Очистка воды от кремния: подготовка питьевой воды
Кремний является для человека незаменимым микроэлементом; его можно обнаружить и в крови, и в мышечной и костной ткани. По сути, он является строительным материалом, необходимым для образования и роста соединительной ткани человеческого организма (суставов, костей, кожи и т.д.). Также он помогает усвоению поступивших в организм минеральных элементов, способствует улучшению обмена веществ и транспортировке сигналов по нервным волокнам.
Кремний попадает в организм человека вместе с пищей и водой, причем этот элемент легче усваивается именно из жидкости.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) кремния в питьевой воде по нормативу СанПиН 2.1.4.1074-01 составляет 10,0 мг/л, в то время как количество кремния в природных водоемах (в зависимости от месторасположения) варьирует от 1 до 30 мг/л. В скважинных источниках данные его концентрации в большинстве случаев находятся в схожем диапазоне, однако бывают случаи более высоких значений.
В случае превышения установленных нормативов в большинстве ситуаций возникает задача очистки воды от кремния.
Очистка воды от кремния: нужна ли?
Зарубежными руководящими документами (директивы ВОЗ, USEPA, ЕС) содержание кремния в питьевой воде не нормируется. Это вызвано отсутствием данных о токсичности данного элемента и его негативном влиянии на организм человека. При этом кремний широко распространен в природе, а системы водоподготовки, снижающие его концентрацию в воде, обладают высокой ценой и дороги в обслуживании. Исходя из этого потребность в очистке воды от кремния в частных домах (где соблюдения норматива контролируется только самим водопользователем) может не осуществляться.
Однако, в случае подготовки питьевой воды для промышленного сектора и прочих организаций, соблюдение норматива является необходимым условием к возможности функционирования самой структуры, очистка воды от кремния является обязательной.
Компания « Waterman » редлагает свои услуги по очистке воды от кремния до требуемых величин.
Подготовка технических вод производств:
Для технических вод промышленного производства показатель «кремний» нормируется отдельными руководящими документами. В первую очередь это относится к воде, используемой в производстве питьевых продуктов (алкогольных и безалкогольных). Также норматив по содержанию кремния введён для питательной воды паровых котлов, так как кремний здесь является источником образования силикатных накипей.
Способы очистки воды от кремния:
1. сорбция гидроксидами алюминия и железа;
2. осаждение известью;
4. фильтрование через магнезиальный сорбент;
8. обратный осмос;
Первые четыре способа относятся к традиционным методам очистки, которые сейчас мало используются, будучи вытеснены новыми технологиями. Это произошло в связи с их меньшей эффективностью, значительными расходами на реагенты, электроэнергию и потребности в больших площадях под реализацию технологии. Таким образом, чаще используются такие методы очистки воды от кремния, как ионный обмен, ультрафильтрация, обратный осмос, нанофильтрация.
Этот метод достаточно широко применяется при необходимости очистки воды непосредственно от кремния, тогда как общее солесодержание в коррекции не нуждается. Процесс очистки методом ионного обмена осуществляется с помощью гелевых анионитов, значительно сокращающих содержание кремния в воде.
В случае, когда помимо избавления от избытка кремния, также требуется очистка воды и от других загрязнений, например, от органических соединений, используется технология ультрафильтрации. Ультрафильтрационной установкой из воды извлекается более 95% коллоидных соединений кремния.
Очищают воду от кремния также с помощью установок нанофильтрации. Это оборудование – мембранные установки с нанофильтрационными мембранами — используют при необходимости снижения содержания кремния, минерализации и жесткости исходной воды. Высокая селективность метода (70-80%) позволяет добиться приемлемых для питья концентраций кремния в воде (ниже 10 мг/л) даже при исходном содержании элемента порядка 20 мг/л. Метод применяют для очистки воды для коттеджных посёлков и жилых микрорайонов.
Технология нанофильтрации используется в качестве промежуточного процесса водоподготовки, когда ставится цель получения на выходе особо чистой воды (дополнительно применяется электродеионизация). Поскольку такая технология отличается высокой чувствительностью к кремнию, то чтобы избежать образования осадка на мембранах, для очистки берется вода с содержанием кремния, не превышающим 0,5 мг/л. Вода на выходе имеет содержание кремния до 0,005 мг/л.
Удаление кремния из воды методом обратного осмоса дает очень хорошие результаты: фильтрующий элемент удаляет до 99% этого вещества. Но метод имеет недостаток — на мембранах фильтра со временем образуется труднорастворимый осадок.
В каждом конкретном случае наши специалисты произведут грамотный выбор оптимального метода удаления кремния из воды с учетом всех требований Заказчика и существующих условий.
Заполните бланк опросника и отошлите его. На основании указанных данных мы подберем оптимальную схему очистки воды и вышлем вам предложение с ценой станции очистки воды от кремния в кратчайшие сроки. По вопросам заполнения опросных листов звоните (351) 200-44-45.
Источник
Удаление кремния из воды в скважине: что делать, как очистить, норма содержания
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.
Источник
Обескремнивание воды
Опубликовано: 05 декабря 2008 г.
