RU2032626C1

RU2032626C1 - Method for purification of drinking water against strontium

Info

Publication number: RU2032626C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Никашина; Е.В. Зайцева
Original assignee: Институт геохимии и аналитической химии им.В.И.Вернадского РАН
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1995-04-10

Abstract

FIELD: purification of drinking water. SUBSTANCE: purification is carried out by filtration, column with clinophthillolyte as natural sorbent being used. Operating device has several modulus, each module has two filters and three tanks. Said filters operate alternately at sorption and regeneration regime. Mentioned above tanks are used for collecting of purified water, for collecting regenerate and for regenerating solution production. Sorption is carried out at filtration rate 7-8 m/h through layer of clinothilolyte having thickness 2 m till strontium concentration is 0.2-0.5 mg/l. Regeneration is carried out in reflux regime just after sorption, 0.5 N solution of NaCl being used. Calcium and strontium salts are removed of regenerate by precipitation, residual solution is fed for regeneration stage. EFFECT: improves efficiency of the method. 2 cl, 3 tbl

Description

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. The invention relates to ion-exchange methods for purification of low-saline solutions and can be used to obtain drinking water from underground, surface and wastewater containing excess (exceeding the MPC) amount of strontium.

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.A known method of purification of surface high-water waters from stable strontium by filtration through a layer of natural clinoptilolite Ay-dag deposits. Depending on the selected modes and turbidity of the source water, the zeolite absorbs from 15 to 75% strontium [1]
The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method of preparing drinking water by filtering it through a layer of clinoptilolite of the Kolinsky deposit in Na-form with a loading granulation of 0.3-0.6 mm. At the same time, water is purified from strontium to the accepted standard (7 mg / l) [2] For production purposes, it is proposed to use industry-produced parallel-flow sodium-cation exchange filters of the first stage.

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. The disadvantages of the methods include the one-time use of clinoptilolite loading, which necessitates its periodic replacement as it is worked out by a new load and leads to a higher cost of the method.

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. The aim of the invention is the creation of an economical waste-free ion-exchange technology for producing drinking water from underground low-saline waters with a high content of strontium, providing reusable use of the sorbent (natural clinoptilolite) and regenerating solution, increasing the efficiency of the process, saving reagents.

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.PRI me R 1. Underground water with a composition of 10 mg / l Sr ² ⁺ 40 mg / l Mg ²⁺ + 107 mg / l Ca ²⁺ to be purified, filtered in parallel through 2 columns with the same clinoptilolite in Na- form with the same speed (7 m / h) to a breakthrough in strontium on the 1st column, not exceeding 0.5 mg / l, on the 2nd column 7 mg / l. Then carry out the regeneration of clinoptilolite downloads in a stream of 0.5 N. and 1 n. NaCl solution. The results are shown in table. 1, which shows that the completeness (degree) of regeneration of clinoptilolite at the same cost of the regenerating solution per unit volume of load is 1.5 times higher and 1.8 times for 0.5 N. and 1.0 n. NaCl, respectively, if the solution was filtered to a breakthrough concentration in strontium of 0.5 mg / L.

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). PRI me R 2. The same experience. From the table. 1 shows that if sorption was carried out to C / Co 0.05, there was a more noticeable dependence of the degree of regeneration of clinoptilolite on the concentration of NaCl. So, with a NaCl solution flow rate of 5 v / 1 v / v sorbent, the degree of regeneration increased by 1.45 times with an increase in NaCl concentration from 2 times (from 0.5 to 1.0 N), and by 1.2 times at a flow rate of 10/1 . If sorption was carried out to C / Co 0.7 (pro-slip strontium concentration of 7 mg / L), then at a flow rate of the regenerating solution of 5/1, the degree of regeneration with a 2-fold increase in the concentration of NaCl (from 0.5 to 1.0 N.) increased by 1.2 times, with a flow rate of 10/1 1.1 times. The higher the flow rate of the regenerating solution, the less the effect of increasing the concentration of NaCl solution. Therefore, for regeneration in order to save the reagent, 0.5 n was selected. NaCl and its consumption for regeneration 10/1. (At a flow rate of 5 v / 1 v 1 N. NaN solution, the degree of regeneration of the clinoptilolite filter is slightly lower compared to 62% and 58%, respectively).

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). If the source water is cleaned to a strontium concentration in the filtrate of 0.5 ml / l (C / Co 0.05), a significant dependence of the degree of filter regeneration on the direction of supply of the regenerating solution is also observed. The regeneration of the filter in countercurrent flows more efficiently than in the stream. Therefore, regeneration in this case must be carried out in countercurrent flow (which practically does not matter if the sorption stage is carried out up to 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.PRI me R 3. Everything is as described above, but the slip on strontium is the same on both columns. Regeneration 0.5 N. NaCl solution is carried out on the 1st column in the stream, and on the 2nd countercurrent. From the results given in table. 2, it can be seen that regeneration in countercurrent is more efficient than in the flow by 7-8%
For the efficiency of regeneration, the time elapsed between sorption and regeneration is essential.

Для проведения наиболее эффективной регенерации необходимо регенерацию осуществлять сразу же после окончания стадии сорбции. To carry out the most efficient regeneration, regeneration must be carried out immediately after the end of the sorption stage.

