Бор. Способы удаления

Несмотря на столь малое количество бора и его неравномерное распределение в земной коре, удаление бора из воды, использующейся в питьевых и технических целях, является частой и актуальной проблемой в водоподготовке.

Описание бора и история открытия

Бор — элемент главной подгруппы третьей группы второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 5. Обозначается символом B (Borum). В свободном состоянии бор — бесцветное, серое или красное кристаллическое, либо тёмное аморфное вещество. Известно более 10 аллотропных модификаций бора, образование и взаимные переходы которых определяются температурой, при которой бор был получен.

Впервые Бор был получен в 1808 году французскими физиками Ж. Гей-Люссаком и Л. Тенаром нагреванием борного ангидрида B2O3 с металлическим калием. Через несколько месяцев бор получил Х. Дэви электролизом расплавленного B2O3. Название этого химического элемента произошло от арабского слова бурак или персидского бурах которые использовались для обозначения буры.

Борсодержащая руда

Нахождение в природе

Бура

Источником бора для подземных вод служат бороносные осадочные породы (борацит, бура, калиборит, улексит, колеманит, ашарит), породы, сложенные известково-магнезиально-железистыми силикатами и алюмосиликатами (так называемые "скарны"), соленосные отложения, а также вулканические породы и глины, содержащие бор, сорбированный из морской воды. Существенный "вклад" в появление бора в водах вносят стоки стекольного, металлургического, машиностроительного, текстильного, керамического, кожевенного производств и коммунальные сточные воды, содержащие моющие вещества. В местах разработки боросодержащих руд и внесении в почву боросодержащих удобрений наблюдается локальное загрязнение почвы и следующее из этого загрязнение грунтовых вод. Бор малотоксичен для рыб и других водных обитателей и практически не накапливается у них в организме. Как правило, бор накапливается в чешуе. Однако этот элемент способен накапливаться в растениях (особенно в овощах и фруктах) и поэтому присутствует в яблоках (245 мкг%), грушах (135 мкг%), винограде (365 мкг%), моркови (200 мкг%), орехах (мкг% — это величина, показывающая содержание вещества в микрограммах в 100 граммах продукта).

Скарн

Груши

Влияние бора на организм человека

Роль бора в человеческом организме пока недостаточно исследована, однако установлено, что ионы бора оказывают влияние на метаболизм. Бор способствует повышению усвоения кальция и повышения уровня эстрогена в крови. Так же бор участвует в метаболизме стероидных гормонов. Бор оказывает влияние на активность некоторых ферментов, повышает уровень сахара в крови и угнетает окисление адреналина.

Содержание бора в организме взрослого человека составляет около 20 мг, наибольшая концентрация отмечается в костной ткани, селезенке и щитовидной железе.

Норма бора в питании ориентировочно составляет 1 мг, максимальная суточная доза потребления — 13 мг. Недостаток бора в организме человека приводит к нарушению обмена макроэлементов и развитию различных заболеваний, таких как остеопороз, нехватка витамина D и т.п.

Избыток бора пагубно влияет на организм человека. Так как бор является иммунотоксичным элементом, он провоцирует раздражение пищеварительного тракта, нарушение процессов пищеварения, борную интоксикацию, поражающаю печень, почки, центральную нервную систему. Однако по данным исследований, проведенных в США, бор не был отнесен к числу канцерогенов, повышающих вероятность появления и развития злокачественных опухолей.

Способы удаления бора из воды

Существует множество способов удаления бора из воды:

  • осаждение и соосаждение в виде труднорастворимых соединений;
  • сорбция ионообменными смолами;
  • мембранная технология (обратный осмос).

Метод осаждения и соосаждения бора довольно трудоемок и мало применителен к среднестатистическим водам (так как рассчитан на концентрацию бора в воде не менее 1 г/л), поэтому остановимся подробней на втором и третьем методах.

Удаление бора ионобменными борселективными смолами

Фильтр с ионобменной борселективной смолой

Данный метод основан на ионном обмене и образовании комплексов свободных оснований загрузки с анионами солей бора. Таким образом, анионы солей бора задерживаются на загрузке, при этом в целом химический состав очищаемой воды по главным ионам практически не изменяется.

Ряд активности борселективной смолы можно записать следующим образом:

То есть, в первую очередь на смоле осаждаются анионы солей бора, затем в меньшей степени гидрокарбонаты, сульфаты и в последнюю очередь — хлориды.

