Кремний в воде: Кремний в питьевой воде и его действие на организм — Арамильский городской округ

Кремний в воде — методы исследования и воздействие на человека

В разделе: Вода
2019-03-15
15.03.2019

Бузин Игорь

Кандидат биологических наук

Химическое обозначение: Si

Синонимы: силиций, кремнекислота (не эквивалент).

Описание: элемент 14 группы 3 периода с атомным номером 14. Относится к металлоидам, в кристаллической форме имеет тёмно-серый цвет и блеск.

Методы определения: пламенно-фотометрический метод, масс-спектрометрия, спектрофотометрия.

Методики, используемые в Испытательном центре МГУ для определения концентрации кремния в природных средах

Контроль измерений проводят на оборудовании: AGILENT 5110 ICP-OES, ANALYTIK JENA CONTRAA 300 и BRUKER S2 PICOFOX.

Распространённость: второй по распространённости в земной коре элемент после кислорода. Не встречается в свободной форме в естественных условиях. В природных соединениях имеет степень окисления +4 и входит в комплексные, аморфные и кристаллические соединения. Содержание в литосфере составляет около 30 %. Среднее содержание в гидросфере — 5 мг/л, в основном кремний в растворе находится в форме кремниевой кислоты.

Содержание кремния в воде обусловлено контактом воды с разрушающимися (выветривающимися) горными породами. Например, в обычной речной воде содержание кремния составляет 13,1 мг/л, а в реке, контактирующей с вулканическими породами — до 50 мг/л. Повышенное содержание кремния отмечается в минеральной воде, особенно в добытой со значительной глубины. Например, «Боржоми» содержит до 46 мг/л кремния.

Нормирование

В отличие от других элементов кремний поступает в организм в основном с питьевой водой. Его содержание во всех типах питьевой воды ограничено 10 мг/л воды. Современное отечественное научное сообщество считает необоснованным нормативные значение, указанные в гигиенических нормативах для бутилированной и водопроводной воды, но вода по-прежнему считается не питьевой, если содержит кремния или кремнекислоты в пересчете на кремний больше указанного значения.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) кремния в различных водных объектах

Нормирование	ПДК, мг/л
Бутилированная вода первой категории СанПиН 2.1.4.1116-02	10
Бутилированная вода высшей категории СанПиН 2.1.4.1116-02	10
Вода систем централизованного водоснабжения СанПиН 2.1.4.1074-01	10
Водные объекты рыбохозяйственного значения Приказ Минсельхоза РФ № 552	10
Объекты рекреационного водопользования СанПиН 2. 1.5.980-00	—
Вода плавательных бассейнов СанПиН 2.1.2.1188-03	—
Хозяйственно-бытовые стоки Постановление Правительства РФ № 644	—
Ливневые стоки Постановление Правительства РФ № 644	—

Польза и вред

Кремний относится к элементам, играющим положительную биологическую роль в организме человека. Нормальное потребление кремния — 20–30 мг в сутки. Его польза также зависит от формы, в которой элемент поступает в организм. Например диатомовые водоросли, тело которых почти полностью состоит из кремния, и мелкие песчинки, также полностью кремниевые, оказывают негативное влияние на организм посредством микротравм слизистой ЖКТ. Полезный кремний при этом не усваивается вовсе, поскольку не может быть растворен желудочным соком из указанных форм.

Кремний участвует в:

• обмене веществ;
• формировании костной ткани;
• синтезе коллагена;
• обеспечении проницаемости мембраны артерий.

При недостатке элемента наблюдаются:

• развитие остеопороза;
• повышение ломкости костей и ногтей;
• снижение минерализации костей;
• ускорение старения кожи;
• увеличение риска развития заболеваний сердечно-сосудистой системы.

При избытке кремния наблюдается:

• развитие мочекаменной болезни;
• увеличение риска развития или повышение скорости роста опухолей.

Методы очистки воды

Ионный обмен. Если общее солесодержание не нуждается в коррекции, можно использовать этот метод водоподготовки. Он заключается в пропускании воды через сосуд с гелевыми анионитами.

Обратный осмос. Помогает снизить концентрацию кремния в воде практически до нуля вместе с другими веществами и элементами. Принцип основан на пропускании воды через мембрану (сито) с маленьким диаметром пор, которые не позволяют пройти через них, в том числе, кремнию.

Механический фильтр. В случае, если кремний находится в форме кремнезёма или песка, может помочь механический фильтр. Залог успешной фильтрации — правильный подбор диаметра пор (тонкости очистки).

Кремний относится к элементам с положительной биологической ролью. Основной источник его поступления в организм — питьевая вода. Рекомендованная норма потребления — 30 мг в сутки. Не стоит пить воду с повышенным содержанием кремния, поскольку это может привести к негативным последствиям для здоровья. Если в Вашей воде недостаточно кремния, добавьте в рацион минеральную воду, злаки, пиво.

