Laboratory study of ammonium ion removal by using zeolite (clinoptilolite) to treat drinking water

Abstract

Experimental investigation of ammonium ion removal from drinking water were carried out using natural zeolite (clinoptilolite) fractions of 0.3–0.6 mm and 0.6–1.5 mm. Before using natural zeolite was washed and dried in an oven at a temperature of about 105 °C. Solutions with different ion power (solution 1 – supplied tap water and NH₄Cl, solution 2 – distillate water and NH₄Cl; initial concentration of ammonium ions of 2 mg/l) were filtrated through an experimental filter column packed with 70 mm and 210 mm of zeolite media for comparison purposes. Comparing the results for different natural zeolite fractions it was determined that the removal is more efficient using a finer fraction. After filtering 30 l of solution 1 through the laboratory‐ scaled filter column packed with 70 mm height of 0.3–0.6 mm particle size zeolite media and 0.6–1.5 mm particle size, the efficiency fluctuated from 89% to 70% (finer particles) and from 94% to 54% (coarser particles). Comparing the efficiency of ammonium ion removal from solutions with different ion power (solution 1 and solution 2), it was noticed that concentration reached the limit of 0.5 mg/l in the 12^th l of solution 1, whereas it was fifty times lower in the 12^th l of solution 2. After filtering 10 l of filtrate through the filter media with the height of 210 mm using coarse particles, the efficiency of ammonium ion removal reached 84%.

Amonio jonų šalinimo iš ruošiamo geriamojo vandens, naudojant ceolitą (klinoptilolitą),
laboratoriniai tyrimai

Santrauka. Eksperimentiniai NH₄ ⁺ šalinimo laboratorijos sąlygomis iš ruošiamo geriamojo vandens tyrimai buvo atlikti naudojant gamtinio ceolito (klinoptilolito) 0,3–0,6 mm ir 0,6–1,5 mm stambumo frakcijas. Prieš naudojant gamtinis ceolitas buvo išplautas ir išdžiovintas krosnyje apie 105 °C temperatūroje. Pro eksperimentinio filtro ceolito užpildus (užpildo aukštis pirmuoju atveju buvo 70 mm, antruoju – 210 mm) 5 m/h greičiu praleisti skirtingos joninės jėgos tirpalai (iš vandentiekio vandens bei NH₄Cl (I) ir iš distiliuoto vandens bei NH₄Cl (II) pasigaminti tirpalai, kuriuose pradinD amonio jonu koncentracija buvo 2,0 mg/l). Lyginant dviejų skirtingų gamtinio ceolito frakcijų eksperimento rezultatus nustatyta, kad smulkesnė frakcija efektyviau iš tirpalų šalina NH₄ ⁺. Prafiltravus po 30 litru pirmojo tirpalo pro dvi 70 mm aukščio skirtingo ceolito grūdelių stambumo frakcijas, amonio jonų šalinimo iš tirpalo efektyvumas kito atitinkamai nuo 89 % iki 70 % (esant smulkesnei frakcijai) ir nuo 94 % iki 54 % (kai frakcija stambesnė). Lyginant amonio jonų šalinimo iš skirtingos joninės jėgos tirpalų efektyvumą pastebėta, kad 0,5 mg/l amonio jonu koncentracija pirmojo tirpalo filtrate pasiekta jau dvyliktajame filtrato litre, o antrojo (II) tirpalo filtrato dvyliktajame litre ji buvo 50 kartu mažesnė. Prafiltravus pro regeneruotą 210 mm aukščio 0,6–1,5 mm stambumo ceolito grūdelių užpildą 10 litru pirmojo tirpalo, amonio jonų šalinimo iš tirpalo efektyvumas siekė 84 %.

Reikšminiai žodžiai: amonio šalinimas, geriamasis vanduo, filtro užpildas, vandens ruošimas, ceolitas.

Экспериментальные исследования очистки питьевой воды от ионов аммония, используя цеолит (клиноптилолит), в лабораторных условиях

Резюме. Экспериментальные исследования очистки питьевой воды от ионов аммония проводились в лабораторных условиях, используя природный цеолит (клиноптилолит) с содержанием фракции 0,3–0,6 мм и 0,6–1,5 мм. Перед использованием природный цеолит был промыт и высушен в печи при температуре 105 0C. Растворы различного ионного заряда (1-й раствор из водопроводной воды и NH4Cl и 2-й раствор из дистиллированной воды и NH4Cl, в которых первичная концентрация ионов аммония была 2,0 мг/л) были пропущены через цеолитовую загрузку экспериментального фильтра со скоростью 5 м/ч (высота загрузки в первом случае составляла 70 мм, во втором – 210 мм). При сравнении результатов эксперимента с двумя различными фракциями природного цеолита обнаружено, что мелкозернистая фракция эффективнее очищает растворы от NH4+. После фильтрования 30 л первичного раствора обеими фракциями различной зернистости цеолита эффективность очистки раствора от ионов аммония достигала соответственно от 70% до 89% (мелкозернистой фракции) и от 54% до 94% (крупнозернистой фракции). При сравнении результатов удаления ионов аммония из 1-го и 2-го растворов с разными ионными зарядами в 12-м литре 1-го раствора была обнаружена концентрация ионов аммония в 0,5 мг/л, что в 50 раз меньше, чем в 12-м литре профильтрованного 2-го раствора. После того, как было профильтровано 10 л первого раствора через регенерированную цеолитовую загрузку высотой в 210 мм (фракция 0,6–1,5 мм), эффект очистки раствора от ионов аммония достигал 84 %.

Ключевые слова: удаление аммония, питьевая вода, загрузка фильтра, водоподготовка, цеолит.

First Published Online: 14 Oct 2010

Keyword : ammonium removal, drinking water, filter media, water treatment, zeolite