Кремний и кремниевая кислота
1. Откуда в воде появляется кремний?
Люди давно научились применять различные методы обработки для очищения воды от примесей. Все наслышаны о железе, солях жесткости и органических соединениях. Но в недрах земли есть много элементов, повышенное содержание которых в воде встречается не так часто. Однако повышенное содержание их наличие в воде может негативно влиять как на здоровье человека, так и на сантехнику и оборудование. Одним из таких элементов является кремний и кремниевая кислота.
Кремний – природный материал. Кремний является довольно распространенным минералом в природе. К примеру, высокая концентрация в грунтовых водах кремния создает аномальные зоны. Особенно такому риску подвержены определенные регионы в северной и западной части России.
Кроме естественного природного происхождения, кремний может попадать в воду в результате деятельности человека. Особенно в результате деятельности предприятий по переработке шпата, изготовлению цемента, стекла.
Содержание кремния в питьевой воде согласно СанПин 2.1.4.1074-01 не должно превышать 10 мг/л, а по обновленным нормативам в 01.03.2021 г. его содержание в питьевой воде не должно превышать 20 мг/л. Но на практике эта концентрация в скважинной воде бывает превышена в несколько раз, до 60 мг/л.
То есть всего есть два способа попадания кремния в воду: природный и техногенный. В первом случае происходит насыщение грунтовых вод, когда они проходят определенные пласты земли. А далее эта вода попадает к человеку из скважин. И во втором случае при сливе сточных вод некоторых типов предприятий. Которые так же потом, инфильтровываясь в почву, попадают в грунтовые воды. Особенно повышенное содержание кремния происходит при неправильной фильтрации стоков. В этом случае концентрация примесей превышает нормативы в несколько раз.
2. Проблемы, которые вызывает вода с повышенным содержанием кремния и кремниевой кислоты
Для человека этот элемент в организме незаменим. Он по сути является строительным материалом для костей, мышц, соединительной ткани организма. Поступает к нам с пищей или с водой. Доказано, что кремний, растворенный в жидкости наиболее быстро усваивается организмом. Но при его повышенных концентрациях начинаются проблемы. Вред воды с кремнием наносит ущерб не только здоровью, но и оборудованию. Опубликовано много работ, в которых представлены данные об опасности этого элемента. Развивается мочекаменная болезнь, нарушается работа лёгких, что приводит к фиброзу. У людей, болеющих диабетом, найдено в организме повышенное содержание кремния, которое они получали с водой. Если элемент растворен в жесткой воде, то на организм это влияет еще сильнее. Так как биохимические процессы связывают кальций и кремний.
В промышленном производстве такая вода приводит к появлению сложных силикатных накипей. Поэтому в химической, фармацевтической и других видах производства такая вода не подойдет без определенной обработки. Кремниевая кислота вступает в реакцию с солями жесткости и значительно снижает теплопроводность нагревательных элементов. А это значит снижение производительности, ухудшение качества производимой продукции, повышение энергозатрат. То есть вред, который наносит кремний сравним с солями жесткости. А если эти элементы еще объединяются, то использование такой воды не то что не рекомендуется, а запрещается.
3. Способы очистки воды от кремния
Для того чтобы устранить кремний из воды требуется провести химический анализ. Без этой процедуры наличие элемента не определить. Кремний не изменяет вкус, запах или внешний вид воды.
Условия применения:
- Кремний более 10 мг/л.
3.1 Фильтрация методом обратного осмоса
Самым оптимальным методом очистки являются установки обратного осмоса. Они универсальны по значению и не зависят от исходного источника воды.
Принцип работы системы: Поток воды поступает на начальную обработку фильтром грубой очистки. Это необходимо для устранения крупных примесей и снижения нагрузки на мембрану. Затем вода поступает на фильтр тонкой очистки, и при необходимости очистки от хлорки или органических веществ, на угольный фильтр. Далее вода поступает в установку обратного осмоса, в колонну, где расположена мембрана. Материал, которым она покрыта содержит множество ячеек. Под напором поток проходит через поверхность мембраны, разделяясь на концентрат (грязную воду) и пермеат (очищенную, деминерализованную воду). Пермеатом называют чистую воду, которая уходит потребителю. А концентратом, загрязненную. Пермеат проходит в накопительную емкость для дальнейшего использования. А концентрат вместе с кремнием и другими загрязнениями утилизируется в дренаж.
Рис.1 Схема очистки от кремния обратным осмосом
Подбирается установка, исходя из технических характеристик воды, концентрации примесей и производительности. Каждое оборудование имеет свои требования к исходной воде. Иначе процесс фильтрации становится менее эффективным.
Установку можно автоматизировать. Несомненным преимуществом станет контроль промывки элемента. Это делает блок управления. Они бывают ручные или автоматические, включают промывку по времени или по количеству пройденной воды. Зависит от модели и производителя.
3.2 Фильтрация ионным обменом
Очищение воды от кремния анионитами проводится в тех случаях, когда требуется устранить только сам кремний, без умягчения.
Анионитовый метод обескремнивания воды в цикле ионитового обессоливания с сильноосновными анионитами обеспечивает снижение концентрации кремнекислых соединений до 0,03...0,05 мг/л. Сущность анионитового метода обескремнивания и одновременного обессоливания воды заключается в следующем: воду пропускают через катионит в H-форме, где из нее извлекаются катионы Са(11), Mg(II), К(1) и Na(I). Затем вода проходит через фильтры со слабоосновным анионитом, где она избавляется от анионов сильных А 275 кислот. После дегазации воды для удаления из оксида углерода (IV) ее пропускают через фильтры с сильноосновным анионитом, где удаляется слабая кремниевая кислота. Для получения воды с общим содержанием соли менее 1 мг/л, в том числе с общим содержанием кремниевой кислоты менее 0,03 мг/л, применяют трехступенчатые схемы ионирования. К недостаткам этого метода относится его относительно высокая стоимость, что объясняется большим расходом едкого натра на регенерацию и быстрым уменьшением в процессе эксплуатации кремнеемкости высокоосновных анионитов Это вынуждает заменять их через каждые 1,5...2 года.
Рис. 2 Удаление кремния ионным обменом
Такие системы больше приоритетны для промышленных производств. Так как проводить регенерацию щелочью и кислотной в домашних условиях несколько неудобно и довольно дорого.
4. Рекомендации
Содержание кремния в воде строго регламентируется действующими нормативами на питьевую воду СанПин 2.1.4.1074-01. Воду с повышенным содержанием кремния воду не рекомендуется использовать ни на производстве, ни в быту. Последствия применения такой воды очень неблагоприятны как для здоровья человека, так и для оборудования.
Сроки службы фильтрующих элементов зависят от концентрации вредных веществ, их количества, типа и производительности. Например, полупроницаемая мембрана, в среднем, рассчитана на среднюю эксплуатацию до 2 лет. Рекомендуется проводить периодические проверки на исправность системы и вовремя менять элементы очистки.
Установки обратного осмоса и ионного обмена показали качественную очистку на высоком уровне. Именно поэтому являются современными приоритетными способами очистки воды от кремния и кремниевой кислоты.
