Удаление нитратов из воды. Удаление нитратов из воды


Применение анионообменных смол для удаления нитратов

Распостранены две основные технологии по удалению нитратов из воды:  ионообмен и обратный осмос. Для удаления нитратов из всей используемой в доме воды наилучшим выбором является ионообмен. Если необходима очистка только питьевой воды, лучшим решением является обратный осмос.

Для удаления нитратионов используются стандартные или селективные анионообменные смолы сильного основания (strong base anion SBA), в Cl форме. В качестве регенеранта используется раствор соли NaCl.

Стандартные сильноосновные аниониты Стандартные сильноосновные аниониты - это смолы, характеризующиеся избирательностью или относительным сродством по отношению к удаляемым ионам согласно следующему ряду: сульфат, нитрат, хлорид, бикарбонат ионы. Это означает, что реакция обмена между водным раствором и смолой будет протекать, если анион, находящийся в растворе, стоит в этом ряду перед анионом, находящимся на смоле. Использование стандартных сильноосновных анионитов требует осторожности и тщательного контроля при применении их для очистки воды, содержащей нитраты, т. к. возможен эффект постепенного накопления и затем внезапного выброса нитратов за счет вытеснения их сульфатионами, которые обладают большим относительным сродством.  Нитраты очень сильно  влияют на здоровье человека, поэтому данные смолы могут применяться только в системах с весьма жестким контролем расходуемой воды. Это нужно для того, чтобы регенерация проводилась до того, как начнется проскок нитратионов. Если возможности контроля нет, не следует объединять смолу для удаления нитратов со смолой для умягчения воды. Сопряженный с этим риск не стоит связанной с этим экономичности времени и затрат.

При применении  стандартных сильноосновных анионитов следует обращать внимание на возможный проскок удаляемых ионов. Фактор проскока весьма важен, т. к. он напрямую связан с относительным сродством. В начальный период цикла ионообмена из раствора одинаково хорошо удаляются сульфаты, нитраты и бикарбонаты, т. к. на смоле имеется множество несвязанных радикалов. По мере удаления бикарбонатов показатель рН в начальный период снижается и может стать слишком низким, что может вызвать необходимость дополнительной обработки воды. Если цикл обмена продолжить, то согласно ряду относительного сродства все большее количество ионов сульфата и нитрата оседают на смоле, в результате бикарбонатион начинает вытесняться и показатель рН возвращается на нормальный уровень.

В дальнейшем, когда все большее количество ионов сульфата собирается на смоле, уже нитратион вытесняется в обработанную воду.

Проскок характеризуется величиной отношения содержания нитрата к сумме нитрата и сульфата. Чем выше это отношение, тем меньше проскок. Например, отношение, равное 0,2 означает, что утечка составляет 25 % от исходной концентрации с дозой соли 240,2775 кг/м3 смолы, или 38 % с дозой соли 128,148 кг/м3 смолы. Отношение 0,4 означает, что утечка составляет 16 % от исходной концентрации с дозой соли 240,2775 кг/м3 смолы, или 25 % с дозой соли 128,148 кг/м3 смолы.

Расчет обменной емкости. Учитывая вышесказанное – вывод: слой смолы нужно регенерировать до того, как ионы нитрата начнут проскок. Поэтому необходимо производить расчет обменной емкости. Данные для расчета должны предоставляться производителями оборудования или смолы.

Такие расчеты должны учитывать относительное количество в воде сульфатов и нитратов. Если необработанная вода содержит мало сульфатов или вообще их не содержит -  проблемы нет или она присутствует только в весьма небольшой степени.

