Спосіб очистки води від нітратів

1. Спосіб очистки води від нітратів, що включає фільтрування води через нанофільтраційну мембрану, який відрізняється тим, що процес здійснюють у присутності 3 полігексаметиленгуанідину в кількості 5-100мг/дм . 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що процес здійснюють при рН середовища 4,0-9,0. Винахід належить до галузі обробки води, зокрема до обробки води баромембранними методами (нанофільтрацією), і може бути використаний для очистки природної води від нітратів. Відомий баромембранний нанофільтраційний спосіб очистки води від нітратів [Santafe-Moros A., Gozalvez-Zafrilla J.M., Lora-Garcia J. Performance of commercial nanofiltration membranes in the removal of nitrate ions. Desalination. 2005. 185, pp.281-287.] [1]. Спосіб [1] реалізується на пілотній установці замкненого циклу, що працює в посерійному режимі. Модуль обладнаний чотирма нанофільтраційними мембранами, площа 2 фільтруючої поверхні кожної з яких складає 30см ; використовували, зокрема, мембрану NF270 з -6 проникністю 25,810 м/(сМПа). Очистці піддавали модельні розчини з концентрацією нітратів 100 і 3 275мг/дм . Встановлено, що коефіцієнт затримки нітратів при використанні даної мембрани не перевищує 60 % навіть при створенні значного тиску (1,6МПа). Крім того, відзначено зменшення коефіцієнта затримання нітратів при переході до реальних природних вод і при збільшенні концентрації нітратів у вихідному розчині. Таким чином, основним недоліком способу [1] є недостатньо високий коефіцієнт затримання нітратів. Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб видалення нітратів з питних вод за допомогою нанофільтрації [F. Garcia, D. Ciceron, A. Saboni, S. Alexandrova. Nitrate ions elimination from drinking water by nanofiltration: Membrane choice. Separation and Purification Technology. 2006. 52, pp.196-200.] [2]. Спосіб [2] реалізується наступним чином. Процес очистки води від нітратів здійснювали фільтруванням водних розчинів з концентрацією 3 нітратів 20-300мг/дм із значенням рН=5. Використовували нанофільтраційну поліамідну мембрану ОПМН-П виробництва фірми "Владипор", Росія. Фільтрування проводили у "тупиковому" режимі з 2 розміром ефективної поверхні мембрани 86см при трансмембранному тиску від 1,0 до 2,5МПа та при температурі 20 °C. Концентрацію нітратів ви (19) UA (11) 97018 (13) C2 (21) a201005486 (22) 05.05.2010 (24) 26.12.2011 (46) 26.12.2011, Бюл.№ 24, 2011 р. (72) ІЄВЛЄВА ОЛЬГА СЕРГІЇВНА, ГОНЧАРУК ВЛАДИСЛАВ ВОЛОДИМИРОВИЧ, БАДЕХА ВАСИЛЬ ПАВЛОВИЧ (73) ІНСТИТУТ КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ТА ХІМІЇ ВОДИ ІМ. А.В.ДУМАНСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) F.Garcia, D.Ciceron, A.Saboni, S.Alexfndrova "Nitrate sons elimination from drinking water by nanofiltration: Membrane choice", 25.07.2005, стор. 196200 A.Santafe-Moros, J.M.Gozalvez-Zafrilla, J.LoraGarcia "Performance of commercial nanofiltration membranes in the removal of nitrate ions", 20.01.2005, стор. 281-287 3 значали за допомогою капілярного іонного аналізатора. В інтервалі концентрацій, наприклад, 3 100-200мг/дм , досягався коефіцієнт затримки нітратів на рівні 55-47 %. Таким чином, основним недоліком відомого способу [2] є недостатньо високий показник процесу очистки води від нітратів - коефіцієнт затримання нітратів, особливо при збільшенні їх кількості у вихідній воді. В основу винаходу поставлена задача вдосконалити спосіб нанофільтраційної очистки води від нітратів шляхом додавання до вихідного розчину катіонної ПАР, що забезпечило б суттєве збільшення коефіцієнта затримки нітратів, що особливо важливо при очищенні води з підвищеними концентраціями нітратів. Поставлена задача вирішується способом очистки води від нітратів, що включає фільтрування води через нанофільтраційну мембрану, у якому, згідно з винаходом, фільтрування здійснюють на нанофільтраційній мембрані ОПМН-П у присутності КПАР полігексаметиленгуанідину (ПГМГ) при 3 концентрації ПГМГ 5-100мг/дм ; при цьому процес здійснюють при рН середовища 4,0-9,0. Нами вперше запропоноване застосування ПГМГ для покращення очистки води від нітратів нанофільтрацією. Введенням катіонної ПАР ПГМГ 3 у концентрації 5-100 мг/дм забезпечуються умови для ефективного видалення нітратів у діапазоні рН 4,0-9,0, як ми вважаємо, за рахунок утворення асоціативних сполук ПГМГ-NO3 , що затримуються мембраною. Це дозволяє очищувати води до рівня 3 ГДК, яка складає для нітратів 45мг/дм [ГОСТ 2874-82. Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством.] [3], і нижче, навіть при підвищеній вихідній концентрації нітратів (на3 приклад, 100-200мг/дм ). Таким чином, сукупність суттєвих ознак способу очистки води від нітратів, що заявляється, є необхідною та достатньою для досягнення забезпечуваного винаходом технічного результату підвищення до 70-85 % коефіцієнта затримки нітратів при досить високій концентрації нітратів у 3 очищуваній воді (100-200мг/дм ). Спосіб реалізується таким чином. Для процесу очистки нітратовмісної води використовували нанофільтраційну мембрану ОПМН-П. Мембрана ОПМН-П - це полімерна поліамідна мембрана виробництва фірми "Владипор", Росія. Фільтрування проводили у "тупиковому" режимі з використанням комірки з робочою 2 поверхнею 28,3см при тиску 1МПа. Тиск створювали шляхом подачі стисненого азоту. При "тупиковому" фільтруванні відбувається продавлення очищуваної води у комірці через мембрану зверху вниз. Готували модельні розчини з концентрацією 3 нітратів 100-200 мг/дм , для цього використовували сіль нітрату калію KNО3 [http://rn.wikipedia.org/wiki/%D0 %95252] [4]. В одержаний модельний розчин вводили розчин полігексаметиленгуанідину (ПГМГ) в кількості, що 3 забезпечувала концентрацію ПГМГ 5-100 мг/дм , створювали рН середовища 4,0-9,0. Застосовува 97018 4 ли хлорид ПГМГ виробництва заводу хімреактивів, м.Шостка [http://www.shzhr.com.ua/katalog_produkcii/medical/]. [5]. Одержаний розчин фільтрували через мембрану ОПМН-П при тиску 1МПа і відбирали проби пермеату (очищеної води). Концентрацію нітратів визначали стандартним методом з саліциловокислим натрієм [ГОСТ 18826-73. Вода питьевая. Методы определения содержания нитратов.] [6]. Коефіцієнт затримки нітратів R визначали за формулою: R=(1-Спермеату/Свих.)×100 %, де Спермеату - концентрація нітратів в пермеаті, 3 мг/дм , Свих. - концентрація нітратів у вихідній воді, 3 мг/дм . Приклад виконання за винаходом: Робочі розчини нітратів з концентрацією 3 3 10г/дм і ПГМГ з концентрацією 1г/дм готували за навіскою нітрату калію KNО3 і хлориду ПГМГ, відповідно. Для приготування модельного розчину 3 3 в мірну колбу об'ємом 100см вводили 1,0см ро3 бочого розчину нітрату калію і 2,0см робочого розчину ПГМГ, доводили до риски дистильованою водою. При цьому концентрації нітратів і ПГМГ 3 складали 100 і 20мг/дм , відповідно, показник рН дорівнював 5,5. Для процесу очистки використовували нанофільтраційну поліамідну мембрану 2 ОПМН-П з робочею площею 28,3см . Фільтрування проводили у "тупиковому" режимі. Тиск, який створювали шляхом подачі стисненого азоту, при цьому становив 1МПа. В пермеаті 3 концентрація нітратів складала 18мг/дм . При цьому коефіцієнт затримки нітратів згідно з формулою склав: R=(1-18/100)×100 %=82 % (таблиця, приклад 2). Аналогічно прикладу виконання за винаходом були проведені досліди по очистці води, яка 3 містить 100-200мг/дм нітратів, із застосуванням ПГМГ і при рН середовища, як у межах заявленого діапазону, так і поза його межами. Отримані результати представлені у таблиці (приклади 1-17). Встановлено, що при використанні ПГМГ у заявлених концентраціях та при заявлених величинах рН середовища створюються умови для ефективного видалення нітратів, що характеризується високим коефіцієнтом затримки: на рівні 70-85 % (таблиця, приклади 1-11). Використання полігексаметиленгуанідину (ПГМГ) у концентрації нижче заявленої межі, на3 приклад 2,5мг/дм , не забезпечує досягнення високого значення коефіцієнта затримки нітратів внаслідок недостатньої кількості ПГМГ для проведення ефективного процесу (таблиця, приклад 12). 3 При концентрації ПГМГ 110мг/дм , що перевищує верхню заявлену межу концентрацій, не відбувається подальше збільшення коефіцієнта затримки нітратів, тобто надлишкова концентрація є недоцільною (таблиця, приклад 13). При рН очищуваного розчину нижче того, що заявляється, наприклад 3,0, різко погіршується ефективність процесу, яка характеризується зниженням коефіцієнта затримки до 50 %, 43 % (таблиця, приклади 14, 16 відповідно). 5 97018 Проведення процесу очистки води від нітратів при позамежному збільшенні величини рН також призводить до зменшення ефективності процесу, що характеризується величиною коефіцієнта затримки нітратів 68 %, 40 % (таблиця, приклади 15, 17 відповідно). Встановлено, що оптимальними умовами для очищення води з концентрацією нітратів 1003 3 200мг/дм є концентрація ПГМГ 20-100мг/дм та рН середовища 5-8. При очистці нітратовмісної води з 3 концентрацією 100-200мг/дм запропонованим 6 способом досягається висока ефективність процесу, яка характеризується коефіцієнтом затримки нітратів на рівні 70-85 %, що в порівнянні з відомим [2] (47-55 %) збільшується на 23-30 %. Перевагою запропонованого способу є досягнення видалення нітратів до концентрації значно нижче 3 рівня ГДК (при вихідній їх концентрації 100мг/дм ), що є дуже важливим для охорони здоров'я і довкілля. Таблиця Умови очистки № п/п Вихідна концентрація 3 нітратів, мг/дм 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 100 100 100 150 150 200 200 100 100 200 200 12 13 14 15 16 17 100 100 100 100 200 200 18 19 20 100 150 200 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко Концентрація ПГМГ, мг/дм 3 За винаходом 5 20 100 50 100 70 100 20 20 100 100 Позамежні значення 2,5 110 20 20 100 100 За способом [2] Підписне рН розчину Коефіцієнт затримки, % 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 4,0 9,0 4,0 8,0 77 82 85 77 80 72 73 78 77 69 73 5,5 5,5 3,0 9,5 3,0 10,0 60 85 50 68 43 40 5,0 5,0 5,0 55 51 47 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601