rontja a víz élvezeti értékét, ezért célszerű olyan technológiai ciklust alkalmazni, amellyel az említett minőségromlás elkerülhető. Ebből a szempontból az egészségügyi hatóságok által kívánatosnak tartott ion a hidrogén-karbonát ion. Ismereteink szerint Höl 1 és Kisch (ingtől (Höll W., Kishling B.: Vom Wasser 53 189 (1979) származik az egyetlen közlemény, amelyik a nitrát és szulfátionok eltávolítására hidrogén-karbonát forma ionccserélő alkalmazásával foglalkozik. A nitráttal telített hidrogénkarbonát formájú ioncserélő gyanta regenerálása azonban nincs kielégítően megoldva. Az e célra alkalmazott eljárások lényege, hogy a nitrát-ionokat klorid ionokkal szorítják le az ioncserélő gyantáról, és a klorid-formájú gyantát hidrogénkarbonát-ionokat tartalmazó oldattal vagy hidroxil-formájúvá való átalakítás után szénsavas átáramoltatásával alakítják át a kívánt HC03- formára. (184 211 sz. magyar szabadalmi leírás, illetve 643 754 sz. svájci szabadalmi leírás) vagy pedig úgy járnak el, hogy a gyantát — adott esetben klorid-formára való átalakítás után — szénsavval kezelik szilárd kalciumkarbonát jelenlétében. (2 851 135 NSZK szabadalmi leírás és 2 937 022 sz. NS21K közrebocsátási irat.) Az ismert regenerálási eljárások hátránya, hogy részint nem eléggé hatékonyak, részint pedig bonyolultak, sok vegyszert igényelnek, illetve környezetvédelmi szempontból nehezen kezelhető oldatok képződésével járnak. A találmány célja ivóvíz nitrát ionjainak hidrogénkarbonát ionokra történő kicserélése olyan eljárás kidolgozása, melynek során a kimerült anioncserélő gyantát az eddigi eljárásoknál jobb hatásfokkal és gazdaságosabban tudjuk hidrogénkarbonát formába átalakítani. A találmány lényege abban van, hogy a nitráttal telített anioncserélő gyantát első lépésben alkáli-hidroxid-oidattal OH-formájúvá alakítjuk, és az első lépésben OH-formájúvá alakított ioncserélő gyantát 0,5—5 bar nyomáson 0,2—3,0 mól/dm3 koncentrációjú hidrogénkarbonát-oldat jelenlétében szén-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
