Mogućnost primene sintetičkog zeolita CR-100 (Crystal-Right™) za adsorpciju amonijaka iz podzemnih voda Banatskog akvifera

Abstract

Uklanjanje amonijaka iz podzemnih voda u cilju dobijanja pijaće vode predstavlja značajan problem, koji se do sada rešavao primenom različitih postupaka. Poznato je da zeoliti kao prirodni jonoizmenjivači i adsorbenti kvalitetno vezuju amonijum jone u svoju alumosilikatnu matricu. Njihova efektivnost, u različitim tehnološkim procesima, zavisi od fizičko-hemijskih osobina, koje su usko povezane sa njihovim geološkim nalazištima, kada se govori o prirodnim zeolitima. Pored prirodnih zeolita u praksi se koriste i sintetički zeoliti dobijeni raznim postupcima. Danas, je komercijalna primena sintetičkih zeolita rasprostranjenija u odnosu na primenu prirodnih, zbog čistoće kristalnih proizvoda i uniformne veličina čestica. Crystal-Right™ (CR-100) je zeolit koji spada u grupu najizdržljivijih proizvedenih minerala. Ovaj zeolit podiže pH vrednost tretiranih voda, dok istvremeno smanjuje tvrdoću i uklanjanja gvožđe i mangan. Ovo podešavanje pH i uklanjanje nepoželjnih mineralnih materija postiže se izvrsnim osobinama ovog zeolita u pogledu filtriranja, ali i ispiranja nakon primene. Maksimalna količina adsorbovanog amonijaka iznosi 2,31 mg (98%) i 2 mg (87%), iz model rastvora i uzorka podzemne, bunarske vode, redno. Prisustvo drugih komponenti u bunarskoj vodi uzrokuje promene u količini adsorbovanog amonijaka na zeolitu. Najbolje uklanjanje postignuto je za jone kalijuma već sa najmanjim masama upotrebljenog zeolita. Nasuprot tome, joni kalcijuma i magnezijuma se pri nižim vrednostima doziranja zeolita slabije uklanjaju iz bunarske vode, dok sa porastom doziranja raste i efikasnost uklanjanja na svim posmatranim temperaturama. Izbor adsorpcione izoterme je pokazao da najbolje rezultate daje Freundlich-ova adsorpcione izoterme, a rezultati aproksimacije ukazuju na fizičku adsorpciju na heterogenoj površini. Negativne vrednosti entropije aktivacije upućuju na zaključak da se radi o asocijativnoj adsorpciji amonijaka na površinu zeolita, odnosno da postoji interakcija između adsorbovanih molekula. Vrednosti entalpije aktivacije od 15,096 kJ/mol i 28,978 kJ/mol, za model rastvor i realan sistem, redno, upućuju da se radi o endotermnom procesu, što i potvrđuju podaci o ravnotežnim koncentracijama na različitim temperaturama. Tokom eksperimenata izvedenih sa poluindustrijskom kolonom ispunjenom zeolitom Crystal Right™ (tip CR-100) potvrđena je efikasnost u uklanjanju zeolita iz bunarske vode. Između ispitanih modela za određivanje kinetike u kolonskom uređaju najboljim se pokazao model Yoon-Nelson-a. Koeficijent linearne korelacije za model Yoon-Nelson-a iznosi - 0,975, dok je koeficijent determinacije imao vrednosti 0,950. Iako je model razvijen jednokomponentne sisteme pokazao se kao zadovoljovajući iako se radi o realnom sistemu podzemne bunarske vode koja sadrži brojne rastvorene supstance, katjone zemnoalkalnih i alkalnih metala, huminske kiseline, anjone itd. Može se primetiti da je postignuto zadovoljavaće slaganje eksperimentalnih podataka o vremenu probaja sloja (50%) sa Yoon-Nelson-ovim modelom, eksperimentalno određeno vreme proboja sloja iznosi oko 59 časova, dok je modelom dobijeno vreme 62 časa. Konstanta brzine Yoon-Nelson-ovog modela iznosi 0,051 1/h.

Removing ammonia from groundwater to obtain drinking water is an important issue, which is so far solved using different methods. It is known that zeolites as natural ion exchangers and adsorbents that bind ammonium ions in its aluminosilicate matrix. Their effectiveness in various technological processes depends on the physical and chemical properties, which are closely related to their geological sites, when it comes to natural zeolites. In addition to the natural zeolites in practice synthetic zeolites are used. Today, the commercial application of synthetic zeolites is widespread in relation to the use of natural, due to the purity of crystal products and uniform particle size. Crystal-Right ™ (CR-100) is a zeolite among the most durable minerals produced. This zeolite raises the pH of the treated water, while the same time it reduces the hardness and remove iron and manganese. This pH adjustment and removal of undesirable mineral substances is achieved by the excellent characteristics of the zeolite in terms of filtering, and rinsing after application. The maximum amount of adsorbed ammonia at 2.31 mg (98%) and 2 mg (87%), from the model solution and the sample of groundwater, well water, respectively. The presence of other components in the well water causes changes in the amount of ammonia adsorbed on zeolite. Selection of adsorption isotherms showed that the best results are achieved by Freundlich's adsorption isotherm, and the results indicate physical adsorption on heterogeneous surfaces. Negative values of entropy of activation lead to the conclusion that it is associative adsorption of ammonia on the surface of the zeolite, or that there is an interaction between the adsorbed molecules. The values of enthalpy of activation of 15,096 kJ / mol and 28,978 kJ / mol, for the model solution and real system, respectively, indicating that it is an endothermic process, which is confirmed by data on the equilibrium concentrations at different temperatures. Experiments conducted with the pilot plant column filled with zeolite Crystal Right ™ (type CR-100) confirmed the effectiveness in removing zeolite from well water. Among the surveyed models to determine the kinetics of the column device Yoon-Nelson's model has proven to be the best. The linear correlation coefficient for the model Yoon-Nelson's is - 0.975, and the value of the coefficient of determination was 0.950. Although the model developed for one-component systems it is proved to be satisfactory for ground water ammonia adsorption. The agreement between experimental data on the breakthrough point at 50% concentration (59 hours) with Yoon-Nelson's model, is good (62 hours). Constant of Yoon-Nelson's model is 0.051 1 / h.