Удаление бора из воды

Бор является химическим элементом, который в периодической системе Менделеева имеет буквенное обозначение B и полное наименование Borum. Пребывая в свободном состоянии, бор имеет форму либо аморфного вещества тёмного оттенка, либо кристаллов красного, серого или прозрачного цвета. Всего у B около 10 различных аллотропных модификаций, которые образуются и переходят друг в друга при особых температурных условиях, в которых вещество образуется.

Открыли химический элемент два учёных-физика из Франции. Луи Жак Тенар и Жозеф Луи Гей-Люссак провели реакцию нагревания борного ангидрида в присутствии металлического калия. Это произошло в начале девятнадцатого столетия – в 1808 году. Спустя некоторое время добиться получения бора удалось Хемфри Дэви. Этот британский химик расплавил борный ангидрид и выполнил его электролиз.

Полезная информации! Название элемента образовано от персидского слова «бурах» или арабского «бурак». Этими терминами обозначали тетраборат натрия, то есть буру.

Вещество присутствует в природной естественной среде в нескольких вариантах. В коре Земли его довольно мало – около 4 граммов на 1 тонну. Элементарного чистого бора в природе нет, зато он входит в состав некоторых минералов. Причём это только собственные особые борные минералы, а не других элементов. Такая особенность объясняется тем, что комплексные борные анионы, в формате которых B наиболее часто встречается, распространённых аналогов не имеют. В составе минеральных отложений бор вступает в связь с кислородом.

Бор встречается в различных соединениях, к примеру, в солях: безводных боратах и водных, называемых полиборатами, а также в более сложных боросиликатах. Бор есть в осадочных породах, в вулканических изверженных. Это скарны, ашарит, улексит, бура, колеманит, калиборит, борацит. Также элемент обнаруживается в грязевых вулканах, солёных озёрах, океанах и морях, соленосных отложениях, в глинах.

Природная среда может загрязняться бором под действием антропологических факторов, то есть из-за деятельности людей. Это различные производства, например, стекольные, металлургические, керамические, кожевенные, машиностроительные, текстильные и другие. Также концентрации B могут повышаться из-за сброса сточных вод, использования борсодержащих удобрений, добычи руд.

В организмах морских и озёрных обитателей, таких как рыбы, бор накапливаться не может, хотя он обнаруживается в их чешуе. Зато кумулятивный эффект актуален для растений, включая употребляемые людьми в пищу. Вещество есть в яблоках, моркови, грушах, орехах, винограде.

В водоёмах и в подземных водах B находится обычно в виде ионов кислот, содержащих бор. В кислых средах это отоборная кислота. В щелочных водах чаще встречаются полиборные кислотные соединения. И такие источники более богаты химическим элементом, чем воды с повышенной жёсткостью, потому что растворимость натриевых солей кислот с бором в составе более высока, чем у солей магния, кальция.

Подземные маломинерализованные воды отличаются невысоким содержанием бора – до нескольких сотен мкг/л. А вот в щелочных минерализованных источниках концентрация на порядок выше – до нескольких десятков мг/л. И если такую воду пить, можно причинить вред организму и спровоцировать нежелательные последствия.

Как появляется бор в воде из скважины в частном доме или в центральном водопроводе квартиры? Причины загрязнения различные:

• проникновение в грунтовые воды из почвы остатков моющих и косметических средств, содержащих бор;
• стоки, сбрасываемые в почву или водоёмы в результате деятельности промышленных предприятий и компаний, которые работают в сферах разработки руд, металлургии, производства тканей, бытовой химии, стекла, кожи, керамики, техники;
• сельское хозяйство – применение удобрений, в составе которых есть бор;
• сточные воды, образующиеся в процессе оказания коммунальных услуг;
• природные водоёмы, воду из которых используют для организации систем водоснабжения;
• пласты осадочных и других пород, которые пролегают в водоносных слоях: из них бор проникает в грунтовые и более глубокие воды и потом попадает в скважины;
• термальные источники, располагающиеся в районах высокой вулканической активности;
• вулканический песок или глина с повышенным содержанием B;
• средства бытовой химии, косметики;
• разложение растений, в которых успел накопиться химический элемент.

Каковы ПДК бора в питьевой воде, то есть его предельно допустимые концентрации? В СанПиН указывается, что норма составляет не более 0,5 мг на 1 л. Но ВОЗ установлены иные нормативные показатели. Они выше и равны 1 миллиграмму на литр.

Для воды, применяемой в производственных, технологических и прочих специальных процессах, концентрации устанавливаются соответствующими действующими стандартами ГОСТ, а также ТУ – техническими указаниями.

Опасен ли рассматриваемый химический элемент? Вообще, он в норме присутствует в организме каждого человека. Так, у взрослого содержание составляет в среднем 20 мг. Наибольшие его количества обнаруживаются в щитовидной железе, костях, селезёнке.

Бор должен поступать с пищей и водой, но умеренно. Его норма, в зависимости от возраста и массы тела, находится в диапазоне 1-3 мг. Установлено, что вещество участвует в некоторых процессах и реакциях, протекающих в организме. Например, оно поддерживает нормальное строение костной ткани, способствует усваиванию кальция, вызывает повышение уровня некоторых гормонов (в их числе стероидные, эстрогены), влияет на активность отдельных ферментов и образование белков, увеличивает концентрации глюкозы в крови, замедляет окисление адреналина.