Кремний в воде | компания «Waterman»

Ваше имя*

Контактный E-mail*

Сообщение*

Защита от автоматического заполнения

Введите слово с картинки*:

Нажимая на кнопку «Отправить» подтверждаю свое согласие с политикой обработки данных

Кремнию обеспечено место постоянного компонента воды во всех водных природных источниках. Сама природа позаботилась об этом. Соединениями, в составе которых имеется данный химический элемент, насыщены горные породы. Его незначительное процентное содержание объясняется только слабой растворимостью этих веществ.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) кремния для питьевой воды составляет 10 мг/л.

Главным, среди путей проникновения кремниевых соединений в воду природных источников, является процесс растворения алюмосиликатов (или других кремнийсодержащих минералов), а также их химическое выветривание:

 KMg₃AlSi₃O₁₀(OH)₂ + 7H₂CO₃ + 1/2H₂O → K+ + 3Mg²⁺ + 7HCO₃^— + 2H₄SiO₄ + 1/2Al₂Si₂O₅(OH)₄

Значительная часть кремния поступает в воду с отмершими растительными остатками растений, произрастающих на берегах и в самих водоемах, и с выпадением осадков. Большие объемы соединений, содержащих этот элемент, сбрасываются керамическими и стекольными предприятиями, попадают со стоками заводов, производящих цемент и кремнийорганический каучук. Богатые кремнием отходы сбрасывают и промышленные объекты, выпускающие вяжущие материалы и силикатные красители.

Разнообразием отличаются соединения, которые кремний может образовывать с другими элементами или при гидратации. Различные соединения образуются вместе с изменением уровня рН, солесодержания и конкретной концентрации различных солей. Истинно растворенное состояние (кремниевая и поликремниевые кислоты) характерно лишь для части кремния, находящегося в водоеме:

H₄SiO₄ ↔ H⁺ + H₃SiO₄^—

В таблице ниже показано, как водородный показатель влияет на соотношение форм, являющихся производными кремниевой кислоты.  

Таблица 1. Формы кремнекислоты в воде при различном pH в % соотношении эквивалентов

Состав поликремниевых кислот изменяется по типу mSiO₂.nH₂O (m и n – являются целыми числами). Кремний встречается и в виде коллоидов (xSiO₂. yH₂O).

Концентрация (усредненные показатели):

– Речные воды – 1-20 мг/дм³;

– Подземные водоемы – 20-30 мг/дм³;

– Термальные источники – насыщенность достигает сотен миллиграммов на литр.

Относительно незначительная концентрация данного элемента в природных водных объектах, уступающая растворимости диоксида кремния (125 мг/дм3 – 26°С, 170 мг/дм3 – 38°С), диагностирует протекание в источнике определенных процессов.  Во-первых, кремний потребляют многие виды водных организмов (диатомовые водоросли, например, на основе этого элемента выстраивают свой скелет). Во-вторых, на снижении его содержания сказывается реакция вытеснения кремниевой кислоты более сильной – угольной:

Na₄SiO₄ + 4CO₂ + 4H₂O = H₄SiO₄ + 4NaHCO₃

В-третьих, в определенных условиях неустойчивость кремния в составе растворов определяется также и склонностью его кислоты принимать гелеобразную форму.

Элемент не угнетает растительность природных водоемов, хотя для него характерен режим, близкий для азотных и фосфорсодержащих соединений.

Уважаемые господа, если у Вас имеется потребность коррекции показателя «Кремний» для доведения качества воды до определённых нормативов, сделайте запрос специалистам компании Waterman. Мы предложим Вам оптимальную технологическую схему очистки воды.

Если вас беспокоит кремнезем в воде —

Имея более чем 30-летний опыт работы в области очистки воды для жилых и коммерческих помещений, Марк Нельсон является оператором питьевой воды класса 1 и заводом, сертифицированным CBWA (Канадская ассоциация бутилированной воды). Оператор. Как основатель и президент компании Nelson Water в Оттаве, Марк занимается проектированием сложных систем водоподготовки для проблемной воды. Он также возглавляет крупнейший завод по розливу воды в городе Оттава с сетью доставки по всей долине.

В наши дни в средствах массовой информации практически каждый день появляются сообщения о проблемах с качеством воды. Хотя вы, возможно, слышали о проблемах с железом, свинцом или другими хорошо известными загрязняющими веществами, вы, возможно, не думали о кремнеземе в вашей воде. Итак, здесь мы углубимся в этот загрязнитель воды и в то, должны ли вы беспокоиться по этому поводу.