Борселективные смолы имеют высокую химическую и механическую стойкость, хорошо регенерируются и способны работать в широком диапазоне рН. Однако у них есть и существенный минус регенерация раствором кислоты и последующее кондиционирование раствором едкого натра. Это доставляет неудобства в виде кислотно-щелочных стоков, более дорогого химически стойкого оборудования и личной безопасности во время приготовления растворов. Так же борселективные смолы имеют высокую стоимость.

Мембранная технология удаления бора

Для удаления бора из воды методом обратного осмоса используются специальные борселективные мембраны.

Соотношение ионов B(OH)3 и B(OH)4 в воде определяется показателем pH. В щелочной среде происходит переход от ионов B(OH)3 в B(OH)4. Наибольшую селективность мембраны обратноосмотических установок имеют как раз по иону B(OH)4. На графике, расположенном ниже, отображено соотношение ионов B(OH)3 и B(OH)4, а так же изменение селективности мембраны по бору в зависимости от рН воды.

Кроме этого:  Калькулятор расчета стоимости установки газа на авто

Так же эксперементально установлено, что селективность мембран обратноосмотических установок возрастает с понижением температуры.

Удаление бора при концентрациях, незначительно превышающих ПДК согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 может осуществляться на установках одноступенчатого осмоса на борселективных мембранах с предварительным повышением уровня рН до обратноосмотической установки и подкислением воды перед подачей конечному потребителю. При более высоких концентрациях рекомендуется использовать обратноосмотические установки с двумя ступенями борселективных мембран. При этом химическая коррекция до и после установки не нужна. Повышение уровня рН происходит внутри установки после первой ступени. При прохождении воды через вторую ступень уровень рН снижается до нормы.

Установка обратно осмоса

Установки двухступенчатого осмоса снижают концентрацию бора в воде на порядок и, несмотря на более высокую стоимость, является более выгодным и экономичным вариантом по сравнению с одноступенчатой установкой. Обслуживание двухступенчатого осмоса обходится в среднем 1,5 раза дешевле.

График соотношения ионов бора и изменение селективности мембраны по бору в зависимости от уровня рН.

В заключение. Таким образом, можно сделать выводы о том, что удаление бора из воды является довольно сложным и интересным процессом с точки зрения химии. При этом есть простые и надежные в исполнении варианты решения этой проблемы в виде обратноосмотических установок и борселективных смол.

Химик-технолог
ООО «Компания «СТАРТ ПЛЮС»
Янковская Ольга Анатольевна

Источник



Очистка воды от бора

Если у вас возникла задача провести очистку питьевой воды от бора, то прежде всего вы должны понять, что для решения этой задачи не существует одного какого-то фильтра, а это комплекс разнообразного оборудования — способов удаления бора из воды, перечень которого зависит от концентраций бора, других показателей воды, объемов и назначения очищенной воды.

Boracite

В зависимости от концентрации бора в воде применяется три принципиально разных метода. А также различные вариации совместного применения. Наша компания реализует все вышеперечисленные методы очистки воды от бора. Более подробно о каждой технологии и о сопутствующих сложностях по очистки воды от бора написано ниже в статье.

Бор встречается в подземных источниках. Такие осадочные породы как калиборит, углексит, бура, колеманит, борацит (на фото слева), ашарит являются бороносными и служат источником бора. В районах вулканической активности природными источниками этого химического элемента являются термальные источники. Так же стоки различных производств и коммунальных хозяйств содержат бор.

Почва загрязняется при внесении удобрений, содержащих бор, и там, где осуществляется разработка борсодержащих руд.

Достоверно то, что он токсичен для рыб в малой степени и почти не аккумулируется в их организме. При этом элемент накапливается в растениях: овощах и фруктах.

Проблема удаления бора из воды

Бор в большинстве случаев присутствует в воде в форме орто-борной кислоты (Н3ВО3), которая слабо диссоциирует в воде, это накладывает некоторые трудности при удалении бора. Процесс диссоциации орто-борной кислоты:

  • — Н3ВО3 = H + + H2BO3 — (дигидроборат-ион)
  • — H2BO3 — = H + + HBO3 2- (гидроборат-ион)

Такой процесс протекает только при значение pH среды 9-10. Для подщелачивания среды, дозируют щелочь NaOH в исходную воду в определенном соотношении. От этого параметра зависит на сколько возможно удалить бор из воды с помощью обратного осмоса, так как не диссоциировавшая кислота Н3ВО3 не задерживается на мембранах, а H2BO3 и HBO3 2- хорошо задерживаются обратноосмотическими мембранами.