Если содержание бора в воде, регулярно или постоянно употребляемой человеком, превышено, вероятны следующие последствия:

• интоксикация организма, которая в большей мере поражает печень (этот внутренний орган отвечает за нейтрализацию вредных веществ);
• сбои в работе почек, вплоть до острой или хронической почечной недостаточности;
• поражения центральной нервной системы;
• проблемы, возникающие в период вынашивания ребёнка и провоцирующие аномалии развития плода;
• раздражение слизистых оболочек органов пищеварительной системы.

Последние проведённые исследования подтвердили, что в список канцерогенов бор не входит. Это означает, что он, даже накапливаясь в тканях, не способен вызывать развитие онкологических заболеваний.

Важно знать! Дефицит бора тоже способен оказывать негативное влияние на здоровье. Из-за него возможны разрушения костей и частые переломы, болезни суставов, дефицит витамина D, нарушения метаболизма, ломкость ногтей и волос, хрупкость зубов, задержка роста и развития ребёнка, пониженная мозговая активность, а также нарушенное функционирование нервной системы, которое проявляется в виде сниженной концентрации внимания, апатии или, наоборот, раздражительности, сонливости, замедленного реагирования на окружающую реальность.

Как выявить превышение бора в питьевой воде, последствия которого были рассмотрены ранее? К сожалению, обнаружить его в домашних условиях самостоятельно невозможно, так как органолептические свойства в большинстве случаев не меняются. Даже если содержание бора в воде достаточно высокое, вкус не меняется. Если вещество присутствует в составе труднорастворимых соединений, то они могут формировать осадок на дне ёмкостей, в которых хранятся водные запасы. Вещества с более хорошей растворимостью такого эффекта не дают, они не вызывают мутность, не осаждаются.

Достоверное и точное определение бора в воде возможно лишь в лабораторных условиях. Имеющая аккредитацию лаборатория проведёт анализ и выдаст заключение с результатами. Если в питьевой воде для постоянного употребления концентрация бора повышена, нужно незамедлительно действовать.

Определение бора в воде аккредитованными лабораториями осуществляется флоуриметрическим методом. В его основе взаимодействие, в которое ионы бората вступают с хромотроповой кислотой при дополнительном контакте с Трилоном Б, который маскирует ионы железа, меди, свинца и других металлов. Формируется флуоресцирующий комплекс, для которого измеряется флуоресцентная активность.

Исследования проводятся с помощью особых реагентов, материалов и оборудования. Это спектрофлоуриметр, флоуриметр, лабораторные весы, дистиллированная вода, гидроксид натрия, динатриевая соль Трилон Б.

Если обнаружен бор в воде из скважины, важно подобрать эффективный способ его удаления. Есть три метода:

• Коагуляция. Данная технология предполагает осаждение бора в виде труднорастворимых соединений. Но этот способ трудоёмкий и достаточно дорогой, а его применение целесообразно лишь при концентрациях элемента, превышающих 1 мг/л, что для среднестатистических вод, как правило, очень много.
• Ионный обмен. Ионообменная очистка воды от бора – это сорбция частиц элемента на специальной смоле. Такой же способ применяют для умягчения. В случае с бором выбирают борселективные загрузки, которые демонстрируют селективную фильтрующую способность по отношению к конкретному веществу. Гранулированная засыпка формирует с анионами солей бора комплексы свободных оснований. Ионы химического элемента, которые обладают отрицательным зарядом, задерживаются смолой и остаются на ней. При этом общий исходный состав воды остаётся практически неизменным. Осаждение ни смоле сульфатов, гидрокарбонатов и хлоридов происходит тоже, но в меньшей степени. Механическая и химическая стойкость селективных загрузок довольно высока. Такие смолы работают в широких диапазонах показателей pH и температур. Большой недостаток – применение для регенерации загрузки концентрированных растворов кислот и едкого натра. Из-за этого образуются кислотно-щелочные сточные воды, которые после эксплуатации нельзя утилизировать путём сброса в канализацию. Кроме того, смолы достаточно много стоят. А регенерирующие растворы нужно точно дозировать.
• Обратный осмос. Такой способ называют иначе мембранным, так как основной очищающий элемент обратноосмотической станции – это мембрана с полупроницаемой структурой, обладающей мельчайшими порами. Данная мембрана для очистки от бора также должна быть борселективной. При чём её селективность может увеличиваться при пониженных температурах. Также она зависит от уровня кислотности. Если содержание B невысокое, то допускается применение одноступенчатых установок. До первой ступени предварительно увеличивают pH, далее вода поступает в модуль с мембраной. Тут поток под давлением проталкивается через фильтрующий элемент. Если давления в водопроводе не хватает, может потребоваться установка насосного оборудования. После очистки мембраной вода перед подачей доводится до нужной степени кислотности. При более значительных концентрациях бора необходимо применение обратноосмотических фильтров с двумя ступенями. pH повышается на первом уровне очистки. А когда вода проходит через вторую следующую ступень, уровень кислотности нормализуется. Дополнительные его коррекции не требуются.

Схема водоочистки при содержании бора требует тщательного проектирования. Чтобы повысить качество воды и нормализовать её состав, нужно подобрать оптимальное решение. При поиске лучшего варианта следует сделать анализ и с учётом его результатов разработать систему водоподготовки.

Имеется большой выбор вариантов. Существуют как традиционные способы, так и новые, современные. Самое главное – добиться достойного качества питьевой воды. Если проектирование схемы очистки вызывает вопросы, специалисты ответят на них и разработают систему, подходящую в конкретном случае.