Кремний в воде из скважины

Откуда кремний в питьевой воде? Для водоснабжения дач и частных домов обычно используются автономные источники – скважины, реже колодцы. А в многоквартирные постройки вода после очистки подаётся из искусственных или природных водоёмов – рек, водохранилищ, озёр.

Как в природные источники попадает кремний? Он присутствует в природе и по содержанию занимает второе место после самого распространённого кислорода. В земной коре масса кремния составляет порядка 26-28 процентов. Он встречается в некоторых вулканических испарениях, во многих горных породах, в рудах, в самородных драгоценных металлах, в частности, в золоте.

Из земной коры кремний вымывается грунтовыми и подземными водами, которые далее выходят из родников, скважин и колодцев и используются для бытовых, хозяйственных и технических нужд, а также для питья.

Раньше концентрация кремния в природных водных источниках была умеренной благодаря нормальному протеканию естественных процессов обмена. Но в последнее время техногенные факторы стали оказывать выраженное влияние на состав земной коры, подземных вод и наземных водоёмов. Деятельность человека спровоцировала перераспределение различных веществ в природных условиях. В ходе исследований были обнаружены зоны с избыточным количеством кремния в подземных водах, озёрах, реках и родниках.

К основным причинам увеличения содержания кремния в разных источниках относят такие:

• работа компаний, занимающихся производством стекла, некоторых видов керамики и других материалов;
• сточные воды, сбрасываемые предприятиями, которые обрабатывают и перерабатывают кремний, шпат;
• изготовление кремнийсодержащих строительных смесей, например, цемента;
• свалки, особенно с хранением отходов перерабатывающих предприятий
• добыча руд.

В чистом виде кремния в воде практически нет. Он образует различные органические и минеральные соединения с прочими химическими элементами. Наиболее часто в природных водных подземных и наземных источниках встречаются кремниевая кислота, её производные – соли в виде силикатов и гидросиликатов. Самой распространённой формой является диоксид кремния, который называют кремнеземом. Его химическая формула – SiO ₂.

Встречаются в воде и алюмосиликаты, формирующиеся в результате вступления в реакции Si с алюминием. Такие соединения присутствуют во взвешенном коллоидном состоянии. Диоксид кремния имеет вид твёрдых кристаллов без цвета. Эти частицы благодаря свойствам кремнезема и его прочной кристаллической решётке в воде практически не растворяются. Реагирование происходит лишь при достаточно высоких температурах. А в холодной воде формируются коллоиды ортокремневой кислоты с положительными зарядами. Они водорастворимые, но при стоянии твердеют, полимеризуются.

Встречаются также кремнийорганические соединения. При их образовании устанавливается связь между кремнием и углеродом. Дополнительными компонентами состава могут быть водород, кислород.

Хотя кремний не считается токсичным, критическое превышение его уровня негативно влияет на здоровье человека и работу важных систем организма. И именно поэтому санитарными правилами и нормами устанавливаются ПДК, то есть предельно допустимые концентрации.

Согласно СанПиН, максимально в воде из скважины или иного источника может содержаться 10 мг/л, то есть мг/дм ³. Но в большинстве природных водоёмов на поверхности земли и под нею концентрация находится в более широком диапазоне – от 1 миллиграмма на литр до 30.

Полезная информация! ВОЗ и прочими международными и национальными организациями содержание кремния не регламентируется, поэтому и очистка от этого вещества в государственных масштабах не осуществляется. За рубежом люди должны заботиться о качестве воды самостоятельно.

Определение содержания кремния в воде – задача непростая. Элемент не меняет запах и вкусовые качества. Также вода может внешне казаться чистой. Но если диоксид кремния присутствует в избытке, то его кристаллы могут вызывать некоторую мутность, а также выпадать в осадок на дно бутылок и других ёмкостей.