Основы кремнезема

Силикагель часто называют SiO2 или двуокисью кремния. Это кристаллическое соединение, которое является обычным компонентом песка, минералов и многих горных пород. Он образуется при слиянии молекул кремния и кислорода с другим минералом или металлом. Уровни кремнезема в природе могут варьироваться от 1 части на миллион до более 100 частей на миллион.

Вообще говоря, в воде присутствуют две формы кремнезема. Реактивный диоксид кремния представляет собой любой тип мономерного диоксида кремния. Проще говоря, это означает любые молекулы кремнезема, прореагировавшие с другими молекулами. Это может создать ионизированные формы диоксида кремния или растворенные димеры кремния. Таким образом, реактивный кремнезем представляет собой неполимерный тип кремнезема.

Другим типом кремнезема в системах водоснабжения является коллоидный кремнезем. Это происходит, когда частицы кремнезема взвешены в жидкости. Кремнезем обычно представляет собой сферические частицы, которые не являются пористыми и аморфными. Кроме того, поверхность частиц кремнезема, находящихся в контакте с жидкостью, покрыта силоксановыми связями, создавая гидрофильное вещество, способное образовывать водородные связи.

Опасен ли кремнезем в воде?

Силикагель часто путают с жесткостью воды, так как он может вызвать аналогичные проблемы. Вы можете заметить царапины, пятна или травление на стеклянной посуде или приспособлениях. Он также может накапливаться на поверхностях, образуя накипь. Эта накипь действует так же, как и накипь от жесткой воды, накапливая воду внутри приборов и приспособлений, что снижает производительность и эффективность. Он может мешать потоку воды, мешая работе водонагревателей и других систем, для правильной работы которых требуется определенный диапазон давления.

Простой способ определить, есть ли у вас проблема с жесткой водой или загрязнение кремнеземом, — нанести уксус на любые скопления накипи. Если вы можете удалить пятно с помощью уксуса, оно было вызвано жесткостью воды. Но если уксус не удаляет пятно, скорее всего, оно было вызвано силикагелем.

К счастью, как и жесткая вода, кремнезем не представляет опасности для здоровья. Силикагель не считается вредным при попадании в организм в небольших количествах с питьевой водой. Фактически, многие продукты, такие как лук, пшеница, овес, корнеплоды и клубника, содержат кремний.

Стоит отметить, что если у вас коллоидный кремнезем, вода может показаться вам неприятной. Многие люди находят питьевую воду с плавающими частицами минералов непривлекательной. Это может привести к тому, что вы будете пить меньше воды, подвергая вас и вашу семью риску обезвоживания. Кроме того, частицы кремнезема могут вступать в реакцию, когда вы используете воду для приготовления чая или кофе, увеличивая ее неприятный вкус.

Таким образом, хотя может показаться, что воздействие кремнезема на вашу воду чисто эстетическое, есть несколько веских причин для решения этой проблемы качества воды.

Методы удаления кремния из воды

Поскольку диоксид кремния является таким распространенным природным минералом, на самом деле существует ряд методов, которые можно использовать для его удаления из источников воды.

Лайм Смягчение:

Этот процесс включает добавление гидроксида кальция в воду. Это создает реакцию, при которой карбонат кальция и карбонат магния выпадают в осадок. Гидроксиды кальция и магния поглощают частицы кремнезема, удаляя их из источников воды.

Чаще всего этот метод лечения применяется в коммерческих целях. Он используется в крупных котлах и больших градирнях. Поскольку это требует больших капиталовложений и постоянных расходов на необходимые химические вещества, это экономически нецелесообразно для жилых помещений.

Ионный обмен:

Ионный обмен является распространенным методом удаления твердых частиц. Итак, логично, что вы можете предположить, что ионный обмен может быть жизнеспособным методом удаления кремнезема. Молекулы кремнезема имеют отрицательный заряд, поэтому для их удаления вам понадобится анионная смола. К сожалению, анионит необходимо регенерировать с помощью едкого натра. Это серьезная проблема безопасности, особенно для бытового водоснабжения, поэтому ионный обмен не рекомендуется для удаления кремнезема.

Ультрафильтрация:

Ультрафильтрация или ультрафильтрация могут быть эффективной обработкой, но они удалят только коллоидный диоксид кремния. Вам нужно будет определить, является ли кремнезем в вашей системе водоснабжения реактивным или коллоидным. Вы можете сделать это, используя UF Pilot Stick. Подсоедините это устройство к садовому шлангу и пропустите через него несколько галлонов воды. Это подтвердит наличие реактивного или коллоидного кремнезема. Если вы обнаружите, что у вас есть коллоидный кремнезем, вы можете внедрить систему ультрафильтрации.

Электрокоагуляция:

Это относительно новая технология. Это многообещающе, но больше применимо к промышленной или муниципальной очистке воды. Из-за необходимой инфраструктуры и процесса очистки маловероятно, что этот метод будет подходящим для жилых помещений.

