Bor, który w środowisku naturalnym występuje często w formie soli kwasu ortoborowego, rozpowszechniony jest w przyrodzie, chociażby jako element uboczny wietrzenia skał. Może jednak stanowić efekt działalności przemysłowej człowieka. Przemysł, w tym metalurgiczny, szklany, ceramiczny, rolny czy nawet energetyczny stwarza warunki do tego, aby bor stał się składnikiem ścieków. A to może być potencjalnie niebezpieczne. Warto wiedzieć zatem jak dochodzi do tego, że bor pojawia się w ściekach, jakie są związane z tym realne zagrożenia dla środowiska, czy można usunąć bor, a jeśli tak, jakimi metodami można oczyszczać ścieki z zawartością boru?
Czym jest bor i jego obecność w ściekach?
Bor w ściekach pojawia się zarówno naturalnie, jak i jako efekt uboczny działalności człowieka.
- Naturalna obecność wynika z faktu, że bor jest mikroelementem roślin i zwierząt, ale występuje też w glebie, skałach i wodach podziemnych. W wyniku naturalnych procesów geologicznych, bor może przedostawać się do środowiska wodnego, a następnie do ścieków.
- Bor może pochodzić z różnych produktów codziennego użytku, takich jak detergenty, środki czyszczące, kosmetyki, środki przeciwko pleśniom itp. Kiedy te produkty są spłukiwane do toalety lub zlewu, bor w nich zawarty może przedostać się do systemu kanalizacyjnego.
- Przetwórstwo szkła to duża szansa na przedostanie się boru do ścieków. Ma to związek z wykorzystaniem borokrzemianów, które są ważnym składnikiem w procesie produkcji szkła. Używane są jako składniki do wytwarzania szkła, w tym szkła o różnych właściwościach, takich jak szkło hartowane, ognioodporne, kwasoodporne itp. Podczas różnych etapów produkcji szkła, np. podczas jego topienia, formowania, hartowania, wygładzania, obróbki i czyszczenia, mogą występować straty materiałowe oraz powstawać odpady i ścieki zawierające bor. Odpady te często zawierają rozpuszczone sole boru, takie jak borokrzemiany, które mogą przedostać się do ścieków przemysłowych.
- W przemyśle metalurgicznym, związanym z produkcją i przetwarzaniem metali, takich jak aluminium, miedź, cynk, żelazo itp. bor może występować w różnych postaciach, w zależności od rodzaju procesu i surowców używanych w produkcji. Związki boru mogą w przemyśle metalurgicznym pojawiać się jako dodatkowe składniki chemiczne, modyfikujące np. właściwości aluminium.
- Bor jako jeden z pierwiastków śladowych niezbędnych dla wzrostu i rozwoju roślin, do ścieków trafiać może w wyniku praktyk związanych z uprawą roślin, stosowaniem nawozów i środków ochrony roślin. Bor zawierać mogą niektóre pestycydy.
Niezwykle ważna jest identyfikacja źródła nadmiaru boru w ściekach i podejmowanie środków zaradczych, takie jak regulacje dotyczące emisji, monitorowanie jakości ścieków i stosowanie odpowiednich procesów oczyszczania, aby ograniczyć obecność boru w ściekach i jego wpływ na środowisko.
Zagrożenia dla środowiska związane z obecnością boru w ściekach
Obecność boru w ściekach nie pozostaje bez wpływu na środowisko. Zagrożenia wynikają głównie z toksyczności tego pierwiastka i potencjalnego wpływu na organizmy żywe oraz ekosystemy wodne. Bor wprawdzie występuje naturalnie, jednak w niewielkich ilościach. W przypadku nadmiernej jego zawartości (np. w wodzie pitnej jego maksymalne dopuszczalne przepisami stężenie to 1 mg/l) może wykazywać właściwości toksyczne. Bor ma zdolność do gromadzenia się w organizmach, zarówno roślinach, jak i zwierzęcych. Może wpływać na różne procesy biologiczne, takie jak metabolizm, funkcjonowanie układu hormonalnego i rozród.