Диоксид кремния и прочие соединения Si можно обнаружить при лабораторном исследовании. Такой анализ может проводиться тремя способами:

• Фотометрическая технология. Она заключается в воздействии на кремниевую кислоту или силикаты молибдата аммония. Образуются соединения, плотность которых определяют в спектре поглощения.
• Колориметрический метод. Он заключается в ведение реагента, окрашивающего конкретный компонент раствора в определённый оттенок.
• Рентгенофлуоресцентный анализ. В его основе лежит воздействие на исследуемые образцы рентгеновских лучей, которые создают спектр: он сбирается, систематизируется и затем изучается.
• Нейтронно-активационная методика. Это ядерный исследовательский процесс, основанный на нейтронной активации.
• Кипячение с последующим введением оксида натрия. Такие манипуляции позволяют переводить в однородное состояние полимеризующуюся кремниевую кислоту и неорганические соединения кремния.
• Выпаривание образца и сплавление его остатка с карбонатом и тетраборатом натрия. Использование данного метода рационально при высоко-полимеризованных производных кремниевой кислоты. Метод позволяет разрушать органические соединения и выявлять концентрации растворённого в воде кремния.

Многие задаются вопросом: если найден кремний в воде скважины, что делать? Бить тревогу или, наоборот, извлекать пользу? В составе многих бутилированных минеральных вод есть кремний, что указывает на то, что вещество полезно, как другие микроэлементы в составе.

И кремний действительно может приносить пользу организму, так как имеет несколько преимуществ. Si нужен каждому человеку, он присутствует в составе крови, обнаруживается в костях, в мышечных и соединительных тканях. Кремний принимает участие в метаболизме, передаче сигналов по нервным волокнам, усвоении организмом некоторых минеральных веществ.

Также Si уничтожает некоторых бактерий, помогает нормализовать работу иммунной системы, способствует снижению концентрации вредного холестерина и защищает стенки сосудов от формирования холестериновых бляшек, нейтрализует хлор и выводит тяжёлые металлы. Кремний входит в витаминно-минеральные комплексы и БАД, используемые для стабилизации веса, улучшения состояния волос, зубов, ногтей и костей. Потребность в Si взрослого человека – 5-30 мг, в зависимости от образа жизни, здоровья и особенностей питания.

Таким образом, кремний полезен. Однако при постоянном потреблении воды с его повышенным содержанием могут возникать проблемы. Диоксид кремния и другие соединения Si при избыточных концентрациях в организме способны провоцировать развитие заболеваний почек (в частности, мочекаменной болезни), отложение солей в коленных, локтевых и других суставах, фиброз лёгких, нарушения обмена веществ, злокачественные новообразования.

Кроме того, высокие концентрации кремния обнаруживались у диабетиков, что косвенно указывает на вероятную связь повышения уровня вещества в организме и рисков развития сахарного диабета.

Кремний способен негативно влиять на работу оборудования. Так, в теплообменниках, насосах, котлах и других ёмкостях или узлах нагревательных и отопительных установок химический элемент при нагреве активно реагирует с прочими веществами. И контакты с некоторыми примесями провоцируют появление силикатной накипи. В ней содержится примерно ½ часть кремния, также присутствуют натрий, оксиды железа и других металлов. Формируемый налёт очень плотный и твёрдый. Он обладает низкой, недостаточной теплопроводностью, что, во-первых, быстро изнашивает нагревательные элементы, во-вторых, понижает энергоэффективность отопительных или других систем.

Воду с увеличенным содержанием кремния нельзя использовать для функционирования паровых котлов с высокими показателями давления, для изготовления капрона и других текстильных материалов, для производства медикаментов и бытовой химии, для переработки цветных металлов, а также для пищевой промышленности. Чтобы добиться оптимальных свойств водного теплоносителя или производственного сырья, нужно установить очистную станцию.

Если выявлен кремний в воде из скважины, что делать? При его повышенном содержании требуется эффективная очистка. Удаление кремния из воды и выведение различных других загрязнений может осуществляться следующими способами:

