Деманганация воды
Подземные и наземные источники воды имеют в своем составе нежелательные примеси и элементы. Один из таких элементов — марганец.
Подземные воды, проходя через горные породы и грунт обогащают свой состав марганцем. В воде с низким содержанием кислорода он имеет растворенную форму Мп(НС03)2, концентрация которого составляет 0,5-4 мг/л.
В наземные источники марганец (в виде MnS04) попадает вместе со сточными водами промышленных предприятий, вместе с талой водой и вымыванием из почвы удобрений, которыми обогащают земли сельхозугодий.
Марганец часто соседствует с железом, поэтому очищают сразу воду и от марганца, и от железа.
В нашей стране (по СанПиН 2.1.4.1074-01) допускается содержание марганца в воде хозяйственно-питьевого назначения 0,1 мг/л, а для бутилированной — 0,05 мг/л. Но в большинстве европейских странах и Японии допустимый предел составляет 0,05 мг/л.
Можно ли увидеть невооруженном глазом, что в воде много Mn. Конечно, такая вода имеет желто-бурый оттенок и неприятна на вкус, на санитарно-техническом оборудовании появляются бурые пятна. В трубах появляется отслаивающийся осадок черного цвета, который снижает их проходимость и может даже полностью закупорить трубопровод. В системах отопления из-за отложений в трубах снижается теплоотдача. Фильтры быстро засоряются и становятся неэффективными.
Влияние марганца на здоровье человека.
Большое количество этого элемента приводит к заболеваниям крови, анемии, болезни Паркинсона, патологиям мочеполовой системы, к проблемам с нервной и костно-мышечной системой, аллергиям и кожным заболеваниям, у новорожденных отмечено возникновение физиологической желтухи.
Из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что очень важно очищать воду от марганца, то есть проводить деманганацию воды.
Деманганация что это. Химическая природа процесса деманганации.
Деманганация — это способ устранения из жидкости растворенных в ней солей марганца.
Чтобы очистить жидкость от растворимой соли Mn2+, надо преобразовать ее в нерастворимую форму Mn3+ и Mn4+ методом окисления. В процессе окисления образуются не растворимые гидроксиды марганца трехвалентные Mn(OH)3 и четырехвалентные Mn(OH)4. Когда Mn(OH)4 выпадает в виде осадка на наполнитель фильтра, он начинает выполнять роль катализатора и помогает ускорить процесс окисления Mn2+ совместно с растворенным О2.
Чтобы результат окисления проходил более успешно, значение рН очищаемой воды должно составлять 9,5-10,0. Если применяют такие окислители, как перманганат калия, хлор и его производные, озон, то деманганация может проходить при рН 8,0-8,5. Так, 0,291 мг кислорода способен окислить 1 мг Mn2+.
Способы деманганации воды.
В зависимости от вида применяемого окислителя можно выделить следующие методы устранения марганца из жидкости:
-
Безреагентные. Это глубокая аэрация, отстаивание и фильтрация.
-
Реагентные. У нас эти методы рекомендовано проводить п. 9.162 СП 31.13330.2012. Все они широко распространены и их постоянно совершенствуют. К ним относятся: окисление реагентами, фильтрация через каталитические модифицированные загрузки, коагуляция и ощелачивание, сорбция, биохимическая деманганация и ионный обмен.
Безреагентный метод.
Безреагентная технология создана на действии окислителя — кислорода. Проводится процесс глубокой аэрации воды (насыщение воздухом) и затем фильтрация.
В вакуумно-эжекционном аппарате из воды извлекается свободный CO2, затем в эжекционном отсеке происходит капельное диспергирование и насыщение O2. В этом случае pH воды становится равен 8-8,5. Затем производится фильтрация через зернистую загрузку (кварцевый песок). В этом случае для деманганации воды требуется обязательное наличие двухвалентного железа. Окисляясь, Fe2+ образует гидроксид железа, который служит и адсорбентом и катализатором окисления для Mn2+. При этом концентрация двухвалентного железа и двухвалентного марганца должна быть 7:1. Если в исходной воде малое количество железа или его нет совсем, то в жидкость добавляют недорогой железный купорос.
Иногда проводят усиленную аэрацию с подщелачиванием и дальнейшей фильтрацией. Метод подходит, если в воде есть и Fe, и Mn. Он проходит в специальных контактных бассенах для аэрации, градирнях-дегазаторах с воздуходувками. Метод удаляет основную часть свободной углекислоты из жидкости и ее рН становится значительно выше. Чтобы достичь нужную норму рН, в воду дополнительно вводят раствор щелочи. Затем полученная вода проходит фильтрацию.
В зависимости от особенностей техпроцесса, проводят три основных способа аэрации:
-
безнапорная аэрация;
-
вакуумно-эжекторная аэрация;
-
принудительная напорная аэрация.
Реагентные методы очистки воды от Mn.
Реагентные методы деманганации воды — окислительные с применением хлора и его производных, озона, перманганата калия, кислорода.
Деманганация воды хлором.
