Sali di sodio comuni nelle soluzioni acquose e tecnologie per la loro rimozione e purificazione
I sali di sodio si dissociano in ioni sodio (Na+) e nei rispettivi anioni. In acqua diluita, il sale è quindi presente sotto forma di ioni disciolti anziché di molecole di sale intatte. Gli esempi riportati di seguito si incontrano comunemente nelle acque naturali, nei flussi industriali o nei processi di trattamento delle acque; la loro presenza non è universale.
Avete a che fare con un’elevata concentrazione di sali disciolti, un TDS in aumento o una salamoia difficile da trattare? Condividete con Lenntech la composizione del flusso e la qualità dell’acqua desiderata per valutare le possibili soluzioni di trattamento. I sali di sodio contribuiscono al carico di ioni disciolti; il rischio di incrostazioni dipende spesso dagli ioni presenti insieme a essi, come calcio, solfato e carbonato, nonché dalla silice, dal pH e dalla temperatura.
Dall’analisi dell’acqua alla definizione del trattamento
Caratterizzare il flusso (ioni principali, TDS, pH, temperatura e portata) → definire l’obiettivo (qualità dell’acqua, recupero o gestione dei sali) → confrontare le opzioni di separazione → valutare il concentrato e i residui. Si tratta di un percorso decisionale indicativo, non del progetto di un impianto prestabilito: la sequenza di processi appropriata dipende dalla chimica effettiva dell’acqua e dagli obiettivi del progetto.
Sali di sodio comuni e dove si incontrano
| Sale di sodio | Formula | Applicazione / settore / utilizzo tipico | Flussi acquosi tipici in cui si incontra |
|---|---|---|---|
| Cloruro di sodio | NaCl | Desalinizzazione, produzione di cloro-soda, trasformazione alimentare e disgelo stradale. | Acqua di mare, acqua salmastra, ruscellamento dovuto al sale stradale, concentrato della desalinizzazione e salamoie dei giacimenti petroliferi. |
| Solfato di sodio | Na2SO4 | Tintura tessile, attività minerarie e metallurgiche, produzione del vetro e lavorazione della pasta di cellulosa e della carta. | Acque reflue di processo industriali, retentato concentrato delle membrane e salamoie contenenti solfato. |
| Bicarbonato di sodio | NaHCO3 | Trattamento delle acque, regolazione dell’alcalinità, trasformazione alimentare e processi chimici. | Acque naturali con alcalinità bicarbonatica, acqua trattata e flussi di processo. |
| Carbonato di sodio | Na2CO3 | Produzione di vetro e detergenti, addolcimento dell’acqua e regolazione del pH. | Acqua di processo industriale, acque reflue di lavaggio e flussi in cui si utilizza carbonato di sodio per il trattamento. |
| Nitrato di sodio | NaNO3 | Produzione e utilizzo di fertilizzanti e determinati processi chimici. | Acque di drenaggio agricolo, ruscellamento legato ai fertilizzanti e acqua di processo industriale. |
| Fluoruro di sodio | NaF | Determinate applicazioni nel trattamento delle acque e processi chimici industriali. | Acqua di processo contenente fluoruro, acque di risciacquo e determinate acque reflue industriali. |
| Bromuro di sodio | NaBr | Attività nei giacimenti petroliferi e processi chimici legati al bromo. | Salamoie dei giacimenti petroliferi e acque reflue provenienti da processi chimici che impiegano bromuro o bromo. |
| Fosfati di sodio | Na3PO4, Na2HPO4, NaH2PO4 | Pulizia, tamponamento del pH, trasformazione alimentare, fermentazione e produzione chimica. | Acque reflue di lavaggio, acque di processo alimentari e di fermentazione e flussi industriali contenenti fosfati. |
| Silicato di sodio | Spesso rappresentato come Na2SiO3 | Trattamento delle acque, applicazioni nei detergenti e nel vetro e altri usi industriali. | Flussi dei processi di trattamento delle acque, acque di lavaggio e soluzioni di processo industriali. La composizione dei silicati commerciali varia a seconda del grado. |
| Solfuro di sodio e idrosolfuro di sodio | Na2S, NaHS | Attività minerarie e flottazione dei minerali, attività conciarie e processi chimici. | Acque reflue minerarie e di flottazione, effluenti conciari e altre acque reflue di processi chimici. |
Altri composti del sodio possono entrare nell’acqua come sostanze chimiche usate nei trattamenti o nei processi, tra cui il solfito di sodio (Na2SO3), il bisolfito di sodio (NaHSO3), l’ipoclorito di sodio (NaOCl), il tiosolfato di sodio (Na2S2O3), l’idrossido di sodio (NaOH) e l’acetato di sodio (CH3COONa).
Solubilità in acqua e nelle salamoie concentrate
La solubilità è specifica di ciascun composto e dipende dalla temperatura, dalla forma solida o idrata del sale e dalla composizione della soluzione. I valori di solubilità in acqua pura sono utili riferimenti, ma non costituiscono limiti di progetto per una salamoia reale. Nelle acque concentrate, la forza ionica, il pH, la temperatura e gli altri ioni disciolti possono modificare le attività e il comportamento di precipitazione. Il silicato di sodio dipende in particolare dalla formulazione commerciale e anche le sue forme disciolte dipendono dal pH.
