卤水 (水域)
| 水的鹽度 |
|---|
 |
| 鹽度 |
|
淡水（<0.05%） 半咸水（0.05–3%） 鹽水（3–5%） 鹵水（>5%，最高26%–28%） |
| 水體 |
鹵水（英語：Brine，也可寫為brine water）是含有高濃度鹽（通常是氯化鈉或氯化鈣）的水性溶液。鹵水的鹽濃度從約3.5%（典型的海水濃度，與用作鹵漬食物的較低濃度類似）到約26%（典型的飽和溶解度，因溫度不同而有差異）。其由地下鹽水的蒸發而自然形成，但也會在開採氯化鈉時產生。[1]鹵水可用於食品加工和烹飪（醃（酸性醃製）和鹵漬）、道路和其他建物的除冰，以及許多技術處理過程。鹵水也是許多工業過程的副產品（例如海水淡化），因此需要對其進行工業污水處理，之後再作適當處置，或再進一步利用（如淡水回收）。[2]
在自然界
[编辑]
在自然界中有多種方式可產生鹵水。海水經蒸發後，剩餘的流體中有濃縮的鹽分。當不同的溶解離子達到礦物（通常是石膏和石鹽）的飽和狀態時，就會形成一種稱為蒸發岩，具有地質沉積物特徵。這類鹽沉積物溶解到水中，也會產生鹵水。當海水結冰時，溶解的離子會停留在溶液中，而形成一種稱為低溫鹵水的液體。根據定義，這些低溫鹵水在形成時的溫度會低於海水的溫度，累積一定的數量後會脫離冰層往下滴落，形成一種稱為鹵水冰柱的物體，滴落沿途會把周圍的海水凍結。[3]
鹵水泉在地表的露頭稱為“licks（鹹水泉）”或“salines（鹽水泉）”。[4]地球上不同地點的地下水中，其溶解固體含量差異很大，無論是在特定成分（例如岩鹽、硬石膏、碳酸鹽、石膏、氟化物鹽、有機鹵化物和硫酸鹽），或是在濃度水平方面。使用總溶解固體 (TDS) 含量作標準，為幾種地下水分類，鹵水是含有超過100,000毫克/升TDS的水溶液。[5]鹵水通常在開採油氣完井作業期間出現，特別是那類使用水力壓裂工藝作業的。
用途
[编辑]烹飪
[编辑]鹵水是食品加工和烹調時的常用元素。鹵漬的做法是為保存食物，或為食物調味。鹵漬中有稱為醃的酸性醃製做法，應用於蔬菜、起司和水果。肉類和魚類通常在鹽水中短暫浸泡，作為醃泡的手段，或是以粗鹽塗抹，短時間後再把鹽清除，以增強魚或肉的嫩度和風味，或是延長保存時間。
氯氣生產
[编辑]生產氯元素可透過電解鹵水（NaCl（氯化鈉）溶液）來達成。這種過程還會產生氫氧化鈉 (NaOH) 和氫氣 (H2)。反應方程式如下：
冷凍液
[编辑]在大型製冷設備中，鹵水用作二次流體以傳輸熱能。最常用到的鹵水是以廉價的氯化鈣和氯化鈉為基底的水溶液。[6]採用鹵水是因為水中的鹽分（材料成本相對較低）可降低溶液的凍結溫度，而可大幅提高傳熱效率。按重量計，在23.3%NaCl濃度時，鹵水的最低凝固點為−21.1°C (−6.0°F)。 [6]這種溫度稱為共晶點。
由於鹽基的鹵水俱有腐蝕性，目前已被乙二醇等有機液體所取代。[7]
有些漁船會噴灑氯化鈉鹵水來冷凍漁獲。[8]鹵水最低溫度通常可達−5°F (−21°C)。而鼓風冷凍的溫度可低到-31°F (-35°C，或更低）。高價值的漁獲通常必須在比鹵水制冷低得多的溫度下保存，而需使用鼓風冷凍。[9]
水質軟化及淨化
[编辑]鹵水是硬水軟化和水淨化過程中運用離子交換技術的助劑。鹵水本身不參與淨水過程，而是循環使用，對裝在柱體中離子交換樹脂做再生工作。處理中的水先是流經樹脂容器，直到水被淨化到所需水平。之後再反洗樹脂容器，先去除其中累積的固體、再用濃縮替換離子溶液（鹵水）把樹脂中遭去除的離子沖走，然後再把樹脂中的濃縮溶液沖走，讓樹脂再生。[10]處理後，離子交換樹脂原先飽含處理水中的鈣和鎂離子，通過浸泡在含有6–12%NaCl的鹵水，鹵水中的鈉離子取代樹脂上的鈣離子和鎂離子而完成再生。[11][12]另常見的例子是家用洗碗機，使用稱為洗碗機精的氯化鈉，可避免水垢在機器管線內聚積。
除冰
[编辑]在較低溫度下，鹵水溶液可用於除冰，或是把道路/機場跑道表面的結冰溫度降低。[13]
淬火
[编辑]淬火是鍛造金屬（例如鋼）時所用的一種熱處理工藝。在硬化鋼材的時候，通常會使用鹵水溶液（包括油和其他物質）。使用鹵水，會提高冷卻過程和熱傳遞的均勻性。[14]
污水處理
[编辑]鹵水是許多工業過程的副產品（例如海水淡化、發電廠冷卻塔、石油和天然氣開採時發生的採出水、酸性礦井排水、逆滲透廢棄物、氯鹼法污水、造紙廠流出物以及食品和飲料加工產生的廢棄物流處理）。這類鹵水除含有稀釋的鹽，還含有預處理和清潔用化學品的殘留物、殘留物反應副產物和因腐蝕而來的重金屬。
由於含污染物的鹵水具有腐蝕性和沈積物，以及具有毒性的其他化學品，會造成嚴重的環境危害。[15]
由海水淡化廠和冷卻塔生成，未受污染的鹵水可回歸海洋。但海水淡化產生的鹵水會對海洋生物和棲息地造成損害。[16]為降低此種環境影響，可用例如污水處理廠或發電廠排放口的排水將之稀釋。由於鹵水比海水重，會沉入海底，並在那兒聚積，因此需要採取能確保適當擴散的措施，例如在下水道中安裝水下擴散裝置。[17]其他方法包括有在蒸發池中乾燥、注入深井以及儲存和再利用鹵水作灌溉、除冰或道路防塵的用途。[15]
處理受污染鹵水的技術包括：膜過濾工藝（如逆滲透和正滲透、離子交換工藝（例如電滲析）或蒸發工藝（例如採用蒸汽回收再壓縮和蒸汽鹵水濃縮器和結晶器）。膜式鹵水濃縮的新方法，如採用滲透輔助逆滲透和相關工藝，屬於零液體排放系統 (ZLD) 中的一種，已開始取得進展。 [18]
成分與純化
[编辑]鹵水由Na+（鈉）和Cl-（氯）離子的濃縮溶液組成。其實氯化鈉本身並不存在於水中：它完全以游離的形式存在。在各種鹵水中發現的其他陽離子包括有K+（鉀）、Mg
2+（鎂）、Ca
2+（鈣）和Sr
2+（鍶）。後三者會產生問題，因為它們會形成水垢並與肥皂發生反應。除氯化物之外，鹵水中有時還含有Br−（溴）和I−（碘），而且最有問題的是硫酸鹽離子SO2−
4。純化步驟通常包括在鹵水中添加氧化鈣以將固體氫氧化鎂和石膏 (CaSO4)沉澱，再利用過濾方式去除。之後通過分級結晶達成進一步純化。由此產生的純化鹽稱為蒸發鹽（evaporated salt）或真空鹽（vacuum salt）。[1]
參見
[编辑]參考文獻