Эффективные методы очистки воды от бора

  • — Осаждение и соосаждение в виде нерастворимого осадка
  • — Использование ионообменных смол селективных к бору
  • — Системы обратного осмоса

Рассмотрим подробнее каждый из методов:

  1. Использование методов осаждения бора в видеосадка актуально в слабоминерализованных водах. Применять данные методы можно в качестве предварительной грубой очистки борсодержащих растворов. Процесс трудоемкий и технологически сложный.

Недостатки метода:

  • Трудоемкий и технологически сложный процесс
  • Низкая скорость фильтрации
  • Получаемые осадки не обладают постоянным составом и малоконцентрированы по бору. Осадок нуждается в дополнительной переработке
  1. Ионообменные смолы селективные к бору отличаются от обычных ионообменных смол, тем что их сорбционная способность по бору выше в 30 раз. Бор-селективные сорбенты эффективно работают в растворах с диапазоном значений рН 6-10, в очень широком интервале концентраций бора, при температуре до 60°С. Бор-селективные иониты могут снижать концентрацию бора в водных растворах на порядок даже в тех случаях, когда концентрация других ионов достаточно высока. Определенная сложность при использовании этих ионитов вызвана тем, что регенерацию бор-селективной смолы необходимо проводить последовательно соляной/серной кислотой, так как регенерация хлоридом натрия не будет эффективна.

В статьях и книгах про ионообменные установки с борселективными смолами написано, что они успешно работают во многих странах мира, в том числе и в России. Но в нашей практике есть не приятный опыт по применению борселективных смол — связанный с периодическими не контролируемыми выбросами концентрата бора в очищенную воду. Поэтому отдельно применять ионообменные установки с борселективными смолами мы не рекомендуем. В случаях сильноминерализованных вод, воды с высоким содежанием бора (более 5 мг/л), а также для получения глубокообессоленной воды с низким содержанием бора целесообразно использовать комбинированную мембранно-ионообменную технологию.

  1. Обратноосмотические технологии эффективный способ для удаления бора из воды. В настоящее время существует большой выбор борселективных мембран. Особенности удаления бора обратноосмотическим методом связаны с химией бора. Как уже упоминалось выше, при низком значении pH бор находится в виде малодиссоциированой борной кислоты, а при высоком рН – в виде гидратированных ионов.
Кроме этого:  Подробные инструкции замены стекол на ВАЗ 2107

Существует два различных типов мембран:

  1. высоконапорные (минерализация от 1 до 5 г/л)
  2. высоконапорные (минерализация от 5 до 80 г/л)

Первый тип мембран применяется в основном для подготовки питьевой и технической воды. Второй тип мембран чаще всего используется для опреснения морских и океанских вод высокой минерализации.

Селективность к бору мембран зависит от рН разделяемой жидкости. Борная кислота диссоциирована незначительно, а ион H3BO2 2- сильно диссоциирован и имеет значительную гидратную оболочку, следовательно, задержание бора при высоких рН наиболее целесообразно, что под- тверждается многочисленными исследованиями. Селективность обратноосмотических мембран по гидратированным ионам бора существенно выше, чем для борной кислоты, так как такие ионы имеют большие геометрические размеры, чем молекулы недиссоциированной борной кислоты.

Кислотно-щелочной баланс водного раствора является важным показателем, позволяющим прогнозировать селективности мембран по соединениям бора. Значения селективности большинства промышленных низконапорных обратноосмотических мембран по бору при нейтральных значениях рН воды не превышают 50-70%, высоконапорных – 80-85%.

Бор-селективные мембранные элементы имеют повышенную селективность по бору при рН 10 (96%), в то время как стандартные мембранные элементы показывают селективность по бору при рН 10 не более 90-92%. В отличие от стандартных низконапорных мембран, борселективные мембраны имеют расширенный диапазон рабочих значений pH, что говорит об их более высокой химической стабильности.