Concentrazioni elevate di sali di sodio possono aumentare la pressione osmotica e limitare il recupero nei processi a membrana. La precipitazione di un minerale dipende anche dagli altri ioni presenti: per esempio, calcio e solfato oppure calcio e carbonato possono formare incrostazioni poco solubili anche quando i sali di sodio restano disciolti. Per valutare una corrente specifica occorrono un'analisi rappresentativa dell'acqua e un modello chimico.
Soluzioni per la separazione, la purificazione e la concentrazione
Lenntech può valutare le opzioni di separazione, purificazione e concentrazione per correnti acquose contenenti sali di sodio. La scelta del processo dipende dalla miscela di sali, dalla concentrazione, dagli altri ioni, dalla qualità richiesta per il prodotto o l'effluente, dagli obiettivi di recupero e dalla gestione del concentrato. Le tecnologie seguenti sono possibili soluzioni: nessuna è adatta a tutte le correnti né rimuove tutti gli ioni allo stesso modo.
| Problema di trattamento dell'acqua | Possibile processo | Criteri di scelta |
|---|---|---|
| Elevata concentrazione di sali disciolti o TDS nell'acqua di alimentazione | Osmosi inversa (RO) oppure elettrodialisi (ED)/EDR | Possono ridurre i sali disciolti; il recupero ottenibile dipende dalla pressione osmotica, dal rischio di incrostazioni, dalla composizione dell'acqua di alimentazione e dalla gestione del concentrato. |
| Rimozione selettiva degli ioni multivalenti o della durezza prima della concentrazione dei sali | Nanofiltrazione (NF), addolcimento oppure scambio ionico | La NF in genere separa gli ioni multivalenti più facilmente degli ioni monovalenti sodio e cloruro; pertanto, da sola potrebbe non essere sufficiente se l'obiettivo è rimuovere NaCl. |
| Basso contenuto ionico residuo per applicazioni ad alta purezza | RO seguita, se necessario, da scambio ionico o da un'altra fase di affinamento | Le specifiche da raggiungere e la qualità dell'acqua di alimentazione determinano se sia necessario un affinamento e quale tecnologia sia appropriata. |
| Concentrato di scarto dell'RO o altra corrente residua salina | Ulteriore concentrazione, evaporazione o scarico zero di liquidi (ZLD) | La cristallizzazione o il recupero dei sali possono essere presi in considerazione solo se la chimica della corrente, il pretrattamento, il consumo energetico e la qualità del prodotto recuperato lo consentono. |
| Ione o composto specifico in grado di formare un solido | Scambio ionico selettivo, precipitazione oppure cristallizzazione | Questi processi agiscono su specie o solidi selezionati; non rimuovono automaticamente insieme il sodio e il suo controione. |
Impatto operativo e requisiti applicabili
Nei sistemi industriali, i sali disciolti possono aumentare la conducibilità e la pressione osmotica, limitare il recupero dell'acqua e influire sulle specifiche dell'acqua prodotta. Le correnti contenenti cloruri possono inoltre richiedere una valutazione della compatibilità dei materiali. La formazione di incrostazioni dipende dalla saturazione dei minerali e può coinvolgere ioni come calcio, solfato e carbonato, o la silice; la sola concentrazione di sodio non permette di stabilire se si formeranno incrostazioni.
Per l'irrigazione, il rischio di ridotta infiltrazione nel suolo legato al sodio viene valutato in relazione alla salinità e alle concentrazioni di calcio e magnesio, spesso mediante il rapporto di adsorbimento del sodio (SAR). I requisiti per l'acqua potabile e industriale dipendono dalla giurisdizione e dall'uso previsto. L'OMS non stabilisce un valore guida basato sulla salute per il sodio nell'acqua potabile; concentrazioni di sodio superiori a circa 200 mg/L possono influire sul sapore. Verificare i requisiti applicabili presso l'autorità locale competente e in base alle specifiche dell'uso finale.
Sviluppo di una soluzione di trattamento
Un'analisi rappresentativa dell'acqua aiuta gli ingegneri a confrontare le opzioni di trattamento e a individuare le esigenze di pretrattamento, recupero e gestione dei residui. Ove opportuno, le prove di laboratorio e la validazione su scala pilota possono aiutare a valutare le prestazioni in condizioni operative rappresentative prima di scegliere un progetto su scala industriale. La valutazione della fattibilità del processo di Lenntech descrive questo approccio di valutazione.
Parliamo delle vostre esigenze di trattamento dell'acqua
Per discutere la composizione di un'acqua o di una salamoia specifica, contattate Lenntech all'indirizzo info@lenntech.com.
Fonti e approfondimenti
- OMS: scheda informativa sul sodio nell'acqua potabile.
- FAO: qualità dell'acqua per l'agricoltura (salinità e rapporto di adsorbimento del sodio).
- PubChem: cloruro di sodio.
- PubChem: solfato di sodio.
- PubChem: bicarbonato di sodio.
- PubChem: fluoruro di sodio.
- Linee guida australiane sull'acqua potabile: silicato di sodio.