RU2041169C1

RU2041169C1 - Method for ion-exchange extraction of nitrate-ions

Info

Publication number: RU2041169C1
Application number: RU93027650A
Authority: RU
Inventors: Игорь Валентинович Никитин; Владимир Федорович Синиченков; Борис Павлович Афанасенко; Валентин Васильевич Уткин; Владимир Алексеевич Сеземин; Николай Викторович Созонтов; Николай Дмитриевич Логинов
Original assignee: Игорь Валентинович Никитин; Владимир Федорович Синиченков; Борис Павлович Афанасенко; Валентин Васильевич Уткин; Владимир Алексеевич Сеземин; Николай Викторович Созонтов; Николай Дмитриевич Логинов
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1995-08-09

Abstract

FIELD: sorption treatment of sewage. SUBSTANCE: method involves using the high-basicity anionite in a mixed carbonate-bicarbonate form. When using said anionite in the HCO₃-CO₃ form the content of nitrate ions in filtrate is not over 1-2 mg/l. The water filtering rate is not under 30 m/h. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение предназначено для сорбционной очистки природных и производственных сточных вод, а также для денитрификации вод питьевого класса и может найти применение в ионообменных установках очистки конденсатов упарки нитратсодержащих суспензий. The invention is intended for sorption treatment of natural and industrial wastewater, as well as for the denitrification of drinking-class water, and may find application in ion-exchange condensate purification plants for an evaporation of nitrate-containing suspensions.

Известен способ снижения концентрации нитрат-ионов до 2 3 мг/л заменой нитрат-иона на бикарбонат-ион, содержание которого не лимитирует стандарт на питьевую воду. (Применение гидрокарбонатного ионного обмена для удаления нитратов. Application of hydrogencarbonate cycle anion exchange for nitrate removal water/Tarjan. //Period. polytech. Chem. Eng. 1989, 33, N 3-4, с. 287-298). К недостаткам данного способа относится большая концентрация ионов NO₃ в очищенной воде, чем в случае применения анионита в гидроксильной форме. Другим недостатком способа является невозможность интенсификации процесса ионного обмена гидроксил- или бикарбонат-ионов на нитрат-ион без изменения размеров зерна ионита (класса) или его структуры.A known method of reducing the concentration of nitrate ions to 2 3 mg / l by replacing the nitrate ion with a bicarbonate ion, the content of which does not limit the standard for drinking water. (Use of hydrogen carbonate ion exchange for nitrate removal. Application of hydrogencarbonate cycle anion exchange for nitrate removal water / Tarjan. // Period. Polytech. Chem. Eng. 1989, 33, N 3-4, pp. 287-298). The disadvantages of this method include a higher concentration of NO ₃ ions in purified water than in the case of the use of anion exchange resin in hydroxyl form. Another disadvantage of this method is the impossibility of intensifying the process of ion exchange of hydroxyl or bicarbonate ions to nitrate ions without changing the size of the ion exchanger grain (class) or its structure.

Целью изобретения является эффективное извлечение нитрат-ионов, обеспечивающее содержание NO₃ в очищенной воде не более 1-2 мг/л и возможность ускорения реакции ионного обмена без изменения класса сорбента (крупности) или его структуры.The aim of the invention is the effective extraction of nitrate ions, providing a content of NO ₃ in purified water of not more than 1-2 mg / l and the possibility of accelerating the ion exchange reaction without changing the class of sorbent (particle size) or its structure.

Указанная цель достигается тем, что для извлечения нитрат-ионов из сточных вод используется высокоосновный анионит в смешанной карбонат-бикарбонатной форме. Пpи применении указанного анионита в НСО₃-СО₃-форме содержание нитрат-ионов в фильтрате не превышает 1-2 мг/л. При увеличении скорости подачи исходного раствора (не менее 30 м/ч), содержащего нитрат-ионы, возрастает скорость ионного обмена, заключающаяся в более быстром достижении равновесной обменной емкости. В случае применения анионита в гидроксильной или бикарбонатной формах интенсивность подачи (фильтрации) исходного раствора не влияет на время насыщения анионита. Сказанное может объясняться отличным механизмом ионного обмена нитрат-иона на карбонат-ион, лимитирующей стадией которого вероятно является диффузия в пленке, тогда как для случая ионного обмена ионов NО₃ на ОН- или НСО₃ такой стадией является диффузия в зерне ионита.This goal is achieved by the fact that for the extraction of nitrate ions from wastewater, highly basic anion exchange resin in mixed carbonate-bicarbonate form is used. When using the specified anion exchange resin in the HCO ₃ -CO ₃ form, the content of nitrate ions in the filtrate does not exceed 1-2 mg / l. With an increase in the feed rate of the initial solution (at least 30 m / h) containing nitrate ions, the ion exchange rate increases, which consists in more quickly achieving an equilibrium exchange capacity. In the case of the use of anion exchange resin in hydroxyl or bicarbonate forms, the feed rate (filtration) of the initial solution does not affect the saturation time of the anion exchange resin. The foregoing can be explained by the excellent mechanism of the ion exchange of the nitrate ion to the carbonate ion, the limiting stage of which is probably diffusion in the film, whereas for the case of ion exchange of NO ₃ ions by OH or HCO _3, this stage is diffusion in the ionite grain.

