Практически все микроэлементы, которые встречаются в нашем ежедневном рационе, могут быть и полезными при правильном их количестве и форме поступления в организм, и вредными, если наблюдается их переизбыток. Поэтому многие частные лица, а также представители коммерческих компаний или муниципальных учреждений обращаются к специалистам для удаления кремния из питьевой воды. Само по себе вещество необходимо для человека, поскольку оно не просто содержится в крови, костной и мышечной ткани, но и способствует улучшению обменных процессов, транспортировки нервных импульсов по окончаниям. Но превышение даже необходимых веществ может негативно сказаться на здоровье. Что предпринять в таком случае, читайте далее.
Нужна ли очистка от примесей
Химический элемент Si не оценивается системой здравоохранения как токсичный или вредный, однако, его нормы строго регламентированы и составляют не более 10 мг на один литр по российскому нормативу СанПиН. При этом среднее количество вещества в водопроводном ресурсе, а также в водоемах может варьироваться в пределах от 1 до 30 мг/л. То есть превышать норму вплоть до 3 раз.
Негативное влияние примеси на человека не доказано, есть некоторые исследования, но они не представляют значительной ценности. Именно по этой причине нет международного норматива содержания химического элемента, при водоподготовке его уровень могут даже не определять. Зато Si может очень плохо отразиться на производственных процессах. Поэтому жидкость тщательно проверяют и подготавливают перед тем, как использовать в технических целях.
Проблемы, связанные с повышенным содержанием кремния в технической воде
Кремниевая кислота может присутствовать в водном растворе в нескольких формах, например, в коллоидной или ионнодисперсной. Это зависит от многочисленных факторов, в том числе, от температуры, уровня рН, и от того, какие примеси находятся в составе и вступают в реакции. Такой ресурс (с повышенным количеством Si) недопустимо использовать для следующих производственных целей:
-
наполнение паровых котлов с высоким давлением;
-
изготовление бытовых химикатов, фармацевтической и иной продукции с применением различных химических средств;
-
производство некоторого типа текстиля, например, капроновых нитей;
-
вторичная переработка лома цветного металла.
При любом нагреве в емкостях (нагревательные котлы, теплообменники) вещество вступает в реакцию с другими примесями и образует сложную силикатную накипь. При этом его процент содержания не менее 50%, остальные приходятся на оксиды железа и других металлов, а также на натрий. Такие отложения скапливаются на стенках сосудов, образуют прочный слой, который обладает низкой теплопроводностью – именно это максимально снижает энергоэффективность теплопроводного или нагревательного оборудования.
Избежать образования силикатной накипи можно только фильтруя ресурс перед нагреванием в котлах и используя специальные кремниевые камни для очистки воды. Предварительное обескремнивание, как этап водоподготовки, будет зависеть от необходимых текущих показаний, в том числе от поддерживаемого давления и температуре в котле. Таким образом, норматив для технического водного ресурса намного более жесткий – не больше 0,1 мг Si на литр раствора.
Еще одна сфера, которая сильно зависит от качества поступаемой жидкости, это производство спиртосодержащей продукции. Но и безалкогольные лимонады и прочие напитки (кроме специальных с высокой пользой для человека и минералами) имеют ограничение на эту примесь.
Таким образом, практически любая производственная сфера для получения разрешения на деятельность, а также в целях обеспечения высокого качества готового продукта (будь то пищевой или, например, металлургический товар), требует установления промышленных фильтров водоподготовки. Особенно это касается тех производств, которые пользуются собственными скважинами для добычи водного ресурса.
Интересный факт, что в обычной жизни люди часто используют кремниевую крошку для очистки воды в колодце или просто обеззараживают уже добытую жидкость с помощью помещения в резервуар кремния. Таким образом, это химическое вещество одновременно является и нежелательным в составе (для технических целей) и положительным при домашнем, бытовом применении. Объясним, почему. Элемент, вступая в реакцию с водным раствором, нейтрализует (они выпадают в осадок) такие примеси, как хлористые соединения, аммиак, соли аммония и тяжелых металлов, нитраты, железо. Кроме того, содержание Si способствует обеззараживанию, подавляет жизнедеятельность и размножение ряда бактерий, вирусов и грибков. Поэтому в повседневной жизни для питья обескремнивание не проводят.
