Usuwanie naturalnych związków organicznych z wody na makroporowatych polistyrenowych żywicach anionowymiennych

• Autorzy: Urbanowska A. , Kabsch-Korbutowicz M.

Warianty tytułu

EN

Separation of natural organic matter from water using macroporous polystyrene anion-exchange resins

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Usuwanie związków organicznych, naturalnie występujących w wodach powierzchniowych ujmowanych do celów komunalnych, jest krytycznym aspektem oczyszczania wody, ponieważ związki te są prekursorami szkodliwych ubocznych produktów dezynfekcji i z tego względu należy je usuwać z wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Jedną z metod usuwania związków organicznych z wody jest proces wymiany jonowej na syntetycznych żywicach jonowymiennych, ponieważ znaczna część tych związków ma charakter makroanionów. Dodatkowo, frakcja związków organicznych pozbawiona ładunku elektrycznego może zostać usunięta z wody w wyniku ich adsorpcji na jonitach. W przeprowadzonych badaniach dokonano oceny wpływu warunków prowadzenia procesu wymiany jonowej na skuteczność usuwania naturalnych związków organicznych z roztworów wodnych. Uwzględniono właściwości fizyczno-chemiczne oczyszczanej wody, właściwości stosowanej żywicy oraz jej dawkę i czas kontaktu zanieczyszczeń z żywicą. W testach przeprowadzonych w układzie porcjowym wykorzystano dwie makroporowate polistyrenowe żywice jonowymienne – słabo zasadową A100 (Purolite) oraz silnie zasadową BD400FD (Suzhou Bojie Resin Technology). Wykazano, że makroporowate żywice anionowymienne mogą z powodzeniem eliminować naturalne związki organiczne z wody. Wzrost dawki każdej z żywic oraz czasu kontaktu makrocząsteczek organicznych z żywicą skutkowały polepszeniem jakości oczyszczanej wody (barwa, absorbancja w UV, RWO), natomiast wzrost pH powodował nieznaczne zmniejszenie skuteczności procesu. Również wzrost temperatury badanych roztworów wodnych powodował poprawę skuteczności procesu wymiany jonowej.

EN

Removal of natural organic matter (NOM) from surface waters is a critical aspect of potable water treatment as NOM compounds are precursors of harmful disinfection by-products and as such should be removed from water intended for human consumption. Ion exchange on synthetic ion-exchange resins is one of the NOM removal methods as a substantial fraction of these compounds forms macroanions. Moreover, the uncharged fraction of organic compounds can be removed from water by physical adsorption on resin particles. The study was conducted to evaluate the impact of ion exchange conditions on the efficacy of NOM removal from water solutions. The physico-chemical properties of the water treated, the resin properties, its dose and the contact time between the resin and contaminants were taken into consideration. Two macroporous polystyrene ion exchange resins were used for testing in the batch mode: weakly alkaline A100 (Purolite) and strongly alkaline BD400FD (Suzhou Bojie Resin Technology). It was demonstrated that anion exchange resins could successfully remove NOM from water. It was observed that increase in the resin dosage and contact time between resin particles and water resulted in improved quality of treated water (color, UV absorbance, DOC), while increase in the pH resulted in a slight decrease of the process efficacy. In addition, the process efficacy was enhanced by the increase in temperature of the tested solutions.

Słowa kluczowe

PL

woda powierzchniowa; związki organiczne; wymiana jonowa; anionit makroporowaty; czas kontaktu; dawka żywicy; pH; barwa; absorbancja w UV; RWO

EN

surface water; natural organic matter (NOM); ion exchange; macroporous anionit; contact time; resin dose; pH; color; UV absorbance; DOC

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 39, nr 3
• Strony: 55--60
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Urbanowska A.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Katedra Technologii Oczyszczania Wody i Ścieków, Wybrzeże Stanisława Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

autor

Kabsch-Korbutowicz M.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Katedra Technologii Oczyszczania Wody i Ścieków, Wybrzeże Stanisława Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

