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卤水 (水域)

提示：此条目页的主题不是盐卤或卤水。

卤水（英语：Brine，也可写为brine water）是含有高浓度盐（通常是氯化钠或氯化钙）的水性溶液。卤水的盐浓度从约3.5%（典型的海水浓度，与用作卤渍（英语：brining）食物的较低浓度类似）到约26%（典型的饱和溶解度，因温度不同而有差异）。其由地下盐水的蒸发而自然形成，但也会在开采氯化钠时产生。[1]卤水可用于食品加工和烹饪（腌（酸性腌制）和卤渍）、道路和其他建物的除冰，以及许多技术处理过程。卤水也是许多工业过程的副产品（例如海水淡化），因此需要对其进行工业污水处理，之后再作适当处置，或再进一步利用（如淡水回收）。[2]

在自然界 编辑

主条目：盐水
 
一位NASA技术人员使用比重计，检测一处位于旧金山盐田的卤水浓度。

在自然界中有多种方式可产生卤水。海水经蒸发后，剩馀的流体中有浓缩的盐分。当不同的溶解离子达到矿物（通常是石膏和石盐）的饱和状态时，就会形成一种称为蒸发岩，具有地质沉积物特征。这类盐沉积物溶解到水中，也会产生卤水。当海水结冰时，溶解的离子会停留在溶液中，而形成一种称为低温卤水的液体。根据定义，这些低温卤水在形成时的温度会低于海水的温度，累积一定的数量后会脱离冰层往下滴落，形成一种称为卤水冰柱（英语：brinicle）的物体，滴落沿途会把周围的海水冻结。[3]

卤水泉在地表的露头称为“licks（咸水泉）”或“salines（盐水泉）”。[4]地球上不同地点的地下水中，其溶解固体含量差异很大，无论是在特定成分（例如岩盐、硬石膏、碳酸盐、石膏、氟化物盐、有机卤化物和硫酸盐），或是在浓度水平方面。使用总溶解固体 (TDS) 含量作标准，为几种地下水分类，卤水是含有超过100,000毫克/升TDS的水溶液。[5]卤水通常在开采油气完井作业期间出现，特别是那类使用水力压裂工艺作业的。

用途 编辑

烹饪 编辑

主条目：卤渍（英语：brining）

卤水是食品加工和烹调时的常用元素。卤渍的做法是为保存食物，或为食物调味。卤渍中有称为腌的酸性腌制做法，应用于蔬菜、起司和水果。肉类和鱼类通常在盐水中短暂浸泡（英语：steeping），作为腌泡的手段，或是以粗盐涂抹，短时间后再把盐清除，以增强鱼或肉的嫩度和风味，或是延长保存时间。

氯气生产 编辑

主条目：氯气生产

生产氯元素可透过电解卤水（NaCl（氯化钠）溶液）来达成。这种过程还会产生氢氧化钠 (NaOH) 和氢气 (H2)。反应方程式如下：

  • 阴极：2H+ + 2e− → H2 ↑
  • 阳极：2Cl− → Cl2 ↑ + 2e−
  • 总过程：2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH

冷冻液 编辑

在大型制冷设备中，卤水用作二次流体以传输热能。最常用到的卤水是以廉价的氯化钙和氯化钠为基底的水溶液。[6]采用卤水是因为水中的盐分（材料成本相对较低）可降低溶液的冻结温度，而可大幅提高传热效率。按重量计，在23.3%NaCl浓度时，卤水的最低凝固点为−21.1°C (−6.0°F)。 [6]这种温度称为共晶点。

由于盐基的卤水俱有腐蚀性，目前已被乙二醇等有机液体所取代。[7]

有些渔船会喷洒氯化钠卤水来冷冻渔获。[8]卤水最低温度通常可达−5°F (−21°C)。而鼓风冷冻的温度可低到-31°F (-35°C，或更低）。高价值的渔获通常必须在比卤水制冷低得多的温度下保存，而需使用鼓风冷冻。[9]

水质软化及净化 编辑

卤水是硬水软化和水净化过程中运用离子交换技术的助剂。卤水本身不参与净水过程，而是循环使用，对装在柱体中离子交换树脂做再生工作。处理中的水先是流经树脂容器，直到水被净化到所需水平。之后再反洗树脂容器，先去除其中累积的固体、再用浓缩替换离子溶液（卤水）把树脂中遭去除的离子冲走，然后再把树脂中的浓缩溶液冲走，让树脂再生。[10]处理后，离子交换树脂原先饱含处理水中的钙和镁离子，通过浸泡在含有6–12%NaCl的卤水，卤水中的钠离子取代树脂上的钙离子和镁离子而完成再生。[11][12]另常见的例子是家用洗碗机，使用称为洗碗机精（英语：Dishwasher salt）的氯化钠，可避免水垢在机器管线内聚积。

