СПОСОБ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ОТ СТРОНЦИЯ Российский патент 1995 года по МПК C02F1/28 

Изобретение относится к ионообменным способам очистки маломинерализованных растворов и может быть использовано при получении питьевой воды из подземных, поверхностных и сточных вод, содержащих избыточное (превышающее ПДК) количество стронция.

Известен способ очистки поверхностных высокомутных вод от стабильного стронция путем фильтрации через слой природного клиноптилолита месторождения Ай-даг. В зависимости от выбранных режимов и мутности исходной воды цеолит поглощает от 15 до 75% стронция [1]
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ подготовки питьевой воды путем ее фильтрации через слой клиноптилолита Колинского месторождения в Na-форме с зернением загрузки 0,3-0,6 мм. При этом достигается очистка воды от стронция до принятого норматива (7 мг/л) [2] Для производственных целей предлагается использовать выпускаемые промышленностью параллельноточные натрий-катионитовые фильтры первой ступени.

К недостаткам способов можно отнести однократное использование клиноптилолитовой загрузки, что обуславливает необходимость ее периодической замены по мере отработки на новую загрузку и ведет к удорожанию способа.

Целью изобретения является создание экономической безотходной ионообменной технологии получения питьевой воды из подземных маломинерализованных вод с повышенным содержанием стронция, обеспечивающей многоразовое использование сорбента (природного клиноптилолита) и регенерирующего раствора, повышение эффективности процесса, экономия реагентов.

П р и м е р 1. Подземная вода состава 10 мг/л Sr²⁺ 40 мг/л Mg²⁺ + 107 мг/л Са²⁺ подлежит очистке, фильтруется параллельно через 2 колонки с одним и тем же клиноптилолитом в Na-форме с одинаковой скоростью (7 м/ч) до проскока по стронцию на 1-й колонке, не превышающего 0,5 мг/л, на 2-й колонке 7 мг/л. Затем проводят регенерацию клиноптилолитовых загрузок в потоке 0,5 н. и 1 н. раствором NaCl. Полученные результаты приведены в табл. 1, из которой видно, что полнота (степень) регенерации клиноптилолита при одинаковых затратах регенерирующего раствора на единицу объема загрузки выше в 1,5 раза и 1,8 раза для 0,5 н. и 1,0 н. NaCl соответственно, если фильтровали раствор до проскоковой концентрации по стронцию 0,5 мг/л.

П р и м е р 2. Опыт тот же. Из табл. 1 видно, что если сорбцию проводили до С/Со 0,05, имела место более заметная зависимость степени регенерации клиноптилолита от концентрации NaCl. Так при расходе раствора NaCl 5 об/1 об н сорбента степень регенерации при увеличении концентрации NaCl в 2 раза (с 0,5 до 1,0 н.) увеличилась в 1,45 раза, при расходе 10/1 в 1,2 раза. Если же сорбцию проводили до C/Cо 0,7 (проскоковая концентрация стронция 7 мг/л), то при расходе регенерирующего раствора 5/1 степень регенерации при увеличении концентрации NaCl в 2 раза (с 0,5 до 1,0 н.) увеличивалась в 1,2 раза, при расходе 10/1 в 1,1 раза. Чем больше расход регенерирующего раствора, тем меньше эффект от увеличения концентрации раствора NaCl. Поэтому для регенерации в целях экономии реагента был выбран 0,5 н. NaCl и его расход на регенерацию 10/1. (При расходе 5 об/1 об 1 н. раствора NaCl степень регенерации клиноптилолитового фильтра несколько ниже сравнить 62% и 58% соответственно).

Если очистку исходной воды вести до концентрации стронция в фильтрате 0,5 мл/л (C/Cо 0,05) наблюдается также существенная зависимость степени регенерации фильтра от направления подачи регенерирующего раствора. Регенерация фильтра в противотоке протекает более эффективно, чем в потоке. Поэтому регенерацию в этом случае необходимо вести в противотоке (что практически не имеет значения, если стадию сорбции осуществлять до C/Co 0,7).

П р и м е р 3. Все, как описано выше, но проскок по стронцию одинаков на обеих колонках. Регенерация 0,5 н. раствором NaCl осуществляется на 1-й колонке в потоке, а на 2-й противотоке. Из результатов, приведенных в табл. 2, видно, что регенерация в противотоке эффективнее, чем в потоке на 7-8%
Для эффективности регенерации существенное значение имеет время, прошедшее между сорбцией и регенерацией.

Для проведения наиболее эффективной регенерации необходимо регенерацию осуществлять сразу же после окончания стадии сорбции.

П р и м е р 4. Все, как описано выше, в примере 2, проскок по Sr²⁺ на обеих колонках одинаков и составляет 0,5 мг/л. Регенерация на первой колонке проводится сразу после сорбции, на второй колонке через 18 ч. По полученным данным видно, что регенерация, которая проводится сразу же после окончания стадии сорбции, заметно эффективнее, чем через 18 ч.

Регенерационный раствор обрабатывается карбонатом натрия в эквивалентном соотношении 1,1 1,0 СО₃ щелочноземельные элементы (кальций + стронций). Осадок отделяется, полученный фильтрат представляет собой 0,5 н. раствор NaCl с примесью стронция и кальция. Этот раствор повторно используется для регенерации.

