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. 

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 виде осадка 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

2. 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.

3. 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.

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.