[编辑]- ^ 1.0 1.1 Westphal, Gisbert; Kristen, Gerhard; Wegener, Wilhelm; Ambatiello, Peter; Geyer, Helmut; Epron, Bernard; Bonal, Christian; Steinhauser, Georg; Götzfried, Sodium Chloride, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, 2005, doi:10.1002/14356007.a24_317.pub4
- ^ Panagopoulos, Argyris; Haralambous, Katherine-Joanne; Loizidou, Maria. Desalination brine disposal methods and treatment technologies – A review. Science of the Total Environment. November 2019, 693: 133545. Bibcode:2019ScTEn.693m3545P. PMID 31374511. S2CID 199387639. doi:10.1016/j.scitotenv.2019.07.351.
- ^ Brinicles: the icy fingers of death beneath the Antarctic Ocean. Guardian News. 2023-02-16 [2023-04-11]. （原始内容存档于2023-12-05）.
- ^ The Scioto Saline-Ohio's Early Salt Industry (PDF). dnr.state.oh.us. （原始内容 (PDF)存档于2012-10-07）.
- ^ Global Overview of Saline Groundwater Occurrence and Genesis. igrac.net. [2017-07-17]. （原始内容存档于2011-07-23）.
- ^ 6.0 6.1 Secondary Refrigerant Systems. Cool-Info.com. [2017-07-17]. （原始内容存档于2023-11-13）.
- ^ Calcium Chloride versus Glycol. accent-refrigeration.com. [2017-07-17]. （原始内容存档于2022-06-05）.
- ^ Kolbe, Edward; Kramer, Donald. Planning forSeafood Freezing (PDF). Alaska Sea Grant College Program Oregon State University. 2007 [2017-07-17]. ISBN 978-1566121194. （原始内容 (PDF)存档于2017-07-12）.
- ^ INFLUENCE OF TEMPERATURE. Food and Agriculture Organization of the United Nations. [2023-04-11]. （原始内容存档于2023-11-13）.
- ^ Kemmer, Frank N. (编). The NALCO Water Handbook. McGraw-Hill. 1979: 12–7; 12–25.
- ^ Hard and soft water. GCSE Bitesize. BBC. [2023-10-06]. （原始内容存档于2018-06-10）.
- ^ Arup K. SenGupta. Ion Exchange and Solvent Extraction: A Series of Advances. CRC Press. 2016-04-19: 125–. ISBN 978-1-4398-5540-9.
- ^ Prewetting with Salt Brine for More Effective Roadway Deicing. www.usroads.com. [2012-01-14]. （原始内容存档于2015-01-07）.
- ^ 3. Luís H. Pizetta Zordão, Vinícius A. Oliveira, George E. Totten, Lauralice C.F. Canale, Quenching power of aqueous salt solution, International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 140, 2019, Pages 807-818.
- ^ 15.0 15.1 7 Ways to Dispose of Brine Waste. Desalitech. [2017-07-18]. （原始内容存档于2017-09-27）.
- ^ 5. A. Giwa, V. Dufour, F. Al Marzooqi, M. Al Kaabi, S.W. Hasan, Brine management methods: Recent innovations and current status, Desalination, Volume 407, 2017, Pages 1-23
- ^ Reverse Osmosis Desalination: Brine disposal. Lenntech. [2017-07-18]. （原始内容存档于2023-04-17）.
- ^ Novel Technology for Concentration of Brine Using Membrane-Based System (PDF). Water Today. [2019-08-31]. （原始内容存档 (PDF)于2023-04-12）.