Обратный осмос:

Системы обратного осмоса

оснащены мембраной. Вода проталкивается через мембрану, и 99% загрязняющих веществ могут задерживаться. RO является наиболее практичным методом удаления кремнезема из источников воды. Это может уменьшить реактивный и коллоидный кремнезем. Важно отметить, что вам потребуется надлежащая предварительная обработка. Это будет включать удаление хлора и хлорамина, окисление марганца, серы и железа, а также обработку воды от жесткости, например ее умягчение. Это поможет сохранить целостность мембраны и избежать преждевременной замены.

Также рекомендуется включить в систему обратного осмоса промывку пермеатом. Это будет означать, что мембрана пропитана водой обратного осмоса, что предотвращает загрязнение поверхности мембраны накипью.

Хотя считается, что небольшое количество кремнезема не представляет угрозы для здоровья, вода, загрязненная кремнеземом, может создать проблемы в вашем доме. Как и минералы в жесткой воде, диоксид кремния может образовывать накипь, которая может повлиять на характеристики вашей воды при использовании приборов и приспособлений. Это также может привести к неприглядным пятнам вокруг вашего дома. Итак, если вы подозреваете, что в вашей воде есть кремнезем, вам следует обратиться к специалисту по качеству воды для получения дополнительной консультации.

Просто добавь воды: как ученые используют кремний для производства водорода по требованию

Изображение, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии, показывающее сферические кремниевые наночастицы диаметром около 10 нанометров. Согласно новому исследованию UB, эти частицы, созданные в лаборатории UB, реагируют с водой и быстро производят водород. Предоставлено: Исследовательская группа Свихарта, Университет Буффало.

БУФФАЛО, Нью-Йорк. По словам исследователей из Университета Буффало, сверхмалые частицы кремния реагируют с водой почти мгновенно с образованием водорода.

В ходе серии экспериментов ученые создали сферические частицы кремния диаметром около 10 нанометров. В сочетании с водой эти частицы реагировали с образованием кремниевой кислоты (нетоксичного побочного продукта) и водорода — потенциального источника энергии для топливных элементов.

Реакция не требовала света, тепла или электричества, а также производила водород примерно в 150 раз быстрее, чем аналогичные реакции с использованием частиц кремния шириной 100 нанометров, и в 1000 раз быстрее, чем объемный кремний, согласно исследованию.

Результаты были опубликованы в Nano Letters 14 января. Ученые смогли убедиться, что произведенный ими водород был относительно чистым, успешно протестировав его в небольшом топливном элементе, питающем вентилятор.

«Когда дело доходит до расщепления воды для производства водорода, наноразмерный кремний может быть лучше, чем более очевидные варианты, которые люди изучали в течение некоторого времени, такие как алюминий», — сказал исследователь Марк Т. Свайхарт, профессор химической и биологической инженерии и директор Стратегической силы университета в области интегрированных наноструктурных систем.

«При дальнейшем развитии эта технология может стать основой подхода «просто добавляйте воду» к производству водорода по требованию», — сказал исследователь Парас Прасад, исполнительный директор Института лазеров, фотоники и биофотоники Университета Нью-Йорка (ILPB) и SUNY. Заслуженный профессор факультетов химии, физики, электротехники и медицины УБ. «Наиболее практичным применением будут портативные источники энергии».

Суихарт и Прасад возглавили исследование, которое было завершено учеными UB, некоторые из которых связаны с Нанкинским университетом в Китае или Корейским университетом в Южной Корее. Первым автором был Фоларин Эрогбогбо, доцент-исследователь в ILPB UB и выпускник PhD UB.

Скорость, с которой 10-нанометровые частицы реагировали с водой, удивила исследователей. Менее чем за минуту эти частицы дали больше водорода, чем 100-нанометровые частицы дали примерно за 45 минут. Максимальная скорость реакции для 10-нанометровых частиц была примерно в 150 раз выше.

Суихарт сказал, что несоответствие связано с геометрией. По мере того, как они реагируют, более крупные частицы образуют несферические структуры, поверхности которых реагируют с водой менее легко и менее равномерно, чем поверхности более мелких сферических частиц, сказал он.

Хотя для производства сверхмалых кремниевых шариков требуется много энергии и ресурсов, частицы могут помочь в питании портативных устройств в ситуациях, когда доступна вода, а портативность важнее низкой стоимости. Военные операции и походы — два примера таких сценариев.

«Раньше было неизвестно, что мы можем так быстро генерировать водород из кремния, одного из самых распространенных элементов на Земле», — сказал Эрогбогбо. «Безопасное хранение водорода было сложной проблемой, хотя водород является отличным кандидатом на альтернативную энергию, и одним из практических применений нашей работы будет поставка водорода для питания топливных элементов.