Powszechne sole sodowe w roztworach wodnych oraz technologie ich usuwania i oczyszczania

Sole sodowe dysocjują na jony sodu (Na+) i odpowiadające im aniony. W rozcieńczonych roztworach wodnych sól występuje zatem w postaci rozpuszczonych jonów, a nie niezdysocjowanych cząsteczek soli. Poniższe przykłady często spotyka się w wodach naturalnych, strumieniach przemysłowych lub procesach uzdatniania wody; nie występują one jednak wszędzie.

Masz do czynienia z dużą zawartością rozpuszczonych soli, rosnącym TDS lub trudną do oczyszczenia solanką? Przekaż firmie Lenntech skład strumienia i docelowe parametry jakości wody, aby omówić odpowiednie sposoby uzdatniania. Sole sodowe zwiększają zawartość rozpuszczonych jonów; ryzyko wytrącania osadów zależy często od obecności innych składników, takich jak jony wapnia, siarczanowe i węglanowe oraz krzemionka, a także od pH i temperatury.

Od analizy wody do koncepcji uzdatniania

Scharakteryzuj strumień (główne jony, TDS, pH, temperatura i przepływ) → określ cel (jakość wody, stopień odzysku lub sposób postępowania z solami) → porównaj metody separacji → oceń koncentrat i pozostałości. Jest to orientacyjna ścieżka podejmowania decyzji, a nie gotowy projekt instalacji: odpowiedni układ procesów zależy od rzeczywistego składu chemicznego wody i celów przedsięwzięcia.

Powszechne sole sodowe i miejsca ich występowania

Sól sodowaWzór chemicznyTypowe zastosowanie / branża / miejsce wykorzystaniaTypowe strumienie wodne, w których występuje
Chlorek soduNaClOdsalanie, produkcja chloru i alkaliów, przetwórstwo spożywcze oraz odladzanie.Woda morska, woda słonawa, spływy z terenów posypywanych solą drogową, koncentrat z odsalania i solanki z pól naftowych.
Siarczan soduNa2SO4Barwienie tkanin, górnictwo i metalurgia, produkcja szkła oraz przemysł celulozowo-papierniczy.Ścieki z procesów przemysłowych, zagęszczony retentat membranowy i solanki zawierające siarczany.
Wodorowęglan soduNaHCO3Uzdatnianie wody, regulacja zasadowości, przetwórstwo spożywcze i procesy chemiczne.Wody naturalne o zasadowości wodorowęglanowej, woda uzdatniona i strumienie procesowe.
Węglan soduNa2CO3Produkcja szkła i detergentów, zmiękczanie wody oraz regulacja pH.Przemysłowa woda procesowa, ścieki z mycia oraz strumienie, w których do uzdatniania stosuje się sodę kalcynowaną.
Azotan soduNaNO3Produkcja i stosowanie nawozów oraz wybrane procesy chemiczne.Odpływy z terenów rolniczych, spływy związane ze stosowaniem nawozów oraz przemysłowa woda procesowa.
Fluorek soduNaFWybrane zastosowania w uzdatnianiu wody i przemysłowych procesach chemicznych.Woda procesowa zawierająca fluorki, woda popłuczna i wybrane ścieki przemysłowe.
Bromek soduNaBrPrace na polach naftowych i procesy chemiczne związane z bromem.Solanki z pól naftowych oraz ścieki z procesów chemicznych wykorzystujących bromki lub brom.
Fosforany soduNa3PO4, Na2HPO4, NaH2PO4Mycie, buforowanie, przetwórstwo spożywcze, fermentacja i produkcja chemiczna.Ścieki z mycia, woda procesowa z przemysłu spożywczego i procesów fermentacji oraz przemysłowe strumienie zawierające fosforany.
Krzemian soduCzęsto przedstawiany jako Na2SiO3Uzdatnianie wody, zastosowania w produkcji detergentów i szkła oraz inne zastosowania przemysłowe.Strumienie z uzdatniania wody, wody popłuczne i przemysłowe roztwory procesowe. Skład handlowego krzemianu różni się w zależności od gatunku produktu.
Siarczek sodu i wodorosiarczek soduNa2S, NaHSGórnictwo i flotacja minerałów, procesy garbarskie i przetwórstwo chemiczne.Ścieki z kopalń i procesów flotacji, ścieki garbarskie oraz inne ścieki z procesów chemicznych.

Do wody mogą też trafiać inne związki sodu stosowane jako środki do uzdatniania lub w procesach technologicznych, w tym siarczyn sodu (Na2SO3), wodorosiarczyn sodu (NaHSO3), podchloryn sodu (NaOCl), tiosiarczan sodu (Na2S2O3), wodorotlenek sodu (NaOH) i octan sodu (CH3COONa).

Rozpuszczalność w wodzie i stężonych solankach

Rozpuszczalność jest właściwa dla każdego związku i zależy od temperatury, postaci stałej lub uwodnionej soli oraz składu roztworu. Wartości rozpuszczalności w czystej wodzie są przydatnymi punktami odniesienia, ale nie stanowią granic projektowych dla rzeczywistej solanki. W wodach o wysokim stężeniu soli siła jonowa, pH, temperatura i inne rozpuszczone jony mogą zmieniać aktywności jonów i przebieg wytrącania. Właściwości krzemianu sodu są szczególnie zależne od gatunku produktu, a jego formy występujące w roztworze zależą również od pH.

