201893. lajstromszámú szabadalom • Eljárás vizek nitrát és/vagy nitrit tartalmának kémiai úton történő eltávolítására
1 HU 201893 B 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés vizek (pl. felszínivíz, ivóvíz, talajvíz, rétegvíz, szennyvíz) nitrát és/vagy nitrit tartalmának eltávolítására. Az utóbbi néhány évtizedben az ivóvíz céljára szolgáló nyersvizekben jelentős mértékben emelkedett a nitrát töménysége. A növekedés egyik oka az, hogy az ivóvíz-ellátás a szennyvíztisztító kapacitásnál jobban fejlődött. A másk fontos nitrátszennyező a mezőgazdaságban felhasznált nitrogéntartalmú műtrágyának a növények által fel nem vett hányada. Az ivóvíz nitráttöménységének növekedése fokozhatja egyes súlyos emberi betegségek előfordulási valószínűségét (pl. metheoglobinémia, rosszindulatú daganatok). A vízkészletek nitrátosodásának problémáját felismerve a közelmúltban világszerte megindult a kutatás avégett, hogy kidolgozzák a nitrát eltávolításának módjait. A nitrátosodás megelőzése érdekében eljárásokat dolgoztak ki a szennyvíztisztítás harmadik lépcsőjben a nitrogén eltávolítására, továbbá a vízhasznosítás területén új megoldások születtek az ivóvíz céljára szolgáló nyersvizek nitrátkoncentrációjának csökkentésére. A meglevő nitrátmentesítő eljárások alapja biológiai, fizikai ill. fiziko-kémiai folyamat. Szennyvíz esetében a leggyakrabban alkalmazott eljárás a biológiai denitrifikáció. Előnye az alacsony beruházási költsége mellett egyszerű üzemvitele is. Egészségre ártalmatlan szénforrás felhasználásával az eljárást ivóvízre is alkalmazzák (186 653 lajstromszámú magyar szabadalom). Ebben az esetben azonban a kezelt vizet védeni kell az esetleges keletkező bakteriális toxinok ill. patogén baktériumok ellen, az utótisztítás pedig jelentős fajlagos tisztítási költség növelő tényező lehet. Másik szennyvízre és ivóvízre alkalmazható biológiai eljárás az alacsonyabbrendű apatogén gombákkal végzett sejten belüli nitrátredukció (186 451 lajstromszámú magyar szabadalom). A nagy kapacitástartományban ezzel az eljárással is alacsony fajlagos tisztítási költség érthető el, azonban a biológiai reaktorban végbemenő, és csak kis mértékben irányítható, biológiai folyamatok miatt ivóvíz esetében a kezelt víz jelentős mértékű utótisztítása szükséges. Mindegyik biológiai eljárásnak közös hátránya, hogy szakaszos működésük nem valósítható meg, és a tisztítást végző élőlény-tenyészet kialakításához több nap szükséges. Fiziko-kémiai elven alapuló ismert nitráteltávolítási eljárás ivóvíz esetében a nitrát adszorpciója szelektív ioncserélőn a klorid ciklusú (Scholze, C.: Die Nitratelimination in der Trinkwasseraufbereitung. - Acta Hydrochim. Hidrobiol. 6. K. 5. sz. 1978) és HCO3 ciklusú (magyarországi bejelentés alapszáma: VA- 1520 műgyantákat használnak a nitrát vízből való kivonására. Az ioncserés eljárások előnye az egyszerűségük, hátrányt jelent viszont, hogy a gyanták szelektivitása nem egyértelmű (pl. nagy szulfáttartalmú vizek esetében az eljárás költségessé válik), továbbá a regenerátum kezelése, elhelyezése megoldhatatlan. Ismert eljárás vizek nitrátmentesítése fordított ozmózissal és elektrodialízissel, azonban ezek a módszerek rendkívül energiaigényes, ennélfogva drágák. A költségek külön emeli az, hogy az eltávolítás hatásfoka a domináns ionok közül a nitrátra a legkisebb. Ezeknek a módszereknek az alkalmazása csak különleges esetekben jöhet számításba. A találmány célja olyan új eljárás létrehozása, amely a meglévő eljárások fentebb ismertetett hiányosságait kiküszöböli és azoknál nagyobb hatásfokkal és gazdaságosabban oldja meg a nitrát és/vagy nitrit eltávolítását. A találmány alapja az a felismerés, hogy a vizek nitrát és/vagy nitrit tartalma katalizátor jellegű aktív felületen redukáló hatású szervetlen kemikáliával könnyen és gyorsan redukálható, miközben a nitrát és/vagy nitrit döntő hányada nitrogéngázzá alakul. A nitrát és/vagy nitrit eltávolításához a redukálószer sztöchiometrikus mennyisége elégséges. Redukálószerként hidrazint ill. hidrazinsókat, katalizátorként aktívszenet célszerű használni. A reakció során az ammóniaképződés megakadályozására szükség szerint nyomnyi mennyiségű oxidálószert (pl. H2C>2-t) kell a tisztítandó vízbe adagolni. A kémia reakció során a nitrát illetve a nitrit redukálódik és nitrogéngáz, víz és hidrogénion keletkezik. A reakció sebessége a katalizátor felületen rendkívül nagy, 3-10 perc alatt kvantitatívan végbemegy. A reakció során egészségre káros reakció termékek nem keletkeznek. Az esetleges redukálószer-felesleg is teljes mértékben elbomlik a katalizátor aktívszén felületen. A találmány szerinti eljárás lényege, hogy a kezelendő vízhez - eltávozandó nitrát és/vagy nitrit tartalomnak megfelelő - legalább sztcöhiometrikus mennyiségű kémiai redukálószert (pl. hidrazint) keverünk. A vegyszeres vizet nagy felületű szemcsés anyagot (pl. aktívszenet) tartalmazó kémiai reaktorba vezetjük. A nitrát és/vagy nitrit mentesített vizet szükség esetén (pl. ivóvíz) utóklórozzuk. A keletkezett nitrogéngázt a reaktorból elvezetjük. További előnyös hatást érünk, ha kémiai reaktorként aktívszénnel töltött oszlopot használunk. Az ammóniumképződés megakadályozására a kezelendő vízhez nyomnyi mennyiségű inhibitort (pl. hidrogénperoxidot) adagolunk. Az eljárást példán keresztül rajz segítségével ismertetjük közelebbről. Az 1. ábra az eljárás egy lehetséges foganatosítási módjának folyamatábráját tartalmazza. A nitrát és/vagy nitrit tartalmú 1 kezelendő vizet 4 gyorsbekeverő vezetjük, majd adagoló szivattyú segítségével sztöchiometrikus mennyiségű 2 redukálószert (hidrazint) és adagolószivattyú segítségével 100 mg/1 töménységű 3 inhibitort (hidrogénperoxidot) adagolunk. A vegyszeres vizet elkeverjük, majd harminc másodperces tartózkodási idő után az így 5 előkezelt vizet 6 reaktor tetején vezetjük be. A 6 reaktor töltött oszlop, amelynek töltete 7 támrétegen nyugvó 8 nagyfelületű szemcsésanyag és a támréteget és a töltetet műanyag szűrőgyertyákkal betelepített 9 fenéklemez tartja. Majd tíz perc tartózkodási idő után a nitrát és/vagy nitrit 10 mentesített vizet a reaktor alján, a 11 nitrogéngázt a tetején vezetjük el. Szükség esetén (pl. ivóvíznél) 12 utóklórozást is végzünk. A találmány szerinti eljárásunk alátámasztására közöljük kísérleti eredményeinket. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