Для определения обменной емкости смолы по удалению тех или иных загрязнителей важно правильно оценивать их количество. При этом необходимо привести все расчеты к общему знаменателю, в качестве которого выступает карбонат кальция СаСО3. Анализы воды могут оперировать концетрациями ионов, выраженных поразному, например, в виде непреобразованных ионов нитрат как NO3, сульфат как SO4. В некоторых анализах под нитратом подразумевается ион азота N, а в некоторых используется преобразование азота и других заменяемых анионов, включая сульфат, в их соответствующие эквиваленты карбоната кальция. Важно знать, о чем идет речь в определенных анализах. Например, нормативом для питьевой воды по нитратам является концентрация в 10 ррм в пересчете на ион азота N, либо 45 ррм в виде NO3. Следует сказать, что речь идет об одних и тех же концентрациях, выраженных различным образом. Если уровень нитратов выражается через ион NO3, он приводится к СаСО3 умножением на 0,8. Если речь идет о содержании нитратов в пересчете на N, показатель следует умножать на 3,6. Для SO4 k приведения к СаСО3 равен 1,04. Для других заменяемых ионов k умножения для приведения к СаСО3 хлорида равен 1,41, бикарбоната 0,82. Соль, используемая в установке с верхней загрузкой, регенерирует как смолу для умягчения воды, так и смолу SBA. При этом смола для умягчения использует натриевую или калийную составляющую соли, а смола SBA хлоридную составляющую.

Дозировка соли может варьироваться в пределах 128,148 240,2775 кг/м3 смолы, в зависимости от необходимого запаса обменной емкости удаляемых загрязняющих веществ. Для расчета обменной емкости следует изучить паспортные технические данные на смолу при регенерации рассолом с разной дозой соли.

Смолы SBA, селективные к нитратам Из за проблем выброса нитратов в стандартных смолах SBA производители смол создали смолу SBA, селективную к нитратам. Эта смола не только удаляет нитраты, но при этом имеет большее сродство к нитратам, чем к сульфатам.

Для такой смолы предыдущий список, от самого сильного сродства до самого слабого, выглядит так: нитраты, сульфаты, бикарбонаты.

Селективная к нитратам смола является блестящей разработкой в области технологии удаления нитратов, но это совсем не предполагает, что она защищена от неквалифицированного применения или что она является самым эффективным средством в любых условиях. Так же как стандартная смола SBA может вызвать сброс нитратов, если позволить выйти за ее расчетный запас обменной емкости, селективная к нитратам смола SBA может вызвать сброс сульфатов, а позже и нитратов, если вовремя не произвести ее регенерацию.

Примечание: Указанные значения округлены до ближайших 100 галлонов. Значения концентрации нитратов и сульфатов выражены в gpg (грейн/галлон, что соответствует 17,1 мг/л) в пересчете на СаСО3. 4 gpg нитратов в пересчете на СаСО3 эквивалентны 20 мг/л в пересчете на N.

Отметим, что если содержание сульфатов мало или они в воде отсутствуют, обменная емкость стандартной смолы SBA выше, но с понижением отношения нитратов к сульфатам обменная емкость селективной смолы становится выше. Производители смол рекомендуют использовать смолу, селективную к нитратам, если отношение нитратов к сульфатам в воде больше 0,60.

aquashans.ru

Удаление нитратов

Удаление нитратовНитратами называются соли азотной кислоты, они попадают в воду рек и озер из хозяйственно-бытовых и промышленных стоков, из стоков воды с полей, которые обрабатываются азотными удобрениями при дренировании оросительных вод с полей с удобрениями в подземные водоносные слои с неглубоким залеганием, а также с атмосферными осадками. Поэтому количество нитратов чаще наиболее высоко в воде колодцев, рек, прудов и неглубоких скважин. Проблема удаления нитратов из питьевой воды наиболее важна для жителей сельских районов, получающих питьевую воду из колодцев и неглубоких скважин. С каждым годом наблюдается рост концентрации нитратов как в поверхностных источниках, так и во многих артезианских скважинах.

Нитраты в высокой концентрации обладают токсичным действием на организм человеке. Согласно СанПиН 2.2.4-171-10 России, концентрация нитратов в питьевой воде не должна превышать 50,0 мг/л, а для колодцев и каптажей — не более 3,3 мг/л.