Новизна предлагаемого способа ионообменного извлечения нитрат-ионов заключается в применении высокоосновного анионита в смешанной карбонат-бикарбонатной форме, обеспечивающей при возрастании скорости фильтрации исходного раствора через анионит ускорение процесса обмена ионов NО₃ раствора на карбонат- и бикарбонат-ионы анионита в интервале значений рН раствора 2,9-9,3. Скорость фильтрации воды оставляет не менее 30 мг/ч.The novelty of the proposed method of ion-exchange extraction of nitrate ions consists in the use of a highly basic anion exchange resin in a mixed carbonate-bicarbonate form, which, with an increase in the rate of filtration of the initial solution through the anion exchange resin, accelerates the exchange of NO ₃ ions to the carbonate and bicarbonate ions of the anion exchange resin in the range of solution pH 2 9-9.3. The water filtration rate leaves at least 30 mg / h.

Применение данного способа делает возможным при очистке растворов от нитрат-ионов уменьшить объем загрузки ионитового фильтра за счет сокращения времени насыщения ионита при увеличении скорости фильтрации раствора (при прочих одинаковых условиях: концентрации нитрат-ионов в исходном растворе, типа ионита и размера зерна, производительности по очищаемой воде). The application of this method makes it possible, when cleaning solutions from nitrate ions, to reduce the load of the ion exchanger by reducing the time of saturation of the ion exchanger with an increase in the filtration rate of the solution (all other things being the same: the concentration of nitrate ions in the initial solution, the type of ion exchanger and grain size, purified water).

П р и м е р 1. Раствор, содержащий ион NO₃ в количестве 2,0 г/л, пропускался через колонки, заполненные анионитом АМ в смешанной карбонат-бикарбонатной форме и анионитом АМ в бикарбонатной форме. Объем анионита в обеих колонках составляет по 24,5 мл, а скорость пропускания раствора 30 м/ч.Example 1. A solution containing 2.0 g / L NO ₃ ion was passed through columns filled with AM anion exchange resin in mixed carbonate-bicarbonate form and AM anion exchange resin in bicarbonate form. The volume of anion exchange resin in both columns is 24.5 ml, and the transmission rate of the solution is 30 m / h.

На фиг.1 представлены результаты экспериментов, свидетельствующие о получении фильтрата более глубокой очистки в случае применения анионита в смешанной форме. Figure 1 presents the experimental results, indicating the receipt of the filtrate of a deeper purification in the case of the use of anion exchange resin in mixed form.

Перевод анионита из товарной Сl-формы в рабочую смешанную осуществлялся обработкой анионита раствора, содержащим смесь (NH₄)₂CO₃ и (NH₄HCO₃ с массовой концентрацией 8-10 и 2-5% соответственно.The transfer of the anion exchange resin from the commercial Cl-form to the working mixed one was carried out by treating the solution anion exchange resin containing a mixture of (NH ₄ ) ₂ CO ₃ and (NH ₄ HCO ₃ with a mass concentration of 8-10 and 2-5%, respectively.

П р и м е р 2. Раствор, содержащий ион NO₃, контактировался с анионитом АМ в НСО₃- и анионитом АМ в смешанной НСО₃-СО₃ формах в статических условиях. Во всех случаях экспериментов объем раствора составляет 1,0 л, а анионита- 10 мл.Example 2. A solution containing NO ₃ ion was contacted with AM anion exchanger in HCO ₃ - and AM anion exchanger in mixed HCO ₃ -CO ₃ forms under static conditions. In all cases of experiments, the volume of the solution is 1.0 l, and the anion exchange resin is 10 ml.

На фиг.2 представлена зависимость времени насыщения анионитов от интенсивности перемешивания раствора (скорости вращения мешалки), подтверждающая предположение об увеличении скорости ионного обмена в случае повышения интенсивности перемешивания, достигающего в данном случае предела гидродинамического действия при 1200 оборотах мешалки в минуту. Figure 2 shows the dependence of the anionite saturation time on the stirring intensity of the solution (stirrer rotation speed), confirming the assumption of an increase in the ion exchange rate in the case of an increase in stirring intensity, which in this case reaches the limit of hydrodynamic action at 1200 revolutions of the stirrer per minute.

Таким образом, по сравнению с известным способом, заявляемый обеспечивает повышение эффективности очистки воды от нитрат-ионов до содержания последних в фильтрате не более 1-2 мг/л и обеспечивает снижение времени насыщения анионита при увеличении скорости фильтрации (перемешивания) раствора. Использование анионита в смешанной НСО₃-СО₃-форме при повышении скорости фильтрации раствора через анионит позволит сократить объем загрузки анионита в ионообменный фильтрат (колонну) при прежнем содержании в фильтрате ионов NO₃ (не более 1-2 мг/л).Thus, in comparison with the known method, the claimed ensures an increase in the efficiency of water purification from nitrate ions to a content of the latter in the filtrate of not more than 1-2 mg / l and provides a decrease in the time of saturation of the anion exchange resin with an increase in the filtration (mixing) rate of the solution. The use of anion exchange resin in a mixed HCO ₃ -CO ₃ form with an increase in the rate of filtration of the solution through anion exchange resin will reduce the load of the anion exchange resin in the ion-exchange filtrate (column) at the same concentration of NO ₃ ions in the filtrate (not more than 1-2 mg / l).

Claims

METHOD FOR ION EXCHANGE EXTRACTION OF NITRATE IONS from natural and waste industrial waters, including passing water through a highly basic anion exchange resin in bicarbonate form, characterized in that part of the anion exchange resin is in carbonate form, and the water filtration rate is at least 30 m / h.