Bibliografia

• 1. M. HAVELCOVÁ, J. MIZERA, I. SÝKOROVÁ, M. PEKAŘ: Sorption of metal ions on lignite and the derived humic substances. Journal of Hazardous Materials 2009, Vol. 161, No. 1, pp. 559–564.
• 2. A. MATILAINEN, M. VEPSÄLÄINEN, M. SILLANPÄÄ: Natural organic matter removal by coagulation during drinking water treatment: A review. Advances in Colloid and Interface Science 2010, Vol. 159, No. 2, pp. 189–197.
• 3. A. MATILAINEN, E. T. GJESSING, T. LAHTINEN, L. HED, A. BHATNAGAR, M. SILLANPÄÄ: An overview of the methods used in the characterisation of natural organic matter (NOM) in relation to drinking water treatment. Chemosphere 2011, Vol. 83, No. 11, pp. 1431–1442.
• 4. J. A. LEENHEER, J.-P. CROUÉ: Characterizing aquatic dissolved organic matter. Environmental Science and Technology 2003, Vol. 37, No. 1, pp. 18A–26A.
• 5. A. M. SILLANPÄÄ: Natural Organic Matter in Water: Characterization and Treatment Methods. Butterworth-Heinemann, London 2014.
• 6. A. GREFTE, M. DIGNUM, E. R. CORNELISSEN, L. C. RIETVELD: Natural organic matter removal by ion exchange at different positions in the drinking water treatment lane. Drinking Water Engineering and Science 2013, Vol. 6, No. 1, pp. 1–10.
• 7. H. HUMBERT, H. GALLARD, H. SUTY, J.-P. CROUÉ Natural organic matter (NOM) and pesticides removal using a combination of ion exchange resin and powdered activated carbon (PAC). Water Research 2008, Vol. 42, No. 6–7, pp. 1635–1643.
• 8. A. TUBIĆ, J. AGBABA, B. DALMACIJA, J. MOLNAR, S. MALETIĆ, M. WATSON, S.U. PEROVIĆ: Insight into changes during coagulation in NOM reactivity for trihalomethanes and haloacetic acids formation. Journal of Environmental Management 2013, Vol. 118, pp.153–160.
• 9. T. BOND, M. R. TEMPLETON, O. RIFAI, H. ALI, N. J. D. GRAHAM: Chlorinated and nitrogenous disinfection by product formation from ozonation and post-chlorination of natural organic matter surrogates. Chemosphere 2014, Vol. 111, pp. 218–224.
• 10. J.-Q. JIANG, H.-Y. WANG: Comparative coagulant demand of polyferric chloride and ferric chloride for the removal of humic acid. Journal Separation Science and Technology 2009, Vol. 44, No. 2, pp. 386–397.
• 11. B. BOLTO, D. DIXON, R. ELDRIDGE, S. KING, K. LINGE: Removal of natural organic matter by ion exchange. Water Research 2002, Vol. 36, No. 20, pp. 5057–5065.
• 12. B. BOLTO, D. DIXON, R. ELDRIDGE, S. KING: Removal of THM precursors by coagulation or ion exchange. Water Research 2002, Vol. 36, No. 20, pp. 5066–5073.
• 13. M. KABSCH-KORBUTOWICZ: Zastosowanie procesu wymiany jonowej do usuwania naturalnych substancji organicznych z wody (Application of ion exchange to natural organic matter removal from water). Ochrona Środowiska 2013, vol. 35, nr 1, ss. 11–18.
• 14. T. H. BOYER, P. C. SINGER, G. R. AIKEN: Removal of dissolved organic matter by anion exchange: Effect of dissolved organic matter properties. Environmental Science and Technology 2008, Vol. 42, No. 19, pp. 7431–7437.
• 15. M. GOTTLIEB: The reversible removal of naturally occurring organics using resins regenerated with sodium chloride. Ultrapure Water 1996, Vol. 11, pp. 53–58.
• 16. A. A. ZAGORODNI: Ion Exchange Materials: Properties and Applications. Elsevier, Oxford-Amsterdam 2007.
• 17. Y. TAN, J. E. KILDUFF: Factors affecting selectivity during dissolved organic matter removal by anion-exchange resins. Water Research 2007, Vol. 41, No. 18, pp. 4211–4221.
• 18. H. HUMBERT, H. GALLARD, H. SUTY, J.-P. CROUÉ: Performance of selected anion exchange resins for the treatment of high DOC content surface water. Water Research 2005, Vol. 39, No. 9, pp. 1699–1708.
• 19. Purolite® A100 product data sheet (http://www.lenntech.com/ Data-sheets/Purolite-A100-L.pdf).
• 20. BD400FD anion exchange resin data sheet.
• 21. E. R. CORNELISSEN, N. MOREAU, W. G. SIEGERS, A. J. ABRAHAMSE, L. C. RIETVELD, A. GREFTE, M. DIGNUM, G. AMY, L. P. WESSELS: Selection of anionic exchange resins for removal of natural organic matter (NOM) fractions. Water Research 2008, Vol. 42, No. 1–2, pp. 413–423.
• 22. A. URBANOWSKA, M. KABSCH-KORBUTOWICZ: The properties of NOM particles removed from water in ultrafiltration, ion exchange and integrated processes. Desalination and Water Treatment 2016, Vol. 57, pp. 13453–13461.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).