Нитраты накапливаются в организме человека, реагируют с гемоглобином крови с образованием метгемоглобина. Это вещество не переносит кислород. Повышение его концентрации в крови приводит к тому, что ткани организма недополучают кислород. В результате ухудшается общее самочувствие, снижается трудоспособность. Повышенные концентрации нитратов оказывают негативное влияние на нервную, сердечно-сосудистую систему и другие органы. Особую опасность высокие концентрации нитратов представляют для здоровья маленьких детей, ферментная система которых еще только формируется.

Метод удаления нитратов ионным обменом

Удаление нитратов из питьевой воды можно осуществить двумя методами — обратным осмосом или на ионообменных смолах. В зависимости от требований к степени очистки воды от нитратов и от стоимости очистки возможно приятие решение по выбору метода очистки. Использование сорбционного метода на активированных углях для удаления нитратов малоэффективно.Удаление нитратов на ионообменных смолах может происходить на сильноосновном анионите в Cl-форме. Такой анионит сорбирует NO3— и обменивает их на Cl—-ионы. Также на нем сорбируются и ионы SO4— и HCO3—. Т.е., если в воде суммарное содержание по Cl—, NO3—, SO4— и HCO3— не превышает ПДК по Cl— ионам, то таким методом можно удалять нитраты из воды. Иначе говоря, если в воде высокая концентрация SO4— — ионов и, учитывая тот факт, что сродство анионита к SO4—-иону выше, чем к NO3— иону, то возможна ситуация, когда сульфат-ион в определенный момент процесса может вытеснить нитрат ион из анионита. В этот момент в фильтрате концентрация нитрат-ионов станет выше, чем в исходной воде и удаление нитратов прекратится. Наряду с этим необходимо понимать, что если анионит сорбирует и нитрат- и сульфат-ионы, емкость такого анионита по нитрат-ионам может оказаться невысокой.

Ведущими мировыми производителями ионообменных смол для высокоэффективного удаления нитратов разработаны специальные нитрат-селективные смолы, в которых селективность к нитратам выше, чем к сульфат-ионам. Таким примером может служить полистирольная макропористая нитрат-селективная анионообменная смола Lewatit — MonoPlus SR7 немецкого производителя LanXess. Производителем заявлено, что эта смола имеет в 3 раза большую селективность к нитратам, чем любая другая аналогичная смола из представленных на рынке анионитов.

Это позволяет гарантировать удаление нитратов из вод, в которых присутствует высокое количество сульфат-ионов. Она предназначена для использования в очистке питьевой воды. Однако нельзя не отметить, что такие специализированные смолы имеют высокую стоимость. Регенерация ионообменной смолы осуществляется поваренной солью.

Удаление нитратов обратным осмосом

Альтернативным ионному обмену по удалению нитратов является метод обратного осмоса, который весьма эффективен при снижении концентрации нитратов и широкого спектра других солей из воды. К основным преимуществам этого метода можно отнести высокую технологичность оборудования, простоту эксплуатации и обслуживания оборудования, а также сравнительно низкие энергозатраты и отсутствие необходимости частых регенераций солевым раствором. Метод гарантированно защищает от проскоков нитрат-ионов даже при резком изменении их концентрации в исходной воде. Селективность по нитрат-ионам практически не зависит от концентрации других ионов в исходной воде.

Обработка воды осуществляется на тонкопленочных рулонных мембранных элементах. Наиболее широкое применение в последние годы получили полиамидные мембранные элементы. Диапазон температур обрабатываемой воды от 2 до 300С.

