Рассол представляет собой высококонцентрированный раствор из соли (NaCl) в воде (H 2 O). В различных контекстах рассол может относиться к солевым растворам в диапазоне от примерно 3,5% (типичная концентрация морской воды в нижней части растворов, используемых для засолки пищевых продуктов) до примерно 26% (типичный насыщенный раствор , в зависимости от температуры). Рассол образуется естественным образом из-за испарения соленой грунтовой воды, но он также образуется при добыче хлорида натрия. [1] Рассол используется для обработки пищевых продуктов и приготовления пищи ( маринование и засолка ), дляпротивообледенение дорог и других сооружений, а также в ряде технологических процессов. Он также является побочным продуктом многих промышленных процессов , таких как опреснение , поэтому требует очистки сточных вод для надлежащего удаления или дальнейшего использования ( восстановление пресной воды ). [2]
Состав и очистка
Рассол состоит из концентрированного раствора ионов Na + и Cl - . Сам по себе хлорид натрия в воде не существует: он полностью ионизирован. Другие катионы, обнаруженные в различных рассолах, включают K + , Mg 2+ , Ca 2+ и Sr 2+ . Последние три проблемны, потому что образуют накипь и вступают в реакцию с мылом. Помимо хлорида, рассолы иногда содержат Br - и I - и, что наиболее проблемно, SO 4 2- . Стадии очистки часто включают добавление оксида кальция для осаждения твердого гидроксида магния вместе с гипсом (CaSO 4 ), который можно удалить фильтрацией. Дальнейшая очистка достигается фракционной кристаллизацией . Полученная очищенная соль называется выпаренной солью или вакуумной солью . [1]
В природе
В природе рассолы производятся разными способами. Модификация морской воды путем испарения приводит к концентрации солей в остаточном флюиде, при этом образуется характерное геологическое месторождение, называемое эвапоритом, когда различные растворенные ионы достигают состояния насыщения минералов, обычно гипса и галита . Аналогичный процесс происходит в высоких широтах, когда морская вода замерзает, в результате чего образуется жидкость, называемая криогенным рассолом. Во время образования эти криогенные рассолы по определению холоднее, чем температура замерзания морской воды, и могут образовывать особенность, называемую рассолами, где холодные рассолы опускаются, замораживая окружающую морскую воду.
Рассол, выходящий на поверхность в виде источников соленой воды, известен как «лизун» или «солончак». [3] Содержание растворенных твердых веществ в грунтовых водах сильно различается от одного места к другому на Земле, как с точки зрения конкретных составляющих (например, галита, ангидрита , карбонатов , гипса, фторидных солей, органических галогенидов и сульфатных солей), так и относительно уровень концентрации. Используя одну из нескольких классификаций подземных вод на основе общего содержания растворенных твердых веществ (TDS), рассол - это вода, содержащая более 100 000 мг / л TDS. [4] Рассол обычно добывается во время операций по заканчиванию скважин, особенно после гидравлического разрыва скважины.
Использует
Кулинарный
Рассол - распространенный агент в пищевой промышленности и кулинарии. Засаливание используется для сохранения или сезона пищи. Посол можно применять к овощам , сырам и фруктам в процессе, известном как маринование . Мясо и рыбу обычно замачивают в рассоле на более короткие периоды времени в качестве маринада , чтобы усилить его нежность и вкус или увеличить срок хранения.
Производство хлора
Элементарный хлор можно получить электролизом рассола ( раствора NaCl ). Этот процесс также производит гидроксид натрия (NaOH) и газообразный водород (H 2 ). Уравнения реакции следующие:
- Катод:
- Анод:
- Общий процесс:
Охлаждающая жидкость
Рассол используется в качестве вторичной жидкости в крупных холодильных установках для передачи тепловой энергии . Наиболее часто используемые рассолы на основе недорогого хлорида кальция и хлорида натрия . [5] Он используется, потому что добавление соли к воде снижает температуру замерзания раствора и эффективность теплопередачи может быть значительно повышена при сравнительно низкой стоимости материала. Самая низкая точка замерзания, достижимая для рассола NaCl, составляет -21,1 ° C (-6,0 ° F) при концентрации 23,3% NaCl по весу. [5] Это называется эвтектической точкой.
Из-за их коррозионных свойств рассолы на основе солей были заменены органическими жидкостями, такими как полиэтиленгликоль . [6]
Спрей хлористого натрия используется на некоторых рыболовных судах для замораживания рыбы. [7] Температура рассола обычно составляет –5 ° F (–21 ° C). Температура замерзания воздушной струи составляет -31 ° F (-35 ° C) или ниже. Учитывая более высокую температуру рассола, эффективность системы по сравнению с замораживанием воздушным потоком может быть выше. Ценная рыба обычно замораживается при гораздо более низких температурах, ниже практического предела температуры для рассола.
