PL209082B1 - Sposób usuwania boru z wody lub ścieków - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób usuwania boru z wody lub ścieków metodą elektrodializy i odwróconej osmozy.

Znanych jest wiele sposobów usuwania boru z wód i ścieków. Bor usuwany jest przez współstrącanie z metalami wybranych wodorotlenków, metodą adsorpcji i wymiany jonowej. Najskuteczniejszą z wymienionych metod jest wymiana jonowa. Wadą wszystkich tych metod jest duży koszt jednostkowy i duża ilość odpadów. Dodatkową wadą wymiany jonowej jest konieczność okresowej regeneracji jonitu.

Znane są też membranowe metody usuwania boru a mianowicie odwrócona osmoza (RO) i elektrodializa (ED). W wymienionych metodach membranowych stosunkowo dobrą skuteczność usuwania boru uzyskuje się jednak jedynie w warunkach wysokiego pH, kiedy kwas borowy H3BO3, będący najczęściej występującą formą boru w roztworach wodnych jest w znacznym stopniu zdysocjowany do boranu. Wynika to z bardzo malej wartości stałej dysocjacji kwasu borowego Ka, wynoszącej około 6,3 · 10^-10, (tzn. pKa = 9,2), z której wynika, że dopiero przy pH = 9,2 kwas borowy zdysocjowany jest w 50%. Zasada usuwania boru metodami RO i ED jest różna. W metodzie RO bor, zawarty w wodzie zasilającej, zatrzymywany jest przez membranę. W wyniku procesu otrzymuje się permeat, czyli roztwór który przeszedł przez membranę, o zmniejszonym stężeniu boru i koncentrat o zwiększonym stężeniu boru. Natomiast w metodzie ED komory odsalania elektrodializera, tzn. komory diluatu, zasilane są wodą, z której ma być usuwany bor. Bor przenoszony jest w formie anionu (boranu) przez membrany anionowymienne do komór koncentratu. W diluacie, opuszczającym elektrodializer, stężenie boru jest zmniejszone w stosunku do jego wartości wejściowej. Dobrą skuteczność usuwania boru metodą RO, wynoszącą ponad 90%, uzyskać można dopiero przy pH wynoszącym około 11, kiedy kwas borowy jest zdysocjowany blisko w 100%. Ogranicza to bardzo możliwość stosowania odwróconej osmozy, gdyż w warunkach tak wysokiego pH następuje wytrącanie wodorotlenku magnezu i węglanu wapnia, gdyż wapń, magnez i wodorowęglan (przechodzący w warunkach wysokiego pH w węglan) są naturalnymi składnikami wód i wielu ścieków; a metoda RO nie toleruje obecności zawiesiny wymienionych związków gdyż następowałoby blokowanie membran. Konieczne jest więc wstępne usuwanie związków grożących krystalizacją w procesie RO np. poprzez ich wytrącanie. Wymaga to jednak stosowania odczynników chemicznych i składowania dużej ilości uciążliwych odpadów.

W metodzie według wynalazku usuwanie boru odbywa się w dwustopniowym układzie membranowym: elektrodializa - odwrócona osmoza. W pierwszym stopniu wodę (ścieki) zawierającą bor poddaje się wstępnemu odsoleniu metodą elektrodializy w warunkach stosunkowo niskiego pH (około 6) aby bor tylko w minimalnym stopniu był przenoszony przez membrany do strumienia koncentratu. Diluat z procesu ED, zawierający około 99% początkowej ilości boru i około 5-10% początkowej zawartości soli jest alkalizowany do pH = 10 i kierowany do modułu RO. Ponieważ większa część wapnia, magnezu i wodorowęglanu została usunięta metodą ED, nie następuje blokowanie membran RO. W wyniku procesu RO, w razie potrzeby prowadzonego kilkustopniowo, otrzymuje się koncentrat zawierający ponad 99% ładunku boru zawartego w wodzie zasilającej i permeat, o stężeniu boru poniżej 1 g/m³. Permeat ten łączony jest z koncentratem z elektrodializy i, jako roztwór o małym stężeniu boru, może być odprowadzany do środowiska. Natomiast retentat z RO, o dużym stężeniu boru, może być wykorzystany do wytwarzania nawozów wieloskładnikowych.

Wynalazek objaśniono na rysunku, który przedstawia schemat procesu.

P r z y k ł a d

Ścieki o stężeniu boru CB = 76,5 g/m³, są zakwaszane do pH około 6 a następnie podawane do komór diluatu elektrodializera jak na rysunku. W wyniku elektrodializy z 1 m³ ścieków otrzymuje się 1 m³ diluatu, o stężeniu boru CB = 75,9 g/m³. Diluat poddawany jest alkalizacji do pH = 10 a następnie odwróconej osmozie. W wyniku RO otrzymuje się 0,07 m³ koncentratu, o stężeniu boru CB około 1000 g/m³ i 0,93 m³ permeatu o stężeniu boru CB = 0,2 g/m³. Część permeatu (0,13 m³) stosuje się do zasilania komór koncentratu elektrodializera a pozostałą część (0,8 m³) łączy się z koncentratem z ED. Połączone roztwory, o łącznej objętości 0,93 m³ i stężeniu boru CB = 0,65 g/m³, odprowadzane są do środowiska.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób usuwania boru z wody lub ścieków polegający na alkalizowaniu wody lub ścieków, a następnie poddawaniu ich procesowi odwróconej osmozy, znamienny tym, że wstępnie usuwa się z wody lub ścieków co najmniej 80% zawartych jonów wapnia i magnezu metodą elektrodializy.