П р и м е р 5. К 50 мл полученного после регенерации концентрата состава 220 мг/л Sr²⁺ + 800 мг/л Са²⁺ + 0,5 н. NaCl добавляли 5%-ный раствор соды в различном эквивалентном соотношении 1 1,0, 1 1,1, 1 1,2, 1 1,5. Содержание стакана перемешивали, измеряли рН, отделяли осадок, определяли остаточное содержание стронция, кальция и СО₃''. Полученные результаты приведены в табл. 3. Как видно из табл. 3, наиболее оптимальным является соотношение : щелочноземельные элементы CО₃ 1 1,1. В этом случае после отделения щелочноземельных элементов было получено минимальное содержание ионов кальция, стронция и СО₃ в растворе.

П р и м е р 6. Колонка, содержащая 20 мл клиноптилолита, была многократно (4 раза) использована в циклах "сорбция-регенерация", причем для регенерации клиноптилолита использовали раствор после отделения щелочноземельных элементов (см. пример 5) состава 0,5 н. NaCl + 20 мг/л Sr²⁺ + 60 мг/л Са²⁺. От цикла к циклу емкость клиноптилолита по стронцию не уменьшается.

П р и м е р 7. Колонка с клиноптилолитом после стадии сорбции (см. пример 5) была отрегенерирована регенерационными растворами состава:
а) 0,5 н. NaCl + 20 мг/л Sr + 60 мг/л Са, рН 7
б) 0,5 н. NaCl + 7 мг/л Sr + 40 мг/л Са + +10 мг/л СО, рН 8,7
П р и м е р 8.

Осуществление способа.

Вода состава: 60 мг/л Na + 4 мг/л Mg + 107 мг/л Са + 10 мг/л Sr стаб. фильтруется через одну из двух колонн, заполненных клиноптилолитом в Nа-форме. Высота слоя загрузки в каждом фильтре составляет 200 см, среднее зернение загрузки 0,75 мм. Вода фильтруется со скоростью 7 м/ч. Время работы колонны составляет приблизительно 84 ч. Фильтрация исходной воды прекращается в тот момент, когда содержание стронция в очищенной воде достигнет 0,5 мг/л. После этого фильтр сразу же переключается на регенерацию. Одновременно включается 2-й фильтр на очистку. Регенерация 1-го фильтра проводится противотоком 10 объемами 0,5 н. раствора NaCl со скоростью 0,25 м/г в течение 70-75 часов. Получаемый регенерат состава: 0,45 н. Na + 200 мг/л Sr + +800 мг/л Са обрабатывают Na₂CO₃ в соотношении экв/экв: СО₃ΣSr + Ca 1,1 1,0. Получающийся осадок карбонатов стронция и кальция отделяют от раствора. Оставшийся раствор NaCl с примесями ионов кальция и стронция (10-15 мг/л) повторно используется в следующем цикле регенерации.

Предлагаемый способ очистки питьевой воды позволяет организовать непрерывное получение питьевой воды, соответствующей по качеству ГОСТу 2874-82 "Вода питьевая" как в централизованном, так и децентрализованном варианте, используя как основу описанный выше модуль: в зависимости от числа модулей можно изменять производительность установки.

Предлагаемое техническое решение предполагает полную утилизацию отходов, так как получаемые после осаждения карбонаты кальция и стронция могут быть использованы в резиновой промышленности.

Многократное использование регенерационного раствора после отделения осадка, проведения процесса в режимах, обеспечивающих максимально высокую для выбранных условий регенерацию клиноптилолитовой загрузки фильтра, делает предлагаемый способ экономичным.

Получаемая после очистки вода с концентрацией стронция 0,2-0,5 мг/л может быть использована для разбавления воды с повышенным содержанием стронция, что тем самым сократит расходы на оборудование.

Очистку питьевой воды ведут путем фильтрации ее через колонки с природным сорбентом - клиноптилолитом. Процесс ведут на установке, состоящей из n-модулей, каждый из которых включает два фильтра, попеременно работающих в режимах сорбции и регенерации, и три емкости для сбора очищенной воды, регенерата и приготовления регенерирующего раствора. Сорбцию ведут до проскока по стронцию 0,2 - 0,5 мг/л, а регенерацию - противотоком непосредственно после завершения стадии сорбции 8 - 10 колоночными объемами 0,5 н раствора хлористого натрия, из регенерата выделяют соли стронция и кальция осаждением, а раствор после удаления осадка направляют на стадию регенерации. Сорбцию ведут со скоростью фильтрации 7 - 8 м/ч, через слой клиноптилолита не менее 2 м. Используют клиноптилолит с усредненным размером зерна 0,75 мм. 1 з.п.ф-лы, 3 табл.

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ОТ СТРОНЦИЯ, включающий ее фильтрацию через фильтр с загрузкой из клиноптилолита в Na-форме и сбор профильтрованной воды в емкость, отличающийся тем, что, с целью обеспечения непрерывности и безотходности процесса и экономии реагентов, фильтрацию ведут до проскока стронция 0,2 0,5 мг/л, непосредственно после этого проводят регенерацию фильтра путем подачи противотоком 8 10 объемов регенерирующего раствора 0,5 н. хлористого натрия, регенерат собирают в отдельную емкость, в которой затем осаждают соли стронция и кальция и после отделения осадка раствор используют для приготовления регенерирующего раствора, при этом процесс ведут по меньшей мере на одном модуле, содержащем два фильтра, попеременно работающих в режиме фильтрация регенерация. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фильтрацию ведут со скоростью 7
8 м/ч через слой загрузки не менее 2 м при среднем размере зерна клиноптилолита 0,75 мм.