При хлорировании применяют жидкий хлор, диоксид хлора и гипохлориты. Необходимо, чтобы вода имела рН 8-9. Для окисления 1 мг Mn2+ потребуется 1,3 мг активного хлора.
Недостаток применения хлора — высокие требования при его перевозке и хранении, возможность образования опасных для здоровья человека соединений.
Деманганации воды озоном.
Озон считают самым сильным окислителем, окисление двухвалентного марганца происходит при рН 6,5-7,0 воды за 10-15 минут. Но озон неустойчив, имеет высокую хим активность, способен образовывать различные побочные соединения, которые потребуется удалять дополнительной фильтрацией.
Деманганация перманганатом калия (KMnO4).
Этот метод считается одним из эффективных и технологически простым. Перманганат калия окисляет двухвалентный растворимый Mn до почти не растворимого диоксида марганца.
Оседающие хлопья MnO2 имеют высокую удельную поверхность, благодаря этому осадок является отличным сорбентом и катализатором, деманганация проходит при рН = 8,5.
После добавления перманганата калия, интенсивнее проходит процесс коагуляции. На станциях водоочистки, на участках фильтрации сначала вносят раствор перманганата калия, а затем коагулянт. После вода проходит фильтрацию на песчаной загрузке.
Чтобы устранить из жидкости 1 мг двухвалентного растворенного марганца, потребуется 1,92 мг перманганата калия. Наряду с марганцем устраняются соединения железа, улучшаются вкус, цвет, запах и другие показатели воды. Очищается до 97% этих элементов.
Иногда, чтобы увеличить оседающие хлопья оксида марганца, вместе с перманганатом калия в исходную воду добавляют кремниевую кислоту (3–4 мг/л) или флокулянты.
Каталитическое окисление.
Гидроксид марганца (IV) оседает на поверхности загрузки фильтра, происходит катализация окисления Mn растворенным кислородом до нерастворимой формы.
Поверхность гидроксида марганца адсорбирует ионы марганца (II), затем в процессе гидролизации образуется Mn2O3, который окисляясь, снова становится гидроксидом марганца (IV). Результат — он снова может принимать участие в каталитическом окисления.
Фильтрование через модифицированную загрузку.
До начала процесса фильтрования воды, через фильтрующую загрузку пропускают сначала снизу вверх раствор железного купороса, а затем раствор марганцовки (KMnO4). После этого загрузку снова обрабатывают, чтобы пленка закрепилась. Для этого используют Na2SO3 или Na3SO4. Фильтрация исходной воды происходит сверху вниз со скоростью до 10 м/час. Образовавшаяся пленка катализатора на поверхности зерен загрузки фильтра позволяет увеличить его срок эксплуатации. Также процесс позволяет сократить дозу использования перманганата калия. Есть еще один способ получения пленки катализатора. Для этого пропускают через наполнитель фильтра раствор хлорида марганца (MnCl2) 0,5% и перманганата калия
Деманганация методом ионного обмена.
Этот процесс возможен, если в воде присутствуют марганец и железо в растворенной форме, минимум соединений органических и полностью отсутствует сероводород.
Ионный обмен — это водород-катионирование или натрий-катионирование воды. Чтобы хорошо очистить жидкость от марганца, нужно ее пропустить через два слоя ионообменного материала. В фильтрах применяют наполнитель из двух смол — катионообменной H+ и анионообменной OH-. Смолы проводят обмен растворенных в воде солей железа и марганца на ионы гидроксида OH- и водорода H+. Когда эти ионы объединяются, получается простая молекула воды. Чтобы процесс был эффективным, надо грамотно подобрать сочетание ионообменных смол. Иногда, вместо смол можно использовать синтезированные цеолиты. Этот метод не только устранит соли марганца, но и смягчит воду.
Биохимический метод деманганации.
В этом случае применяют фильтры, где на зерна наполнителя помещают бактерии, уничтожающие марганец. Поглотив марганец, бактерии отмирают, а на наполнителе фильтра
появляется пористая масса с большим количеством оксида марганца. Эта масса выступает катализатором окисления двухвалентного марганца. Устранение Mn из воды происходит при фильтрации со скоростью до 22 м/ч.
Дистилляция.
Основа метода — процесс превращения воды в пар, когда воду нагревают до температуры кипения (100ºС). Здесь используется разница температур кипения H2O и примесей в ней. Вода начинает закипать и с паром удаляется из системы.
Какой метод деманганации выбрать, зависит от условий и области его применения. Метод может зависеть от производительности водоочистительных сооружений, состава исходной воды и показателей ее качества.
Универсальным и результативным считается использование установок обратного осмоса. Этот способ отлично очищает воду не только от марганца, но и от практически всех вредных примесей.
Специалисты ООО “ТЭХ-Групп” всегда помогут с выбором нужного метода и подберут все необходимое оборудование, установки и материалы для качественной деманганации.
Мы подходим индивидуально к каждому клиенту и для каждого найдем инженерное решение вашей задачи.
__________г. Тольятти, улица Комсомольская, 86А
8 (800) 302-79-37 (звонок по России бесплатный)
ТЭХ-Групп: всё для промышленной водоподготовки и водоочистки