Одним из лидеров в разработке и получении высоконапорной борселективной мембраны и изготовлении мембранного элемента на ее основе является компания Filmtec фирмы Dow Chemical (США). В настоящее время промышленно производятся несколько типов бореселективных мембранных элементов для воды с различной исходной минерализацией и селективностью по бору от 91 до 95%. В большинстве случаев невозможно осуществить удаление бора из воды до требуемых норм при помощи технологии обратного осмоса в одну ступень.

Совсем непрост процесс проектирования обратноосмотический систем. И если вопросы, связанные с расчетом гидравлических параметров, решаются достаточно успешно, то селективность мембран вызывает вопросы. Все расчетные программы дают оценки качества работы установок обратного осмоса в начале фильтроцикла на «свежих» мембранных элементах (МЭ). Соответственно, необходимо делать проектирование установок с учетом снижения селективности и производительности МЭ в процессе эксплуатации.

Пример установленной нами комплексной очистки воды от солей жесткости, железа, фтора и бора, включающая бор-селективные мембраны:

Уважаемые посетители сайта, если у Вас возникла потребность реализации очистки воды от бора для доведения качества воды до определённых нормативов, сделайте запрос специалистам компании нашей компании. Мы разработаем для Вас оптимальную технологическую схему очистки воды.

Источник

Очистка воды от бора

Установка очистки воды от бора Диасел

Бор и его соединения — вещества природного происхождения, которые образуются в земной коре и находятся только в состоянии одиночных минералов. Как элемент бор был открыт в 19 веке, однако о токсичном воздействии боратов на живые организмы заговорили совсем недавно. Накопление больших концентраций борных соединений наблюдаются во фруктах и овощах (груши, яблоки, морковь и т.д). Ежедневное попадание бора вместе с водой, пищей, через кожу приводит к нарушениям в работе нервной системы, заболеваниям почек и печени. Рабочие на химических предприятиях по производству борной кислоты также подвержены накоплению боратов в своем организме через дыхательные органы.

Как бор попадает в грунтовые воды?

Проблема содержания больших концентраций соединений бора в подземных водах до сих пор остается актуальной. Но как бор попадает в грунтовые воды? В процессе исследования этого химического вещества было выявлено несколько путей проникновения бора в подземные источники.

  • Литосфера представляет собой многогранное природное образование, в котором встречаются слои земной коры, состоящие из бороносных горных пород.
  • Бораты могут содержаться в термальных источниках в районах образования вулканических гор.
  • Слои глины и вулканического песка также могут содержать в себе соединения бора.
  • Важную роль играет и антропогенный фактор. Использование борных веществ, концентрации которых превышают дозволенные нормы, в промышленности, в сельском хозяйстве, в бытовой химии приводит к насыщению сточных вод ионами бора.
  • Использование косметики, в которой содержится частицы борных соединений.

Краснодарский край, Поволжье, Липецкая, Воронежская, Ростовская области — основные регионы, где концентрации борных кислот в подземных водах превышают нормы ПДК в несколько раз.

Возможно ли установить фильтры для очистки воды от бора

Очистка воды от бора и соединений борной кислоты невозможна в домашних условиях, только с помощью специализированного оборудования. Способ коагуляции достаточно дорогой и применим, только если концентрация борных соединений очень высока. Более надежными и эффективными способами подготовки воды являются метод мембранной очистки и фильтр с борселективной смолой. Рассмотрим их подробнее.

Кроме этого:  Технические характеристики буровой установки SANY SR150С

Система очистки бора из воды на основе обратного осмоса

Фильтр для очистки воды от бора

Уязвимым местом такого способа является низкая способность к очистке работы обратноосмотических мембран. Необходимо использовать специальные бор-селективные мембраны в комплексе с блоком регулировки показателя рН. Щелочная среда помогает перевести соединения бора в нужную форму для дальнейшего его удаления из воды. Применяется как одноступенчатые установки, так и двухступенчатые. Это зависит от исходной концентрации борной кислоты и показателей, которые необходимо достигнуть на выходе. Технология обратного осмоса позволяет достигнуть до 90% удаления загрязняющих веществ.

Для индивидуального водопотребления (частные дома, коттеджи, дачи) наилучшим вариантом очистки воды от бора является бытовая система обратного осмоса. При высоком качестве очистки (до 98% от общего количества загрязнений) эти пяти ступенчатые установки осмоса обладают компактностью, высокой производительностью (до 12 л/час), наличием накопительного бака с чистой водой.