Особенностью метода является снижение общего содержания солей на 99,3-99,8 %, наряду со снижением нитрат-ионов. Обратный осмос хорошо удаляет ионы с высоким зарядом и размерами, которые определяют степень гидратации данных ионов. Чем гидратация ионов выше, тем выше степень очистки по этим ионам. Например, двухвалентные ионы (ионы кальция, магния, сульфатов) задерживаются в большей степени, чем одновалентные ионы (ионы натрия, калия, хлоридов и нитратов).

В нашей практике есть опыт очистки артезианской воды с содержанием нитрат-ионов около 1180 мг/л при общем солесодержании около 4200 мг/л. Нами реализована схема с применением обратного осмоса. Расчеты показывали, что снижение концентрации нитрат-ионов возможно в данном случае только до 42 мг/л, что весьма близко к величине ПДК, поэтому мы применили вторую ступень с нитрат-селективной смолой Lewatit — MonoPlus SR7. В результате, концентрация нитрат-ионов в питьевой воде в процессе эксплуатации не превышала 6,0 мг/л.

Данное техническое решение позволило нашему предприятию решить проблему удаления нитратов и обеспечить заказчика высококачественной питьевой водой.

Для применения в условиях квартиры или коттеджа использование обратноосмотических фильтров несомненно является наиболее эффективным способом удаления нитратов. В условиях промышленного предприятия необходимо производить технико-экономический анализ выбора того или иного метода.

chistim.su

Удаление нитратов из воды в Одессе

 «Гигиенические требования к воде питьевой, предназначенной для потребления человеком» (ГCанПиН 2.2.4-171-10), регламентируют содержание нитратов в водопроводной воде 50 мг/л, в питьевой 10 мг/л. Однако, в мелководных артезианских источниках содержание нитратов может доходить до 300 мг/л. При отсутствии альтернативных источников питьевой воды, нитраты из такой воды необходимо удалять.

       Удаление нитратов из воды производится в специальных фильтрах засыпного типа, в которые загружается высокоосновная нитрат-селективная анионообменная смола макропористого типа. Конструкция нитратного фильтра аналогична конструкции Na-катионитного фильтра. Регенерация смолы производится аналогично регенерации Na-катионита, 6-10% раствором хлорида натрия.

        Самыми распространенными нитрат-селективными смолами являются Purelite A520E, AMBERLITE PWA5, AMBERLITE PWA15, Pure PA202. Все вышеперечисленные загрузки поставляются производителями в Cl-форме. Принцип адсорбции нитратов аналогичен Na-катионированию. Особенностью данного метода является то, что смола адсорбирует не только нитрат-анионы, но и сульфат-анионы, поэтому при расчете обменной емкости фильтра, применяется специальная формула, в которой учитываются нитрат и сульфат ионы.

         При высокой общей жесткости воды, и необходимости умягчения, необходимо сначала производить умягчение воды, а затем очистку от нитратов. Недопустимо производить удаление нитратов и умягчение в одном фильтре, так как в процессе регенерации образуются нерастворимые соли, которые вызывают слипание смолы и выводят тем самым фильтр из строя.

          Допустимо проводить очистку от нитратов обыкновенными высокоосновными анионообменными смолами. При этом следует учитывать тот факт, что стандартные аниониты более чувствительны к сульфатам, чем к нитратам. В результате этого смола сначала поглощает сульфат-ионы а затем замещает их на нитрат-ионы, в результате содержание сульфатов в очищенной воде становится выше чем в исходной.

          Еще один фактор, который следует учитывать при применении ионообменного способа удаления нитратов, это то, что отработанный раствор регенеранта, который необходимо утилизировать или сбрасывать, содержит нитрат натрия в довольно высоких концентрациях.

         Ионообменный метод позволяет удалять из воды 90% нитратов. Ограничение применения данного метода состоит в том, что нитраты замещаются хлоридами, следовательно в очищенной воде, при определенных концентрациях нитратов и хлоридов, может возникнуть превышение концентрации хлоридов. В таком случае, данный метод неприменим и предпочтение следует отдать системам обратного осмоса.

aquarum.com.ua


.