Аміак – легко розчинний у воді газ із хімічною формулою NH3. Аміак – продукт розпаду азотовмісних органічних сполук. Аміак може бути у воді у двох рівноважних формах гідроксиду амонію (NH4OH) та іону амонію (NH4+). Підвищені концентрації форм аміаку в підземній воді пояснюються природним забрудненням продуктами біологічного розкладання азотовмісних сполук або контактом з поверхневими водами, забрудненими сільськогосподарськими або тваринницькими відходами та каналізаційними стоками.
Аміак і амоній – домішки, що важко видаляються з води. Амоній видаляється в процесі деіонізації катіонообмінної смолою у водневій формі, що регенерується розчином кислоти. Для побутового застосування цей метод не адаптовано. У побутових системах водопостачання вміст амонію у воді можна ефективно і дуже економічно зменшити за допомогою іонного обміну із застосуванням цеоліту, що регенерується розчином кухонної солі (NaCl). Застосовуючи синтетичні або природні цеоліти на основі алюмосилікату натрію, вміст амонію можна зменшити з 20 мг/л до 1 мг/л при лінійній швидкості обробки до 10 м/год. Місткість природних цеолітів по амонію становить приблизно 25% від ємності синтетичного цеоліту.
Такі стандартні методи, як зворотний осмос і вугільна сорбція, не ефективні щодо видалення аміаку з води. Синтетичні та природні цеоліти – найкращий приклад іонообмінних матеріалів, здатних видаляти амоній. Синтетичні цеоліти Crystal-Right CR-100 та CR-200 – експерти у видаленні амонію на основі «іонного обміну» та повноцінно відновлюють свою ємність регенерацією водним розчином хлориду натрію (NaCl) з додаванням гіпохлориту натрію (NaOCl). Кількість NaOCl визначається вихідною кількістю аміаку у воді та інформацією, одержаною в процесі пілотних випробувань. Місткість по амонію синтетичного цеоліту становить близько 1 грама на 1 літр цеоліту.
Регенерація Crystal-Right може супроводжуватися випаровуванням великої кількості газоподібного аміаку. Один із варіантів попередження накопичення парів і газів у закритому просторі – відмова від розміщення гідравлічного розриву дренажної лінії фільтра в просторі приміщення.
Якщо вода містить аміак у складі хлорамінів (результат попереднього хлорування води, що містить аміак) застосовується попередня вугільна фільтрація для руйнування зв’язку аміаку та хлору. Для руйнування хлорамінів застосовують активоване вугілля із посиленими каталітичними властивостями. Хлор поглинається вугіллям, аміак вугіллям мало поглинається. Попередня вугільна фільтрація не потрібна для нехлорованої води, що містить аміак. Процес вугільної сорбції необхідний лише для видалення хлору з хлор-амінового зв’язку.
Класичне катіонування в натрієвій формі може бути застосоване тільки для аміаку в іонній формі амонію. Для цього рН води має підтримуватись на рівні не більше 7,2. Потрібно розуміти, що цеоліт у воді з високою жорсткістю буде мати знижену ємність через одночасну спорідненость іонів кальцію, магнію та амонію.
Двоступінчасте катіонування.
У разі підвищеної жорсткості води, що містить амоній, кращий варінт – двоступінчасте катіонування. На першому ступені – зниження жорсткості, на другому – видалення амонію.
Амоній-селективні цеоліти.
Селективність Crystal-Right обумовлена наявністю у структурі різних функціональних центрів іонного обміну – одновалентного іонного обміну та багатовалентного іонного обміну. Центри одновалентного іонного обміну не займають іони кальцію, магнію, заліза і марганцю, які мають більшу валентність. Незважаючи на те, що іон натрію одновалентний, він здатний через ефект дії маси заміщати як одновалентні, так і багатовалентні іони при регенерації цеоліта. Гідрохлорит натрію, що додається в регенеруючий розчин, гідролізується відповідно до наступного рівняння:
NaOCl + H2O = HOCl– + Na+ + OH–
Завдання гіпохлориту у складі регенеруючого розчину – створити джерело іонів водню для стабілізації іонної форми аміаку NH4+.
Це важливо особливо при одночасному пом’якшенні, оскільки цеоліт підвищує рН води із слабокислою реакцією. Також, оскільки цеоліт регенерується іонами натрію Na+, іони водню H+ також будуть витіснятися.
Якщо для регенерації та ефективного заміщення водню вже достатньо лише іонів натрію навіщо додатково використовувати регенераційний розчин з гіпохлоритом натрію як джерело водню?
Аміак NH3 у воді в залежності від рН знаходиться в рівноважному стані двох форм:
NH3 + H2O = NH4+ + OH–
NH3 + H+ = NH4+
Ця рівноважна нестабільність амонію (присутність як аміаку) здатна придушувати регенерацію одновалентного центру обміну іоном натрію. Однак, присутність іону водню Н+ поруч із локальним центром обміну в момент регенерації дозволяє стабілізувати іонну форму NH4+ та обміняти її на іон натрію. Іон водню також конкурує за посадкове місце. Однак, у процесі регенерації іони натрію витісняє іони амонію і водню H+ за рахунок ефекту дії маси.
Видалення хлорамінів із води.
Обробка комунальної води, що містить аміак, хлоруванням, призводить до утворення в обробленій воді хлорамінів. Іноді як дезінфікуючий засіб використовують не гіпохлорит натрію, а монохлорамін. Видалення хлорамінів із води у побутовій водопідготовці здійснюється у два етапи. Перший ступінь – вугільний фільтр для руйнування хлор-амінового зв’язку та видалення хлору, другий ступінь – іонообмінна система на основі цеоліту Crystal-Right для видалення амонію. При необхідності повністю видалити амоній з води регенерація Crystal-Right має здійснюватися задовго до виснаження робочої ємності по кальцію та магнію.