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.PRI me R 4. Everything, as described above, in example 2, the slip through Sr ²⁺ on both columns is the same and is 0.5 mg / L. Regeneration in the first column is carried out immediately after sorption, in the second column after 18 hours. According to the data obtained, it is clear that the regeneration, which is carried out immediately after the end of the sorption stage, is noticeably more effective than after 18 hours.

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.The regeneration solution is treated with sodium carbonate in an equivalent ratio of 1.1 to 1.0 CO ₃ alkaline earth elements (calcium + strontium). The precipitate is separated, the obtained filtrate is 0.5 N. NaCl solution mixed with strontium and calcium. This solution is reused for regeneration.

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.PRI me R 5. To 50 ml obtained after regeneration of the concentrate composition 220 mg / l Sr ²⁺ + 800 mg / l Ca ²⁺ + 0.5 N. NaCl was added a 5% solution of soda in various equivalent ratios of 1 1.0, 1 1.1, 1 1.2, 1 1.5. The contents of the beaker were mixed, the pH was measured, the precipitate was separated, the residual content of strontium, calcium and CO _{3 was} determined. The results are shown in table. 3. As can be seen from the table. 3, the most optimal is the ratio

: alkaline earth elements CO ₃ 1 1.1. In this case, after separation of the alkaline earth elements, the minimum content of calcium, strontium and CO ₃ ions in the solution was obtained.

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.PRI me R 6. The column containing 20 ml of clinoptilolite was repeatedly (4 times) used in the sorption-regeneration cycles, and for the regeneration of clinoptilolite used a solution after separation of alkaline earth elements (see example 5) of composition 0.5 n NaCl + 20 mg / L Sr ²⁺ + 60 mg / L Ca ²⁺ . Clinoptilolite strontium capacity does not decrease from cycle to cycle.

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.PRI me R 7. The column with clinoptilolite after the sorption stage (see example 5) was regenerated with regeneration solutions of the composition:
a) 0.5 N. NaCl + 20 mg / L Sr + 60 mg / L Ca, pH 7
b) 0.5 n NaCl + 7 mg / L Sr + 40 mg / L Ca + + 10 mg / L CO, pH 8.7
PRI me R 8.

Осуществление способа. The implementation of the method.

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.Water composition: 60 mg / l Na + 4 mg / l Mg + 107 mg / l Ca + 10 mg / l Sr stub. filtered through one of two columns filled with clinoptilolite in the Na form. The height of the loading layer in each filter is 200 cm, and the average granulation of the loading is 0.75 mm. Water is filtered at a speed of 7 m / h. The operating time of the column is approximately 84 hours. The filtration of the source water stops at the moment when the strontium content in the purified water reaches 0.5 mg / L. After that, the filter immediately switches to regeneration. At the same time, the 2nd filter for cleaning is switched on. The regeneration of the 1st filter is carried out in countercurrent 10 volumes of 0.5 N. NaCl solution at a speed of 0.25 m / g for 70-75 hours. The resulting regenerate composition: 0.45 N. Na + 200 mg / L Sr + +800 mg / L Ca is treated with Na ₂ CO ₃ in the ratio eq / equiv: CO ₃ ΣSr + Ca 1.1 1.0. The resulting precipitate of strontium and calcium carbonates is separated from the solution. The remaining NaCl solution with impurities of calcium and strontium ions (10-15 mg / l) is reused in the next regeneration cycle.

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. The proposed method for purification of drinking water allows you to organize the continuous production of drinking water, corresponding to the quality of GOST 2874-82 "Drinking water" in both centralized and decentralized versions, using the module described above as the basis: depending on the number of modules, you can change the performance of the installation.

Предлагаемое техническое решение предполагает полную утилизацию отходов, так как получаемые после осаждения карбонаты кальция и стронция могут быть использованы в резиновой промышленности. The proposed technical solution involves the complete disposal of waste, as obtained after deposition of calcium carbonates and strontium can be used in the rubber industry.

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. Repeated use of the regeneration solution after separation of the precipitate, the process in modes that provide the highest possible regeneration of the clinoptilolite filter load for the selected conditions, makes the proposed method economical.

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. The water obtained after purification with a concentration of strontium of 0.2-0.5 mg / l can be used to dilute water with a high content of strontium, thereby reducing equipment costs.

Claims

1. METHOD FOR CLEANING DRINKING WATER FROM STRONTIUM, including filtering it through a filter with loading from clinoptilolite in Na-form and collecting filtered water into a container, characterized in that, in order to ensure continuity and waste-free process and to save reagents, the filtration is carried out before strontium slip 0.2 0.5 mg / l; immediately after this, the filter is regenerated by supplying countercurrent flow of 8 to 10 volumes of a 0.5N regenerating solution. Sodium chloride, the regenerate is collected in a separate container, in which strontium and calcium salts are then precipitated and, after separation of the precipitate, the solution is used to prepare a regenerating solution, while the process is conducted on at least one module containing two filters that alternately operate in the regeneration filtration mode.

2. The method according to claim 1, characterized in that the filtration is carried out at a speed of 7
8 m / h through a loading layer of at least 2 m with an average grain size of clinoptilolite 0.75 mm.