Умягчение и очистка воды
Рассол является вспомогательным агентом в системах умягчения и очистки воды с использованием ионообменной технологии. Наиболее распространенный пример - бытовые посудомоечные машины , в которых хлорид натрия используется в виде соли для посудомоечных машин . Рассол не участвует в самом процессе очистки, но используется для циклической регенерации ионообменной смолы . Обрабатываемая вода протекает через контейнер для смолы до тех пор, пока смола не будет исчерпана, и вода не будет очищена до желаемого уровня. Затем смолу регенерируют путем последовательной обратной промывки слоя смолы для удаления накопленных твердых частиц, смывания удаленных ионов из смолы концентрированным раствором замещающих ионов и смывания промывочного раствора от смолы. [8] После обработки гранулы ионообменной смолы, насыщенные ионами кальция и магния из очищенной воды, регенерируются путем вымачивания в рассоле, содержащем 6–12% NaCl. В натриевые ионы из солевого раствора заменяют ионы кальция и магния на шариках. [9] [10]
Антиобледенение
При более низких температурах соляной раствор можно использовать для удаления льда или снижения отрицательных температур на дорогах. [11]
Сточные Воды
Рассол является побочным продуктом многих промышленных процессов, таких как опреснение , градирни электростанций , пластовая вода при добыче нефти и природного газа , дренаж кислых рудников или кислых пород , отходы обратного осмоса , очистка хлорно-щелочных сточных вод, сточные воды целлюлозно-бумажных заводов, и потоки отходов от производства продуктов питания и напитков. Наряду с разбавленными солями он может содержать остатки химикатов для предварительной обработки и очистки, побочные продукты их реакции и тяжелые металлы из-за коррозии.
Солевой раствор для сточных вод может представлять значительную опасность для окружающей среды как из-за коррозионного и осадкообразующего воздействия солей, так и из-за токсичности других разбавленных в нем химических веществ. [12]
Незагрязненный рассол из опреснительных установок и градирен можно вернуть в океан. Чтобы ограничить воздействие на окружающую среду, его можно разбавить другим потоком воды, например, стоком очистных сооружений или электростанции. Поскольку рассол тяжелее морской воды и может скапливаться на дне океана, для него требуются методы, обеспечивающие надлежащую диффузию, такие как установка подводных диффузоров в канализации . [13] Другие методы включают сушку в прудах-испарителях , закачку в глубокие колодцы, а также хранение и повторное использование рассола для орошения, удаления льда или борьбы с пылью. [12]
Технологии очистки загрязненного рассола включают: процессы мембранной фильтрации, такие как обратный осмос и прямой осмос ; процессы ионного обмена, такие как электродиализ или обмен слабокислых катионов ; или процессы испарения, такие как термические концентраторы рассола и кристаллизаторы, использующие механическую рекомпрессию пара и пар. Новые методы мембранного концентрирования рассола, использующие обратный осмос с осмотическим управлением и связанные с ним процессы, начинают набирать популярность как часть систем с нулевым сбросом жидкости (ZLD). [14]
Смотрите также
- Добыча рассола
- Brinicle - растущая вниз полая труба льда, окружающая струю нисходящего рассола, которая образуется под развивающимся морским льдом.
- соляные бассейны , бескислородные очаги высокой солености на дне океана
Рекомендации
- ^ a b Вестфаль, Гисберт; Кристен, Герхард; Вегенер, Вильгельм; Амбатьелло, Питер; Гейер, Гельмут; Эпрон, Бернар; Бонал, Кристиан; Штайнхаузер, Георг; Гётцфрид (2010). «Хлорид натрия». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a24_317.pub4 .
- ^ Панагопулос, Аргирис; Хараламбус, Кэтрин-Джоанн; Лоизиду, Мария (ноябрь 2019 г.). «Методы утилизации и технологии очистки опресненных рассолов - Обзор». Наука об окружающей среде в целом . 693 : 133545. Bibcode : 2019ScTEn.693m3545P . DOI : 10.1016 / j.scitotenv.2019.07.351 . PMID 31374511 .
- ^ «Ранняя соляная промышленность Scioto Saline-Огайо» (PDF) . dnr.state.oh.us. Архивировано из оригинального (PDF) 07.10.2012.
- ^ «Глобальный обзор появления и происхождения соленых подземных вод» . igrac.net. Архивировано из оригинала на 2011-07-23 . Проверено 17 июля 2017 .
- ^ а б «Системы вторичного хладагента» . Cool-Info.com . Проверено 17 июля 2017 года .
- ^ «Хлорид кальция против гликоля» . accent-refrigeration.com . Проверено 17 июля 2017 года .
- ^ Кольбе, Эдвард; Крамер, Дональд (2007). Планирование замораживания морепродуктов (PDF) . Программа морского гранта на Аляске Государственный университет штата Орегон . ISBN 978-1566121194. Архивировано из оригинального (PDF) 12 июля 2017 года . Проверено 17 июля 2017 года .
- ^ Кеммер, Фрэнк Н., изд. (1979). Справочник NALCO по воде . Макгроу-Хилл. С. 12–7, 12–25.
- ^ «Жесткая и мягкая вода» . GCSE Bitesize . BBC.
- ^ Аруп К. СенГупта (19 апреля 2016 г.). Ионный обмен и экстракция растворителем: серия достижений . CRC Press. С. 125–. ISBN 978-1-4398-5540-9.
- ^ «Предварительное увлажнение солевым раствором для более эффективного удаления обледенения проезжей части» . www.usroads.com . Архивировано из оригинала на 2015-01-07 . Проверено 14 января 2012 .
- ^ а б «7 способов утилизации солевых отходов» . Desalitech . Проверено 18 июля 2017 года .
- ^ «Опреснение обратным осмосом: утилизация рассола» . Lenntech . Проверено 18 июля 2017 года .
- ^ «Новая технология концентрирования рассола с использованием мембранной системы» (PDF) . Вода сегодня . Проверено 31 августа 2019 года .