Występowanie manganu i żelaza
Z problemem odżelaziania i odmanganiania wody spotykamy się gdy woda czerpana jest z wód podziemnych i infiltracyjnych. Sporadycznie ,,zabiegi"; te wykorzystuje się w przypadku wód powierzchniowych. Zadowalające efekty przy tego rodzaju wodach przynoszą już procesy sedymentacji, filtracji i koagulacji.
Coraz częściej w wodach ujmowanych z mniejszych głębokości stwierdza się znacznie większe ilości związków manganu i żelaza. W związku z tym istnieje potrzeba usuwania manganu i żelaza z wód przeznaczonych do picia i na potrzeby gospodarcze.
W wodach podziemnych mangan i żelazo występują w znacznej ilości w postaci jonów dwuwartościowych, których połączenia rozpuszczają się w wodzie.
Formy, w jakich żelazo występuje w wodach nie zawierających ligandów organicznych są uzależnione od:
- potencjału oksydacyjno- redukcyjnego
- pH
- zawartości substancji rozpuszczonych w wodzie
- temperatury
Do ligandów organicznych występujących w wodach podziemnych zalicza się kwasy humusowe. Wchodzą w reakcje z jonami żelaza i ich akwakompleksami. Tworzą barwne połączenia. W zakresie pH typowym dla wód podziemnych połączenia żelaza z kwasami humusowymi są bardzo stabilne. Podatność manganu do wiązania z tymi kwasami jest bardzo mała w porównaniu do żelaza.
Usuwanie manganu z wody
Utlenianie manganu przebiega w określonym pH zgodnie z reakcją:
Podczas utleniania zmniejsza się pH. Wymagany wysoki odczyn utleniania Mn(II) tlenem rozpuszczonym w wodzie wyjaśnia niewystarczające efekty odmanganiania wody w układzie oczyszczania: napowietrzanie- filtracja przez złoże piaskowe nie wpracowane, tj. nie pokryte dwutlenkiem manganu. Stosowanie napowietrzania wody przy pH<9,5 nie zapewnia utlenienia manganu, pozwala jedynie na odkwaszenie wody i wprowadzenie O2 niezbędnego do utlenienia Mn(III) ; Mn(IV). Jeżeli mamy na celu zmniejszenie wartości pH, która jest wymagana do skutecznego utleniania do Mn (IV) można zastsowować silniejsze utleniacze niż tlen, np.:
- manganian (VII) potasu
- chlor
- ozon
Proces ten przebiega według następujących reakcji:
Mn2+ + Cl2 + 2H2O --> MnO2 + 2Cl- + 4H+
Mn2+ + O3 + H2O --> MnO2 + O2 + 2H+
Gdy wody zawierają związki organiczne, to musimy brać pod uwagę niebezpieczeństwo powstania produktów pośrednich utleniania tych związków. Bardzo skuteczną metodą usuwania manganu z wody jest filtracja przez wpracowane złoże filtracyjne, którego ziarna pokrywa się dwutlenkiem manganu lub rudą manganową. Dwutlenek manganu, który wytrąca się w złożu nie rozpuszcza się w natlenionej wodzie w pH charakterystycznym dla wód naturalnych. Dwutlenek manganu posiada właściwości sorpcyjne. Spełnia również rolę utleniacza: Mn(II);Mn(III). Mn(III) utleniane są następnie rozpuszczonym tlenem do Mn(IV) i wytrącają się z wody w postaci MnO2*xH2O. Odmanganianie wody bez wcześniejszej alkalizacji jest możliwe dzięki zastosowaniu złoża wpracowanego.
Usuwanie żelaza z wody
Odżelazianie polega na utlenianiu jonów Fe(II) do Fe(III) i usuwaniu wytrąconych związków wodorotlenku żelaza (III), z czystej wody w procesie filtracji i sedymentacji. O metodzie odżelaziania wody decyduje forma występowania żelaza w wodzie surowej.
Usuwanie żelaza występującego w związkach nieorganicznych
Aby wytrącić wodorotlenek żelaza (III) należy:
- umożliwić hydrolizę związków żelaza
- utlenić jony Fe (II) do Fe (III)
- wytworzyć koloidalne cząsteczki wodorotlenku żelaza (III)
- usunąć wytrącony osad
FeSO4 + 2H2O --> Fe(OH)2 + H2SO4
Proces ten zależy od składu chemicznego wody oraz rodzaju zastosowanych urzadzeń i procesów ekologicznych.
Hydroliza związków żelaza przebiega bardzo sprawnie w wyższym pH, przy małym stężeniu żelaza w wodzie. Konieczne jest również usunięcie kwaśnych produktów reakcji. Kwas siarkowy neutralizowany jest przez zasadowość wody, a ditlenek węgla usuwany jest podczas napowietrzania. Jeżeli odczyn wody nie spełni oczekiwań i nie dojdzie do ,,samoneutralizacji” to do wody dodaje się wapno, wodorotlenek sodu lub węglan sodu. W wyniku napowietrzania i chemicznego wiązania dwutlenku węgla, zwiększa się wartość pH wody, co warunkuje utlenianie jonów żelaza.
Jeżeli woda jest napowietrzana to jony Fe(II) utleniane są tlenem rozpuszczonym w wodzie:
Jeżeli woda nie jest napowietrzana, to w tym celu stosuje się inne utleniacze chemiczne, np. chlor, maganian (VII) potasu.
Usuwanie żelaza występującego w związkach organicznych
Jony Fe(II) tworzą stabilne połączenia ze związkami organicznymi. Zdarza się, że właściwość ta uniemożliwia utlenianie jonów Fe(II) do Fe(III). Komplikuje to proces odżelaziania wody. Zaleca się stosowanie utleniaczy chemicznych. Jednak niesie to za sobą groźne konsekwencje, np. przy wykorzystaniu chloru istnieje prawdopodobieństwo, że w procesie powstanie THM.
Innym proponowanym sposobem jest zwiększenie stężenia kationów wodorowych. Wraz z uwalnianiem Fe(II) przebiega agregacja frakcji kwasów humusowych, która prowadzi do wytrącenia ich w roztworze. Stosowanie tej metody w warukach technicznych jest niemal niemożliwe.
Trafnym rozwiązaniem jest koagulacja koagulantem glinowym lub wapnem. Podczas koagulacji siarczanem glinowym z jednej strony wykorzystuje się możliwość neutralizacji ujemnie naładowanych połączeń żelaza ze związkami organicznymi przez jony Al(III) lub ich dodatnio naładowane akwakompleksy, zaś z drugiej dużą pojemność sorpcyjną świeżo wytrąconego wodorotlenku glinowego.
Źródło: Koluszek
Licencja: Creative Commons - bez utworów zależnych