Подготовка к проведению процедуры очистки
В первую очередь, как и при любом выборе системы фильтрации, назначается экспертиза. Берется анализ ресурса из скважины, причем делать это необходимо не на одной глубине, а на нескольких уровнях, поскольку следует учитывать изменение количества осадков в зависимости от времени года. Полученный образец отправляется в анализ на определение дозы кремния на литр. Затем по результатам, которые обычно оказываются положительными, т.к. в естественной природе содержание этого компонента достаточно высоко, назначаются процедуры по обескремниванию.
Если вы хотите узнать содержание вещества в водопроводном ресурсе или собственном колодце, можно провести элементарный тест, который включает нагревание емкости с длительным кипением. В ходе испарения на стенках будет образовываться накипь. В зависимости от того, насколько она твердая (как плохо счищается под механическим воздействием) можно визуально определить – много кремния или нет, поскольку максимальную прочность имеют именно силикатные отложения.
Теперь можно приступать к очистке.
Методы, как очистить воду от примесей кремния
Технологии фильтрации не стоят на месте, постоянно развиваются, увеличивается их количество. В связи с этим, мы сперва представим способы, которые можно назвать классическими – они использовались повсеместно, но постепенно были признаны малодейственными, дорогостоящими и вытеснены более прогрессивными технологиями. К таким устарелым, но все же иногда используемым методам можно отнести следующие:
-
сорбция железными и алюминиевыми гидроксидами;
-
осаждение известью;
-
электрокоагулирование;
-
фильтрование через магнезиальный сорбент.
Большинство из них нуждаются либо в повторном фильтровании (теперь уже от продуктов, которые являлись очищающими), либо отличаются высокой стоимостью проведения процедуры.
Следующие способы позволили меньше расходовать электроэнергию, упростили состав реагентов, а также увеличили общую эффективность процедуры:
-
ионный обмен;
-
ультрафильтрация;
-
нанофильтрация;
-
обратный осмос;
-
электродеионизация.
Подробнее расскажем о каждом варианте и о том, как ставят фильтр для очистки воды от кремниевой кислоты.
Ионный обмен
Убрать все связанные кислотами частички кремния не так просто, поэтому производят многоступенчатую водоподготовку. Сперва жидкость пропускают через катионный прибор, там убираются все катионы железа, натрия, кальция. Затем, уже обессоленный водный ресурс проходит дважды под воздействием анионного фильтрования, где сперва удаляются тяжелые соли и кислоты, а затем легкие, в том числе кремниевая. При этом процессе участвуют реагенты, в том числе углекислота. Затем происходит регенерация гидроксидом натрия. Это эффективный метод, но есть и минусы – достаточно высокая стоимость на трехступенчатую фильтрацию и использование большого объема регенерирующего едкого натра. Аниониты, которые участвуют в процессе, следует заменять в установке каждые 1,5-2 года в зависимости от литража перегоняемой жидкости.
Обратный осмос
Технология очень проста и используется повсеместно – как для очистки сточных вод, так и для питьевого и технологического источника. Основным преимуществом является получение фактически кристально чистого водного раствора с минимальным содержанием примесей. Для питья это не очень хорошо (организму требуется некоторое содержание солей, минералов), но для прохождения любого производственного процесса – отлично. Итак, как проходит метод.
Есть растворитель, который пропускается через мельчайшую мембрану. Жидкость проходит, оставляя на ее стенках связанные частицы металла, а также кремния. Получаются две субстанции – пермеат (очищенная, обессоленная вода) и концентрат (остаток с высокой концентрацией примесей, который уходит в слив). Интересно, что мембранный материал очень плохо реагирует на различные органические соединения, а также на хлор, поэтому, чтобы продлить срок службы фильтров для воды с целью очистки от кремния, следует поставить систему предварительной грубой водоподготовки.
Также следует заботиться о регулярном промывании мембраны специальными антискалантами или диспергантами – они способствуют разложению оставшихся на мембранной ткани осадков из мельчайших частиц.
Но на этом система фильтрации технической воды обычно не заканчивается. Да, элементы кремниевой кислоты уже находятся в сливе, но среда все же должна подвергнуться вторичной обработке. Возможные узлы для посточистки:
-
угольный фильтр для защиты от остатков органики и хлора;
-
реминерализаторы – они участвуют в процессе добавления в состав полезных микроэлементов, например, кальция, натрия; на производстве в этом не всегда есть потребность, но для скважин для питьевой воды – обязательно;
-
структуризаторы, которые улучшают внутреннюю структуру H2O;
-
ультрафиолетовое обеззараживание – воздействует преимущественно на органические соединения, которые являются потенциально вредными для здоровья;
-
дозатор фосфатов и сульфатов натрия для коррекции уровня рН – необходимо в технологических целях преимущественно для того, чтобы предотвращать коррозийный процесс металлических элементов.