Для производств и предприятий при удалении нитратов из воды необходимо обеспечивать большие производительности. Для этого используются промышленные установки обратного осмоса. Возможно изготовление установок различной комплектации в широком диапазоне производительности. Наша компания является производителем промышленного осмоса, что позволяет изготавливать установки под любое требование Заказчика.

Засыпной фильтр очистки воды от бора с бор селективной ионообменной смолой

Высокоселективная смола Lewatit MonoPlus MK 51 эффективно удаляет соединения бора в фильтрах ионообменных, по принципу аналогичным фильтрам умягчения. Соли борной кислоты оседают на частицах загрузки и сбрасываются в дренаж при регенерации фильтра для воды от бора. Однако, тут возникает проблема. Регенерация фильтра по очистке воды от бора осуществляется с помощью кислотного или щелочного раствора, который запрещен для сбрасывания в канализацию и требует дополнительной очистки сточной воды.

Как заказать систему очистки воды от бора

Остались вопросы по фильтрам для очистки воды от бора? Наш технический специалист решит вашу проблему уже сегодня. Позвоните нам по телефону 8-499-391-39-59 или оставьте заявку на нашем сайте, и мы расскажем Вам все о фильтрах для воды от бора, в течение нескольких часов подготовим технико-коммерческое предложение в подробным описанием схемы очистки и ценой.

Источник

Очистка воды от бора

Очистка воды от бораНесмотря на то, что бор в чистом виде встречается крайне редко, он широко распространен среди множества соединений в виде боросиликатов и боратов. По СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода» предельно допустимая концентрация бора в воде не более 0,5 мг/л.

В малых дозах, до 1 мг/сутки, бор для организма полезен, но превышение приносит вред: от повышения сахара до поражения головного мозга.

Очистка воды от бора необходима, если рядом расположены:

  • Коммунальные сточные воды,
  • Объекты легкой и тяжелой промышленности, использующие моющие средства,
  • Бороносные осадочные, соленосные и вулканические породы.

Методы очистки воды от бора

Существует несколько методов очистки воды от бора:

  • Осаждение и соосаждение в виде труднорастворимых соединений (например, применение коагуляции или флокуляции);
  • Фильтрация через ионообменные смолы;
  • Мембранная технология – установки обратного осмоса.

Первый метод применяется при концентрации бора в воде не менее 1 г/л и является очень трудоемким, поэтому используется в специфических случаях.

Удаление бора из воды 2-м методом основанона ионном обмене и образовании комплексов свободных оснований загрузки с анионами солей бора – проще говоря, соли бора оседают на зернах фильтрата.

К недостаткам очистки воды от бора с помощью ионообменных смол относятся:

  • Необходимость регенерации загрузки раствором кислоты и последующее кондиционирование раствором едкого натра. Это приводит к появлению кислотно-щелочных стоков, потребности в дорогостоящем химически стойком оборудовании и угрозой здоровью обслуживающего персонала.
  • Высокая стоимость фильтрата (очищенной воды).

Универсальным, качественным и безопасным является обратноосмотический метод, в процессе которого вода подается на специальные мембраны. К преимуществам установок обратного осмоса относится и высокая степень очистки от широкого спектра других химических соединений и элементов.

Установки очистки воды от бора

Для максимально эффективного удаления бора в установках обратного осмоса применяются бороселективные мембраны. Непосредственно установки могут быть:

  • Одноступенчатыми, если концентрация бора незначительно превышает ПДК СанПиН 2.1.4.1074-01. Прежде чем вода будет подана на такую установку, необходимо повысить ее уровень рН и подкислить.
  • Двухступенчатыми, с 2-мя ступенями бороселективных мембран при значительном превышении ПДК СанПиН. Предварительная водоподготовка не требуется: pH повышается после 1-й ступени и понижается до нормы после 2-й.

Преимущества использования двухступенчатой установки обратного осмоса:

  • Более эффективная очистка воды от бора,
  • Обслуживание дешевле примерно в 1,5 раза по сравнению с одноступенчатой.

Подробную информацию об установках обратного осмоса вы найдете в каталоге «Сибирской экологической компании». Если у вас возникнут вопросы, наш технический специалист предоставит квалифицированную консультацию. Работаем по Сибири, Уралу и Дальнему Востоку России, а также в Казахстане.

Источник