Wysokie stężenia soli sodowych mogą zwiększać ciśnienie osmotyczne i ograniczać odzysk wody w procesach membranowych. To, czy wytrąci się dany minerał, zależy także od obecności innych jonów: na przykład wapń i siarczany lub wapń i węglany mogą tworzyć trudno rozpuszczalne osady, nawet gdy sole sodowe pozostają rozpuszczone. Do oceny konkretnego strumienia potrzebne są reprezentatywna analiza wody i model chemiczny.

Rozwiązania w zakresie separacji, oczyszczania i zatężania

Lenntech może ocenić możliwości separacji, oczyszczania i zatężania strumieni wodnych zawierających sole sodowe. Dobór procesu zależy od mieszaniny soli, ich stężenia, obecności innych jonów, wymaganej jakości produktu lub ścieków, celów dotyczących odzysku oraz sposobu postępowania z koncentratem. Poniższe technologie stanowią potencjalne rozwiązania; żadna nie nadaje się do każdego strumienia ani nie usuwa wszystkich jonów w taki sam sposób.

Wyzwanie związane z uzdatnianiem wodyMożliwa metoda technologicznaUwagi dotyczące doboru
Wysokie stężenie rozpuszczonych soli lub wysoka wartość TDS w wodzie zasilającejOdwrócona osmoza (RO) lub elektrodializa (ED)/EDRMetody te mogą zmniejszyć zawartość rozpuszczonych soli; osiągalny odzysk wody zależy od ciśnienia osmotycznego, ryzyka powstawania osadów, składu wody zasilającej i sposobu postępowania z koncentratem.
Selektywne usuwanie jonów wielowartościowych lub twardości przed zatężaniem soliNanofiltracja (NF), zmiękczanie lub wymiana jonowaNF zwykle łatwiej oddziela jony wielowartościowe niż jednowartościowe jony sodu i chlorkowe, dlatego sama może nie wystarczyć, jeśli celem jest usunięcie NaCl.
Niska resztkowa zawartość jonów w zastosowaniach wymagających wysokiej czystościRO, po której w razie potrzeby następuje wymiana jonowa lub inny etap doczyszczaniaDocelowe wymagania jakościowe i jakość wody zasilającej określają, czy doczyszczanie jest potrzebne i która technologia będzie odpowiednia.
Zatężony koncentrat z RO lub inny zasolony strumień odpadowyDalsze zatężanie, odparowanie lub rozwiązania typu zerowy zrzut cieczy (ZLD) Krystalizację lub odzysk soli można rozważać tylko wtedy, gdy uzasadniają to skład chemiczny strumienia, obróbka wstępna, zużycie energii i jakość odzyskanego produktu.
Określony jon lub związek mogący tworzyć fazę stałąSelektywna wymiana jonowa, strącanie lub krystalizacjaProcesy te są ukierunkowane na wybrane składniki lub fazy stałe; nie usuwają automatycznie jednocześnie sodu i towarzyszącego mu przeciwjonu.

Wpływ na eksploatację i obowiązujące wymagania

W systemach przemysłowych rozpuszczone sole mogą zwiększać przewodność i ciśnienie osmotyczne, ograniczać odzysk wody oraz wpływać na wymagania dotyczące jakości wody uzdatnionej. Strumienie zawierające chlorki mogą także wymagać oceny zgodności materiałowej. Powstawanie osadów zależy od stopnia nasycenia względem minerałów i może wiązać się z obecnością takich składników jak wapń, siarczany, węglany lub krzemionka; samo stężenie sodu nie przesądza o tym, czy powstaną osady.

W przypadku nawadniania ryzyko pogorszenia infiltracji wody w glebie związane z sodem ocenia się w powiązaniu z zasoleniem oraz stężeniami wapnia i magnezu, często z wykorzystaniem współczynnika adsorpcji sodu (SAR). Wymagania dotyczące wody pitnej i przemysłowej zależą od właściwej jurysdykcji i zamierzonego zastosowania. WHO nie określa opartej na kryteriach zdrowotnych wartości zalecanej dla sodu w wodzie pitnej; stężenie sodu powyżej około 200 mg/L może wpływać na smak. Obowiązujące wymagania należy potwierdzić u właściwego organu lokalnego oraz w specyfikacji końcowego zastosowania.

Opracowanie rozwiązania technologicznego

Reprezentatywna analiza wody pomaga inżynierom porównać możliwości uzdatniania oraz określić potrzeby w zakresie obróbki wstępnej, odzysku i gospodarowania strumieniami odpadowymi. W stosownych przypadkach badania laboratoryjne i walidacja w skali pilotażowej mogą pomóc ocenić skuteczność w reprezentatywnych warunkach pracy przed wyborem projektu instalacji w pełnej skali. Podejście to opisuje opracowana przez Lenntech ocena wykonalności procesu.

Porozmawiajmy o wyzwaniach związanych z uzdatnianiem wody

Aby omówić skład konkretnej wody lub solanki, skontaktuj się z Lenntech pod adresem info@lenntech.com.

Źródła i dalsza lektura