При длительном нагреве воды на поверхности различных материалов образуется накипь, являющаяся результатом химических реакций с участием растворимых примесей, которые переходят в нерастворимое состояние. В состав накипи входят карбонаты кальция и магния, а также сульфаты и хлориды этих же катионов. Кроме того, в накипи присутствуют продукты коррозии железа и меди, а также силикаты кальция и магния
Состав накипи влияет на ее прочность и степень сложности ее удаления. Наиболее легко удаляются карбонат кальция и гидроокись магния, несколько сложнее – продукты коррозии и наносные шламы, содержащие оксиды железа. Один из самых трудноудаляемых видов отложений – накипь, в состав которой входят силикаты – соединения кремния. Они являются постоянным компонентом примесей в природных водах. Обычно в поверхностных и артезианских водах общее содержание примесей кремния меняется от 1 до 30 мг/л.
Основной источник поступления соединений кремния в природную воду – растворимые продукты различных минералов, особенно алюмосиликатов. При воздействии на них воды с примесью двуокиси углерода происходит вымывание кремниевой кислоты.
Кроме кислого гидролиза натуральных силикатов, источником поступления в природные воды соединений кремния является разложение биомассы наземных и водных растительных организмов. Помимо этого, повышение содержания данного вида примесей происходит в результате загрязнения окружающей среды отходами предприятий, производящих керамические, цементные и стекольные изделия, силикатные краски, вяжущие материалы и кремнийорганические каучуки.
Примеси соединений кремния, встречающиеся в воде, находятся в растворенном или коллоидном состоянии, а их основные компоненты – производные орто- (H4SiO4) и метакремниевой (H2SiO3) кислот. По степени диссоциации в воде такие соединения относятся к категории очень слабых кислот. Наиболее сильная из них – ортокремниевая кислота, которая диссоциирует по схеме:
Несмотря на низкую степень диссоциации, кремниевая кислота образует соли с кальцием, магнием, железом и алюминием – силикаты. Стоит отметить, что двух- и трехзамещенные силикаты кальция после затвердевания превращаются в очень прочный материал – присутствие подобных компонентов в накипи приводит к увеличению ее прочности и трудности удаления.
Кремниевая кислота в коллоидном состоянии способна к самопроизвольному образованию полимерных соединений:
HO- ( -Si — O — ) n — OH или HO- ( -Si — O — ) n — OH ,
Степень полимеризации таких соединений определяется содержанием соединений кремния в воде, степенью минерализации воды, а также величиной рН. Так, в нейтральной среде кремниевая кислота находится преимущественно в мономерном состоянии, а доля поликремниевой кислоты составляет всего 0,1 % от всего содержания кремниевых соединений. В то же время в щелочной среде при рН = 10 доля полимерных соединений возрастает до 58,5 %.
Вид коллоидного состояния соединений кремния определяется их соотношением с водой. Так, если на одну молекулу двуокиси кремния в коллоидном состоянии приходится около 300 молекул воды, то образуется гель. В случае если содержание воды понижается до 30–40 молекул – появляется твердый продукт, образующий при нагреве хрупкое рыхлое вещество (ксерогель). Данное вещество, имеющее большую удельную поверхность, которая может достигать 800 м 2 /г, обладает сильной адсорбцией к различным веществам. Эти гели поглощают различные частицы, не вступая с ними в химическое взаимодействие, и образуют прочные системы за счет своего связующего действия.
Находясь в воде в коллоидном состоянии, соединения кремния могут оседать на твердых поверхностях. На нагретых поверхностях процесс оседания и гелеобразования идет быстрее. С течением времени гель уплотняется и захватывает из водной фазы механические примеси и некоторые растворенные вещества. При этом соединения кремния играют роль цементирующего компонента. Накипь, образованная в присутствии соединений кремния, обладает повышенной прочностью, что затрудняет ее удаление.
Кроме того, соединения кремния в воде могут принимать участие в химическом взаимодействии. Так, кремниевая кислота может взаимодействовать с катионами железа, находящимися в степени окисления +3, и быть совершенно инертной по отношению к ионам железа со степенью окисления +2. В результате такого химического взаимодействия появляются устойчивые коллоидные образования, которые не удаляются ни фильтрованием, ни отстаиванием. Склонность кремневой кислоты к такому химическому взаимодействию значительным образом затрудняет очистку воды от примесей железа. Это связано с тем, что распространенные методы удаления примесей железа при водоподготовке заключаются в окислении примесей железа по реакции:
Обычно, в отсутствие примесей кремния, соединения железа переходят в осадок и легко удаляются, а при их наличии такая стадия очистки значительно теряет свою эффективность.
Примеси соединений кремния негативно влияют на фильтрующие среды, являющиеся катализатором окисления соединений железа. Одни из наиболее распространенных видов катализаторов для окисления примесей железа – «зеленые» или «черные» пески, действующим началом в которых является двуокись марганца, нанесенная на сыпучий фильтрационный материал.