В результате получаем систему водоподготовки, которая может быть использована практически для любых целей. Таким образом, очищаем и ресурс, полученный из водопровода, и из скважины. Им можно активно пользоваться при подготовке жидкости к технологическому использованию.
Представим схему обратного осмоса:
Ультрафильтрация для очистки воды от черного кремня
Этот способ относится к мембранным технологиям и заключается также в пропускании потока жидкости через мембрану под высоким давлением. При этом устраняется до 95% содержащегося Si. Использование способа оправдано в тех случаях, когда очень важно дополнительно избавиться от органических загрязнений, например, при подаче жидкости на пищевое производство.
Нанофильтрация
Это еще одна разновидность обратного осмоса. Но в отличии от вышеприведенной технологии здесь мембрана имеет более крупные ячейки и, как следствие, пропускная способность тоже увеличивается, а селективность, напротив, снижается. Уровень очистки (до 80%) положительно воздействует на концентрацию кремния в воде из скважины, что позволяет делать ресурс, максимально предназначенный и пригодный для употребления в пищу. Он обладает отличными вкусовыми и полезными для организма качествами, а именно:
-
Количество Si не более 10 мг/л.
-
Приемлемая минерализация.
-
Низкая жесткость.
Это же делает воду более подходящей для использования в бытовых целях – для стирки белья, посудомоечной машины, для принятия душа. Такими системами пользуются владельцы частных коттеджей, которым необходимо отфильтровать колодезную или скважинную влагу.
Если цель – получение особо чистого ресурса, например, для производства химикатов, то нанофильтрация может стать первым этапом водоподготовки, а затем будет применяться электродеионизация. Так на выходе получается раствор, в котором не более 0,005 мг Si на литр.
Сорбция гидроксидами алюминия и железа
Данная реакция происходит на основе того, что растворенный в воде кремний вступает во взаимодействие с железом в степени окисления +3. Кремниевые кислоты в результате сорбируются, а на поверхности образуется сложный железосиликат – и его формула непосредственно зависит от того, какое количество Si было в растворе. Процедура хороша тем, что ее можно проводить еще на самой начальной стадии водоподготовки – на момент обесцвечивания. Поскольку хлопья гидроксидов алюминия или железа оседают, «захватывая» с собой и кремний. Но стоит отметить, что если это вещество находится в большой концентрации в растворе, то его обезжелезивание может пройти неэффективно.
Осаждение известью
Способ эффективен при достижении температуры в 98 градусов. Если осадителя избыточное количество (по отношению ко кремниевой кислоте), то можно добиться высокого качественного показателя до 0,4 – 0,5 мг Si на литр. В то время как предыдущий способ с железом и алюминием дает результат не лучше, чем 1,5 – 2 мг/л.
Гашеная известь при соприкосновении с примесями образует малорастворимый силикат кальция, жженый магнезит и доломит. Совокупность этих веществ выпадает в осадок.
Электрокоагулирование
В водный резервуар опускаются электроны, по ним будет подаваться разряд. Постоянный ток приводит к постепенному растворению проводников с высвобождением ионов. Они, в свою очередь, вступают с химическими элементами – примесями, это объединение в виде хлопьев выступает в осадок. Для очищения воды от кремния используются стальные аноды (параллельно убирается хром), в то время как для устранения меди, никеля и цинка используется алюминий.
Способ считается промышленным и применяется для очистки технического ресурса и стоков.
Фильтрование через магнезиальный сорбент
Это эффективный метод при котором необходимо обеспечить толщину сорбирующего слоя не менее 3,5 – 4 метра, а также температуру воды 40-50 градусов. Скорость прохождения раствора – 10 м/ч. Есть и нюанс – потребность часто менять фильтр, поскольку регенерировать его не представляется возможным.
Электродеионизация
Помогает провести глубокое обессоливание водного ресурса. Технология заключается в помещении ионообменной смолы (с зернами катионита и анионита) в камеры электродиализного аппарата.
В статье мы рассказали про обескремнивание природного ресурса в технологических целях. А также упомянули, что в домашних условиях, напротив, используются обеззараживающие полезные свойства камня кремния для очистки, а то, как очищают фильтры и где их взять, можно узнать в компании «Вода Отечества», которая предлагает свои услуги по установке фильтрационного оборудования.