除冰 编辑

在较低温度下，卤水溶液可用于除冰，或是把道路/机场跑道表面的结冰温度降低。[13]

淬火 编辑

淬火是锻造金属（例如钢）时所用的一种热处理工艺。在硬化钢材的时候，通常会使用卤水溶液（包括油和其他物质）。使用卤水，会提高冷却过程和热传递的均匀性。[14]

污水处理 编辑

主条目：工业污水处理 § 卤水处理

卤水是许多工业过程的副产品（例如海水淡化、发电厂冷却塔、石油和天然气开采时发生的采出水（英语：prodfuced water）、酸性矿井排水（英语：acid mine drainage）、逆渗透废弃物、氯碱法污水、造纸厂流出物（英语：effluent）以及食品和饮料加工产生的废弃物流处理）。这类卤水除含有稀释的盐，还含有预处理和清洁用化学品的残留物、残留物反应副产物和因腐蚀而来的重金属。

由于含污染物的卤水具有腐蚀性和沉积物，以及具有毒性的其他化学品，会造成严重的环境危害。[15]

由海水淡化厂和冷却塔生成，未受污染的卤水可回归海洋。但海水淡化产生的卤水会对海洋生物和栖息地造成损害。[16]为降低此种环境影响，可用例如污水处理厂或发电厂排放口的排水将之稀释。由于卤水比海水重，会沉入海底，并在那儿聚积，因此需要采取能确保适当扩散的措施，例如在下水道中安装水下扩散装置（英语：Diffuser (sewage)）。[17]其他方法包括有在蒸发池（英语：evaporation pond）中干燥、注入深井以及储存和再利用卤水作灌溉、除冰或道路防尘的用途。[15]

处理受污染卤水的技术包括：膜过滤工艺（如逆渗透和正渗透（英语：forward osmosis）、离子交换工艺（例如电渗析）或蒸发工艺（例如采用蒸汽回收再压缩（英语：Mechanical vapor recompression）和蒸汽卤水浓缩器和结晶器）。膜式卤水浓缩的新方法，如采用渗透辅助逆渗透和相关工艺，属于零液体排放系统 (ZLD) 中的一种，已开始取得进展。 [18]

成分与纯化 编辑

卤水由Na+（钠）和Cl-（氯）离子的浓缩溶液组成。其实氯化钠本身并不存在于水中：它完全以游离的形式存在。在各种卤水中发现的其他阳离子包括有K+（钾）、Mg
2+（镁）、Ca
2+（钙）和Sr
2+（锶）。后三者会产生问题，因为它们会形成水垢并与肥皂发生反应。除氯化物之外，卤水中有时还含有Br−（溴）和I−（碘），而且最有问题的是硫酸盐离子SO2−
4。纯化步骤通常包括在卤水中添加氧化钙以将固体氢氧化镁和石膏 (CaSO4)沉淀，再利用过滤方式去除。之后通过分级结晶（英语：fractional crystallization）达成进一步纯化。由此产生的纯化盐称为蒸发盐（evaporated salt）或真空盐（vacuum salt）。[1]

参见 编辑

参考文献 编辑

  1. ^ 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 
  2. ^ 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. 
  3. ^ 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）. 
  4. ^ The Scioto Saline-Ohio's Early Salt Industry (PDF). dnr.state.oh.us. （原始内容 (PDF)存档于2012-10-07）. 
  5. ^ Global Overview of Saline Groundwater Occurrence and Genesis. igrac.net. [2017-07-17]. （原始内容存档于2011-07-23）. 
  6. ^ 6.0 6.1 Secondary Refrigerant Systems. Cool-Info.com. [2017-07-17]. （原始内容存档于2023-11-13）. 
  7. ^ Calcium Chloride versus Glycol. accent-refrigeration.com. [2017-07-17]. （原始内容存档于2022-06-05）. 
  8. ^ 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）. 
  9. ^ INFLUENCE OF TEMPERATURE. Food and Agriculture Organization of the United Nations. [2023-04-11]. （原始内容存档于2023-11-13）. 
  10. ^ Kemmer, Frank N. (编). The NALCO Water Handbook. McGraw-Hill. 1979: 12–7; 12–25. 
  11. ^ Hard and soft water. GCSE Bitesize. BBC. [2023-10-06]. （原始内容存档于2018-06-10）. 
  12. ^ Arup K. SenGupta. Ion Exchange and Solvent Extraction: A Series of Advances. CRC Press. 2016-04-19: 125–. ISBN 978-1-4398-5540-9. 
  13. ^ 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）. 
  14. ^ 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. ^ 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）. 
  16. ^ 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
  17. ^ Reverse Osmosis Desalination: Brine disposal. Lenntech. [2017-07-18]. （原始内容存档于2023-04-17）. 
  18. ^ 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）. 
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