Рассол (или соленая вода ) — это вода с раствором соли высокой концентрации (обычно хлорида натрия или хлорида кальция ). В различных контекстах рассол может относиться к солевым растворам в диапазоне от примерно 3,5% (типичная концентрация морской воды , нижняя граница концентрации растворов, используемых для засолки пищевых продуктов) до примерно 26% (типичный насыщенный раствор , в зависимости от температуры). ). Рассол образуется естественным путем в результате испарения грунтовых соленых вод, но он также образуется при добыче хлорида натрия. [1] Рассол применяется при обработке и приготовлении пищевых продуктов ( маринование и посол ), для борьбы с гололедом 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 правильного удаления или дальнейшего использования ( регенерация пресной воды ). [2]
В природе рассолы производятся разными способами. Модификация морской воды путем испарения приводит к концентрации солей в остаточной жидкости. Характерное геологическое отложение, называемое эвапоритом, образуется , когда различные растворенные ионы достигают состояния насыщения минералов, обычно гипса и галита . Растворение таких отложений соли в воде также может привести к образованию рассолов. Когда морская вода замерзает, растворенные ионы имеют тенденцию оставаться в растворе, в результате чего образуется жидкость, называемая криогенным рассолом. Во время формирования эти криогенные рассолы по определению ниже температуры замерзания морской воды и могут образовывать структуру, называемую рассолом, когда холодные рассолы опускаются, замораживая окружающую морскую воду.
Рассол, выходящий на поверхность в виде источников соленой воды, известен как «лизун» или «соленый раствор». [3] Содержание растворенных твердых веществ в подземных водах сильно варьируется от одного места к другому на Земле, как с точки зрения конкретных компонентов (например , галит , ангидрит , карбонаты , гипс , фторидные соли, органические галогениды и сульфатные соли), 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 производится во время операций по заканчиванию скважин, особенно после гидроразрыва скважины .
Рассол является распространенным агентом в пищевой промышленности и кулинарии. Засолку используют для консервирования или приправы продуктов. Засолку можно применять к овощам , сырам , фруктам и некоторым видам рыбы в процессе, известном как маринование . Мясо и рыбу обычно замачивают в рассоле на более короткие периоды времени в целях маринования , чтобы повысить их нежность и вкус или продлить срок хранения.
Элементарный хлор можно получить электролизом рассола ( раствора NaCl ). Этот процесс также производит гидроксид натрия (NaOH) и газообразный водород (H 2 ). Уравнения реакции следующие:
Рассол используется в качестве вторичной жидкости в крупных холодильных установках для транспортировки тепловой энергии . Наиболее часто используемые рассолы основаны на недорогих хлориде кальция и хлориде натрия . [5] Он используется потому, что добавление соли в воду снижает температуру замерзания раствора, и эффективность теплопередачи может быть значительно повышена при сравнительно низкой стоимости материала. Самая низкая температура замерзания рассола NaCl составляет -21,1 ° C (-6,0 ° F) при концентрации 23,3% NaCl по массе. [5] Это называется эвтектической точкой.
Из-за их коррозионных свойств рассолы на основе солей были заменены органическими жидкостями, такими как этиленгликоль . [6]
Рассол хлорида натрия используется на некоторых рыболовных судах для замораживания рыбы. [7] Температура рассола обычно составляет -5 °F (-21 °C). Температура замерзания воздушного потока составляет -31 ° F (-35 ° C) или ниже. Учитывая более высокую температуру рассола, эффективность системы при воздушном замораживании может быть выше. Ценную рыбу обычно замораживают при гораздо более низких температурах, ниже практического предела температуры для рассола.
Рассол – вспомогательное средство в системах умягчения и очистки воды , использующих технологию ионного обмена . Наиболее распространенным примером являются бытовые посудомоечные машины , в которых используется хлорид натрия в виде соли для посудомоечных машин . Рассол не участвует в самом процессе очистки, а используется для регенерации ионообменной смолы в циклическом режиме. Обрабатываемая вода протекает через контейнер для смолы до тех пор, пока смола не будет считаться израсходованной и вода не очистится до желаемого уровня. Затем смолу регенерируют путем последовательной обратной промывки слоя смолы для удаления накопленных твердых частиц, промывания удаленных ионов из смолы концентрированным раствором замещающих ионов и промывки смолы промывочным раствором. [8] После обработки шарики ионообменной смолы, насыщенные ионами кальция и магния из очищенной воды, регенерируются путем замачивания в рассоле, содержащем 6–12% NaCl. Ионы натрия из рассола заменяют ионы кальция и магния на гранулах. [9] [10]
При более низких температурах соляной раствор можно использовать для удаления льда или снижения температуры замерзания на дорогах. [11]
Закалка — это процесс термической обработки при ковке металлов, таких как сталь. Раствор рассола вместе с маслом и другими веществами обычно используется для закалки стали. При использовании рассола происходит повышенная равномерность процесса охлаждения и теплоотдачи. [12]
Рассол является побочным продуктом многих промышленных процессов, таких как опреснение , градирни электростанций , пластовая вода при добыче нефти и природного газа , кислые шахты или дренаж кислых пород , отходы обратного осмоса , хлор-щелочная очистка сточных вод, сточные воды целлюлозно-бумажных заводов, и потоки отходов от переработки 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, образующиеся в результате коррозии.
Рассол сточных вод может представлять значительную экологическую опасность, как из-за коррозионного и осадкообразующего воздействия солей, так и из-за токсичности других растворенных в нем химических веществ. [13]
Незагрязненный рассол из опреснительных установок и градирен можно вернуть в океан. В процессе опреснения образуется отбросный рассол, который может нанести потенциальный ущерб морской жизни и среде обитания. [14] Чтобы ограничить воздействие на окружающую среду, его можно разбавлять другим потоком воды, например, из водоочистных сооружений или электростанции. Поскольку рассол тяжелее морской воды и может накапливаться на дне океана, необходимы методы, обеспечивающие надлежащую диффузию, например, установка подводных диффузоров в канализации . [15] Другие методы включают сушку в прудах-испарителях , закачку в глубокие колодцы, а также хранение и повторное использование рассола для орошения, борьбы с обледенением или борьбы с пылью. [13]
Технологии очистки загрязненного рассола включают: процессы мембранной фильтрации, такие как обратный осмос и прямой осмос ; процессы ионного обмена, такие как электродиализ или слабокислотный катионный обмен ; или процессы испарения, такие как термические концентраторы рассола и кристаллизаторы, в которых используется механическая рекомпрессия пара и пар. Новые методы мембранного концентрирования рассола, использующие осмотический обратный осмос и связанные с ним процессы, начинают получать распространение как часть систем с нулевым сбросом жидкости (ZLD). [16]
Рассол состоит из концентрированного раствора ионов Na + и Cl− . Хлорид натрия как таковой не существует в воде: он полностью ионизирован. Другие катионы, обнаруженные в различных рассолах, включают K + , Mg 2+ , Ca 2+ и Sr 2+ . Последние три проблематичны, поскольку образуют накипь и реагируют с мылом. Помимо хлорида, рассолы иногда содержат Br- и I- и , что наиболее проблематично, SO.2−
4. Стадии очистки часто включают добавление оксида кальция для осаждения твердого гидроксида магния вместе с гипсом (CaSO 4 ), который можно удалить фильтрованием. Дальнейшая очистка достигается фракционной кристаллизацией . Полученную очищенную соль называют выпаренной солью или вакуумной солью . [1]