[发明专利]在水处理中去除硼的方法

说明书

技术领域

本发明涉及水处理和净化领域，特别涉及通过使用粘土来降低水中的硼的浓度的方法。

背景技术

硼是在大气圈、岩石圈和水圈中广泛分布的元素。大气的硼主要是气体形式并通过海水蒸发到达大气圈。在岩石圈中，它主要存在于沉积岩中，主要因为其对粘土矿物质的高亲和力。在水圈中，硼以硼酸H₃BO₃和硼酸根离子H₂BO₃^-的形式存在；这些形式各自的浓度随pH值变化，这些化合物均在8.7和8.8的pH值下处于平衡状态。

硼也是生物体生长所需要的必需微量营养素之一。在动物中，硼是生命必需的微量元素并且其高浓度的摄入导致睾丸改变。此外，在人类中，暴露于中等浓度的硼导致粘膜刺激和游动精子数降低。

在植物有机体中，硼是生长所必需的微量元素并且参与诸如酚代谢和木质素合成的基本新陈代谢过程。硼缺乏抑制植物生长，而该元素过量是有毒的。缺乏和中毒水平之间的范围只有1或2ppm，并且任何波动可导致植物中的重大的生理变化。

因此，考虑到硼作为生物体中必需的微量营养素的重要性，并且由于对于保护环境的现实重要性和食品工业的社会经济相关性，必须在灌溉用水中保持最佳的硼水平，倘若硼积累在植物中，并且存在于食物(主要是水果和蔬菜)中，则过量的该元素会对植物及其消费者具有高毒性。

水中过量的硼可能是因为用于农业中的城市、工业垃圾和化学废物。在饮用水中，硼的存在限于0.5ppm，而在灌溉用水中，硼的最佳浓度为0.3ppm至0.75ppm，对于敏感作物，1.0ppm的浓度被认为是极限。

出于降低水中的硼的水平的目的，已经开发了常规的方法，如用铁、盐、硫酸铝和石灰处理。专利WO9959187记载了通过在镁的存在下使食物来源的水(water from the food source)与碱性氢氧化物接触来生产经处理的水和含有硼和氟的镁沉淀，从而从水中去除硼和氟离子的方法。

所用的另一种方法是反渗透，但是因为硼酸根离子不能穿过反渗透系统中使用的膜的孔而不起作用。

最广泛使用的去除硼的方法是离子交换树脂。专利US3856670记载了在选自碱金属、碱土金属、含氮有机碱和铵阳离子的至少一种阳离子物质存在下，通过将含有硼酸根离子的水溶液与水不溶性阴离子交换酚醛树脂接触来从水中去除硼的方法。专利申请ES2246705记载了用固定在无机型树脂上的糖从水性介质中去除硼酸根阴离子的方法。在某些情况下，如在文献(Nadav，N.，Boron removal from seawater reverse osmosis permeateutilizing selective ion exchange resin；Desalinization 124(1999)131-135)中描述的，所用的离子交换树脂对硼有选择性。

在这种情况下，该方法的限制因素是水的pH值，因为在pH值小于8时，水相中的硼为硼酸的形式且该元素与对应树脂的交换不会发生，从而将收率从95％降低到65％。一般地，用离子交换树脂从水中去除硼是无效的，因为它们太昂贵或者不能在低浓度下应用，或者它们在存在其他干扰离子物质和/或有机污染物的情况下不具备足够的特异性。

发明内容

鉴于上述情况，有必要开发能够从水中有效地去除硼而没有现在使用的技术的缺点的新技术。本发明记载了通过使用粘土从水中去除硼的方法，因为它们的高比表面积、它们的高孔隙率和它们的电荷，粘土颗粒能够吸收水和其他极性化合物并且将阳离子固定并与介质交换。这种方法比现有技术中记载的那些更简单、更快速且更便宜。

本发明涉及在水处理中去除硼的方法，包括以下步骤：

在第一步中，待处理的水流流经入口集合管。

所述水可以以不同方式到达处理过程：通过重力或通过泵送。

待处理的水可以是淡水或海水，只要它是被硼污染的。

水根据于其来源可以有不同的pH水平。不管待处理的含硼的水在来源的pH水平，只有当入口的水具有小于5.5的pH值时，该待处理的水将通过含碱的或碱性的(basic or alkaline)添加剂进行pH校正和/或调节。

如果通过本发明中记载的方法处理海水，其自然状态的pH值为约8.2，即，硼是以硼酸的形式存在且具有4至5毫克/升的硼浓度。在pH值为9.5时，硼开始转化为硼酸根离子，并且只有当pH值为12以后，水中的硼100％为硼酸根离子的形式。