Однако присутствие кремниевой кислоты в определенных концентрациях блокирует активные центры такого катализатора, а вследствие этого – снижает выход продуктов окисления. Взаимодействие аниона кремниевой кислоты с пленкой катализатора (двуокись марганца) приводит к образованию коллоидного вещества, легко смываемого с носителя потоком воды. В итоге происходит разрушение катализатора.
Обычно удаление примесей соединения кремния не выделяют при водоподготовке в отдельную стадию, а проводят совместно с удалением других примесей, например, с процессом умягчения и последующим осаждением образованного осадка. Поэтому и реактивы, используемые для этой цели, подобны.
Достаточно часто для удаления соединений кремния из воды используют такой доступный и дешевый продукт, как гашеная известь. Этот реагент, представляющий собой сильное основание – Са(ОН)2, взаимодействует с кремниевой кислотой, в результате чего происходит образование нерастворимого силиката кальция. Практика показывает, что введение в воду гашеной извести позволяет снизить содержание примесей кремния в пересчете на анион SiO3 2- до 0,3–0,5 мг/л.
Другим распространенным способом, позволяющим снизить содержание примесей кремния, является обработка воды магнезитом, обожженным при 1000 0 С. В процессе такого прокаливания магнезит превращается в оксид магния (каустическая магнезия):
Обработка воды оксидом магния приводит к его превращению в гидроокись (MgO + Н2O —à Mg(OH)2),которая затем взаимодействует с H2SiO3, переводя ее в осадок. Введение каустической магнезии в обрабатываемую воду с температурой до 40 0 С в количестве 10–15 мг на 1 мг H2SiO3, позволяет снизить содержание примесей кремния до 1–1,5 мг/л. При повышенной температуре процесс удаления примесей кремния протекает более интенсивно. Так, при температуре 98 °С остаточное содержание этого вида примесей уже составляет всего лишь 0,25 мг/л.
Аналогичные химические процессы протекают и при обработке воды обожженным доломитом – CaMg(CO3)2. После прокаливания этот минерал превращается в смесь оксидов кальция и магния, которые, взаимодействуя с водой, превращаются в соответствующие гидроокиси, реагирующие с кислотным остатком кремниевой кислоты. При использовании данного реагента в холодной воде удается добиться остаточного содержания примесей соединений кремния около 2 мг/л, а при обработке воды с температурой чуть ниже 100 ° C концентрация этих примесей составляет примерно 0,2 мг/л.
В ряде случаев удаление соединений кремния проводится на стадии осветления и обесцвечивания. Такие процедуры на очистных сооружениях осуществляются при коагуляции взвешенных и коллоидных соединений. Довольно часто для этих целей используют соединения алюминия или соли железа (3). Образующаяся хлопьевидная масса гидрооксида алюминия или гидроокиси железа захватывает частицы примесей, находящиеся в коллоидном состоянии или растворенном виде. Так, при очистке воды от соединений кремния с помощью коагуляции эффективный расход солей железа (3) составляет около 2 мг на миллиграмм удаляемой кремниевой кислоты. При использовании соединений алюминия наиболее распространенными реагентами являются алюминат натрия и сульфат алюминия. Причем наиболее эффективный осадитель – алюминат натрия, который вводится в очищаемую воду в концентрации 10–15 мг/л.
Помимо вышеперечисленных коагулянтов применяются и другие, например, «Гидро-Икс». В основном он содержит крахмал и полиальгинат натрия. Крахмал в этой композиции играет роль коагулянта, вызывая осаждение широкого круга примесей. Другой компонент этого препарата – полиальгинат натрия, представляющий собой натриевую соль альгиновых кислот.
Собственно альгиновые кислоты плохо растворяются в воде, но их натриевые соли легко растворяются и образуют вязкие растворы, которые являются флокулянтами. Действие коагулянта сводится к частичному укрупнению частиц, а флокулянт ускоряет процессы образования хлопьев и осаждения.
Удаление соединений кремния может осуществляться и посредством ионного обмена. Необходимо отметить, что при этом способе происходит наиболее полное удаление данного вида примесей. Так, ионный обмен позволяет достичь остаточного содержания примесей в пределах 0,02–0,05 мг/л.
Как показали практические наблюдения, наиболее эффективный способ удаления примесей связан с применением ионитов смешанного действия, которые представляют собой смесь катионита в Н-форме и ОН-анионита.
Многие марки ионообменных смол не могут применяться при температуре очищаемой воды свыше 30 °С. Это требование связано с техническими возможностями многих ионообменных материалов. Впрочем, данная задача может быть решена посредством охлаждения воды, из которой необходимо удалить соединения кремния. Конечно, такое ограничение не может быть преградой для использования ионного обмена при удалении примесей кремния. Однако по причине сложности процесса данное техническое решение применяют редко.
Удаление из воды соединения кремния может осуществляться также с помощью мембранного метода, имеющего, однако, существенный недостаток. Как показали исследования по обессоливанию воды с высокой минерализацией, на поверхности мембраны происходит полимеризация соединений кремния, переход их в коллоидное состояние. Это приводит к забиванию пор мембраны и, в конечном счете, снижает скорость фильтрации.
Источник