1. Обратный осмос. Обратноосмотическая установка, согласно исследованиям и отзывам, очищает воду от 99% различных веществ. Суть метода заключается в проталкивании под определённым давлением водного потока через специальную мембрану с мелкопористой и полупроницаемой структурой. На этом фильтрующем элементе остаются примеси, которые образуют концентрат и направляются в канализацию. А чистая вода в виде пермеата подаётся потребителям. Мембрана чувствительна к хлору и органике, поэтому в фильтрах обратного осмоса часто предусматривается предварительная обработка с целью удаления подобных загрязнений. Также мембранный элемент промывается диспергантами и антискалантами для разложения и удаления остающихся в порах очищающего материала осадков и микроскопических частиц.
2. Ионный обмен. Обычно это схема, которая включает три ступени. Сначала вода пропускается через катионный модуль, где происходит замещение ионов кальция, натрия и железа. После такого обессоливания поток направляется в блок анионной фильтрации. Тут устраняются сначала тяжёлые кислоты и соли, потом лёгкие, к которым относится кремниевая. Для хода такого процесса используют углекислоту и другие реагенты. Следующий этап – регенерация с применением гидроксида натрия. Технология эффективна, но имеет большую стоимость. Аниониты требуют замен с периодичностью один раз в 1,5 или 2 года. Также расходы обусловлены необходимостью оплаты регенерирующих растворов.
3. Ультрафильтрация. Это разновидность мембранной очистки с удалением до 95% имеющегося в составе кремния, а также органических веществ и соединений.
4. Нанофильтрация. Ещё один вариант обратноосмотической технологии. При нанофильтрации применяют мембраны с более крупными порами. Это повышает пропускную способность главного фильтрующего элемента и уменьшает его избирательность, селективность. В итоге степень очистки составляет не более 80%. Удаляются вредные примеси, но минеральные вещества частично сохраняются, поэтому вода получается нежёсткой, с оптимальным количеством кремния и других элементов. Нанофильтрация может использоваться для первичной очистки.
5. Электродеионизация. Это технология эффективного обессоливания, при которой в камеры электродиализной установки загружается ионообменная смола.
6. Использование магнезиальных сорбентов. Сорбирующий слой должен быть очень толстым – не менее 3,5 метров. Вода нагревается до 50 градусов и проходит через сорбент со скоростью не выше 10 м/ч. Фильтр невозможно регенерировать, поэтому он требует периодических замен.
7. Электрокоагулирование. В наполненный очищаемой водой сосуд погружаются электроны, через которые подаётся разряд постоянного тока. Это постепенно растворяет проводники, запуская процесс высвобождения ионов. Последние реагируют с примесями, образуют с ними хлопья и осаждаются. Для кремния применяют аноды из стали, которые также действуют в отношении хрома. Такой метод применяют на предприятиях для технической водоподготовки.
8. Осаждение гашёной известью. Очистка воды выполняется при нагревании до 98℃. Известь, реагируя с примесями, формирует доломит, магнезит, силикат кальция. Эти соединения малорастворимые, поэтому образуют осадок, удаляемый механической фильтрацией.
9. Сорбция с помощью алюминиевых или железных гидроксидов. Кремний, растворённый в воде, реагирует с железом, имеющим степень окисления +3. Это вызывает сорбирование кремниевой кислоты с формированием на поверхности сорбента железосиликата. Гидроксиды железа и алюминия имеют форму хлопьев, которые, захватывая Si, осаждаются и далее уже в виде осадка удаляются.
10. Многоступенчатые схемы с дополнительными блоками. Это может быть предварительная грубая механическая очистка, тонкая фильтрация с помощью угольных загрузок, ультрафиолетовая установка для эффективного обеззараживания, минерализация для обогащения воды полезными веществами, стабилизация уровня pH с дозированием сульфатов, фосфатов натрия.

На сегодняшний день применяют только первые пять методов очистки, а также многоступенчатые схемы. Остальные способы либо недостаточно эффективно удаляют диоксид кремния и прочие примеси, либо требуют больших расходов, либо приводят к необходимости дополнительной очистки воды от фильтрующих материалов, реагентов или продуктов химических реакций.

Диоксид кремния и другие соединения Si могут провоцировать изменение качества воды в худшую сторону. В некоторых случаях химический элемент становится причиной больших проблем. Чтобы избежать их, нужно выбрать самый лучший способ очистки.

Как очистить воду качественно? Определить её состав и параметры системы водоснабжения, а также учесть нужную степень очистки. Можно воспользоваться полезной информацией на нашем сайте или заказать услуги специалистов, которые помогут сделать правильный выбор.