Charakterystycznymi objawami toksyczności boru dla roślin może być wystąpienie chlorozy, która powoduje zżółknięcie liścia od strony blaszki. Wraz z upływem czasu żółknięcie zajmuje całą powierzchnię liścia. Kiedy toksyczne działanie pierwiastka osiągnęły apogeum, nastąpiłaby nekroza rośliny, czyli jej obumarcie.
Z kolei jeśli bor zacząłby się nadmiernie kumulować w organizmach dzikich zwierząt, prowadziłby do ich zatrucia. Degeneracji ulegają między innymi nerki. Następują też niekorzystne objawy ze strony układu krwionośnego, w tym spadek ilości hemoglobiny. Pojawić mogą się problemy skórne oraz zaburzenia trawienne.
Metody uzdatniania wody i usuwania boru
Biorąc pod uwagę powyższe zagrożenia, w przypadku gdy na danym terenie znajdują się zakłady przemysłu metalurgicznego, zakłady szklarskie albo działa produkcja ceramiki bądź rozwija się rolnictwo, do oczyszczania ścieków powinno się podejść bardzo odpowiedzialnie.
A jakie są metody usuwania boru ze ścieków? Wyróżnia się tutaj między innymi następujące metody:
- Wymiana jonowa i adsorpcja — wymiana jonowa sprawdza się szczególnie wtedy, kiedy roztwór z zawartością boru zawiera kilkadziesiąt mg tego pierwiastka na dm3. Oczyszczanie odbywa się przy pomocy jonowymiennych żywic, najlepiej takich, których średnice ziaren wahają się w granicach 50-75µm. Równie ważna jest wysokość samego złoża, ponieważ im wyższa, tym bardziej zwiększa się adsorpcja boru. W przypadku jonowymiennej adsorpcji dobrze sprawdzą się jony metali tworzących wodorotlenek niklu, glinu, żelaza, cynku. Żywice jonowymienne muszą się regenerować, a w tym celu stosuje się specjalną neutralizację z roztworem wodorotlenku sodu i roztwory kwasowe, które wymywają kwas ortoborowy.
- Odwrócona osmoza — to proces, który fachowo określić można jako dyfuzja cząsteczek przez półprzepuszczalną membranę z roztworu o wyższym stężeniu, do takiego o niższym stężeniu. Przenikanie cząsteczek przez membranę wymusza odpowiednio duże ciśnienie. Półprzepuszczalna membrana „zatrzymuje” cząsteczki boru.
Powyższe metody to dwie najpopularniejsze, które wykorzystywane są do usuwania boru ze ścieków na skalę przemysłową. Oprócz tego stosuje też jeszcze inne skomplikowane metody, z których wymienić można
- koagulację,
- elektrokoagulację
- nanofiltrację
- elektrodializę
- elektrojonizację
Trzy ostatnie procedury to podobne do odwróconej osmozy procesy membranowe.
Wartość badania wody jako narzędzia do monitorowania i zapobiegania zagrożeniom
Wg przepisów, dopuszczalne stężenie boru w wodzie i odprowadzanych do wód ściekach nie może przewyższać 1 mg/l. Podobnie jak uzdatnianie wody powinno być poprzedzone przez dokładne badanie wody, tak również ścieki powinny podlegać ocenie przez specjalistów, tak, aby można było oszacować realną zawartość boru czy innych niepożądanych substancji i dobrać optymalne narzędzia do poprawy jakości ścieków. Dzięki oznaczeniu stężania boru w ściekach można przeciwdziałać zanieczyszczeniu borem wód gruntowych, które później mogą trafić do ujęcia wody (np. studni głębinowej, studni kopanej). Zwiększa się też bezpieczeństwo nawadniania upraw oraz pośrednio chroni roślinność i zwierzęta. (kiedy np. od podlewania lub pojenia zwierząt gospodarczych wykorzystywana jest woda ze studni). Dzięki regularnym monitorowaniu jakości wody i ścieków, można szybko zidentyfikować zwiększoną obecność istniejących zanieczyszczeń, co umożliwia podjęcie działań prewencyjnych i eliminacyjnych.
