Удаление бора из воды

Удаление бора необходимо, поскольку высокие концентрации бора могут быть токсичными для людей, растений и водных организмов. 

Бор - это химический элемент, который встречается в природе, причем большая часть бора находится в морской воде. В пресной воде обычно содержится небольшая концентрация бора, но ее содержание может значительно увеличиться в результате сброса сточных вод или промышленной деятельности.

Повышенный уровень бора также может присутствовать в грунтовых водах в результате выщелачивания из горных пород и почв, содержащих соединения бора. 

Регулирующие органы обычно устанавливают предельные значения концентрации бора ниже 2 мг / л при сбросе в естественные водные пути, а ВОЗ устанавливает нормативный предел в 0,5 мг / л в питьевой воде.

Уровень содержания бора зависит от степени солености морской воды и общим содержанием растворенных твердых веществ в колодезной воде. В результате отсутствия у бора химического заряда, удалить его из воды не так просто. В зависимости от источника воды, загрязнения бором имеют разную степень, на которые влияют следующие факторы: уровень pH и температура, которые требуют различных процессов очистки.

Разница между концентрацией бора, необходимой для различных систем, и пределом его токсичности очень мала. Для растений допустимый уровень бора в почве для каждой культуры разный. Воздействие избытка бора на растения может вызвать угнетение фотосинтеза, снижение развития корней и т.д., тем самым влияя на рост растений. Смертельная доза борной кислоты, принимаемой внутрь, для взрослого человека находится в пределах 15-20 г, а для младенца - 5-6 г, что очень близко к допустимому уровню. Длительное употребление людьми продуктов питания и воды, загрязненных бором, может вызвать развитие серьезных синдромов, постоянной рвоты, диареи и других сердечно-сосудистых заболеваний. Поэтому важно отслеживать и контролировать содержание бора в воде, особенно в случае питьевой воды.

Технологии удаления бора

Эффективным подходом к удалению бора из водных растворов с очень низкими концентрациями бора является адсорбция. Основной принцип процесса адсорбции заключается в нанесении различных субстратов или поверхностей, способных адсорбировать определенные вещества, которые, как ожидается, будут удалены из водных растворов. В зависимости от материала, используемого в качестве адсорбента, в общей процедуре фильтрации на основе адсорбции происходят небольшие изменения. В процессах адсорбции для удаления бора используются различные сорбенты, включая диоксид кремния, активированный уголь, глина, природные минералы, биологические материалы, наночастицы, слоистые двойные гидроксиды, селективные смолы и комплексообразующие мембраны. При разработке адсорбента основное внимание уделяется высокой скорости адсорбции, максимальной производительности, высокой и осуществимой регенерации и низкой стоимости. В последнее время исследователи стали уделять больше внимания адсорбентам с хелатирующими функциональными группами, глинам, оксидам металлов, соединениям углерода и природным материалам.

Удаление бора с помощью адсорбции более эффективно, когда концентрация бора в источнике очень низкая. Для потоков сточных вод с высокой концентрацией бора или со сложным составом более эффективным является метод коагуляции, который превращает водный бор в нерастворимые твердые вещества. Для коагуляции бора из воды используются различные подходы, включая электрокоагуляцию (ЭК) и химическую коагуляцию. 

Ионообмен – еще один отличный выбор для селективного удаления бора, и на рынке представлен ряд ионообменных смол, специфичных для бора, которые обладают высокой адсорбацией к бору. 

Эта технология может переносить взвешенные твердые частицы в сырье, что позволяет избежать необходимости предварительной очистки от твердых частиц.

Улучшенная адсорбция за счет противотока между ионообменной смолой и обрабатываемым раствором сокращает запасы требуемой ионообменной смолы, которая часто является основным компонентом высоких затрат установок для удаления бора. Это также позволяет избежать необходимости использования большого количества последовательно установленных ионообменных емкостей для достижения низких концентраций, а непрерывная работа предотвращает частые отключения при длительных циклах регенерации.

В мембранном процессе очистки воды в качестве среды используется селективная полупроницаемая мембрана, и растворитель избирательно проходит через мембрану под действием различных движущих сил (например, перепадов давления, температур и электрических полей). Мембранные процессы для удаления бора из воды в основном включают процесс обратного осмоса (RO), ионообменный мембранный процесс (такой как электродиализ (ED) и диализ Доннана (DD)), процесс прямого осмоса (FO) и процесс мембранной дистилляции (MD).

На сегодняшний день технология обратного осмоса считается самой надежной и безопасной для удаления бора из воды.