Techniki Oczyszczania Wód i Ścieków

Sprawozdanie nr.4

Temat: Odżelazienie i odmanganianie wody.

Wstęp teoretyczny:

Problem odżelaziania i odmanganiania występuje zwykle w oczyszczaniu wód podziemnych i infiltracyjnych a sporadycznie przy oczyszczaniu wód powierzchniowych. Jeżeli istnieje potrzeba usuwania żelaza i manganu z wód powierzchniowych to zwykle wystarczające efekty uzyskuje się w procesach koagulacji sedymentacji i filtracji. Jeżeli natomiast koniecznie jest utlenianie jonów żelaza dwuwartościowego wówczas zaleca się wstępne napowietrzenie wody lub dawkowanie utleniacza

Zawartość żelaza w wodach podziemnych waha się od wartości śladowych do kilkudziesięciu mg Fe/dm3. Może ono występować jako rozpuszczone i bezbarwne żelazo dwuwartościowe lub jako utlenione, wytrącające się w postaci czerwonego osadu, żelazo trójwartościowe. Mangan występuje w ilościach znacznie mniejszych i zwykle jego zawartość w wodzie nie przekracza kilku mg Mn / dm3. Pierwiastki te są rozpuszczone w wodzie w postaci różnych związków chemicznych. Obecność soli żelaza i manganu w wodach podziemnych powoduje dużą uciążliwość przy wykorzystaniu tych wód do celów komunalnych i przemysłowych i dlatego w większości przypadków eksploatowanie ujęcia wody wymagają odżelaziania oraz odmanganiania.

Wysokie stężenia żelaza i manganu dotyczą głównie tych gospodarstw domowych, które czerpią wodę z indywidualnych ujęć podziemnych, takich jak np. kopane czy wiercone studnie przydomowe. Pierwiastki te rozpuszczone są w wodzie w postaci kilkudziesięciu różnych związków chemicznych, o zróżnicowanym stopniu wyodrębnienia ich z wody. Wysokie stężenie żelaza w wodzie dostarczanej do mieszkań, powoduje wzrost jej zabarwienia i mętności, a także pogarsza walory smakowe. Można, więc powiedzieć, że żelazo niekorzystnie wpływa na właściwości organoleptyczne. Podobnie związki manganu pogarszają smak wody i wraz ze związkami żelaza mogą wytrącać się w formie osadów, które barwią np. bieliznę w czasie prania oraz powodują zarastanie przewodów wodociągowych. Na urządzeniach sanitarnych pojawiają się trudne do usunięcia rdzawe osady i plamy, zostawiane przez uwodnione mieszaniny tlenków powyższych pierwiastków.

Procesy chemiczne towarzyszące odżelazianiu wody przebiegają na ogół łatwo, bardzo dobre efekty uzyskuje się stosując technologie najprostsze polegające na napowietrzaniu i odgazowaniu wody, a następnie filtracji na złożu kwarcytowym z właściwie dobraną prędkością.

Proces odmanganiania wody zachodzi znacznie trudniej niż jej odżelazianie. Reakcja hydrolizy rozpuszczonych w wodzie soli manganu stanowiąca pierwszy etap tego procesu dla efektywnego przebiegu wymaga odczynu zasadowego i w konsekwencji dozowania do wody substancji alkalizujących do pH ok. 9 - 10. Kolejne procesy, tj. utlenianie poprzez napowietrzanie wody oraz filtracja na złożu żwirowym z prędkością nie wyższą niż 10m/h zachodzą łatwo. Tak prowadzony proces usuwania manganu z wody przede wszystkim ze względu na jej alkalizację należy projektować jako II stopień filtracji, następujący po usunięciu związków żelaza.

Skuteczną metodą odmanganiania wody jest jej filtracja przez wpracowane tj. pokryte w sposób naturalny dwutlenkiem manganu złoże żwirowe lub przez złoże rudy manganowej - braunsztynu. Dwutlenek manganu katalizuje proces usuwania manganu z wody dzięki zdolności sorbowania jonów manganu II oraz ich utleniania. Dla efektywnego przebiegu procesu woda musi być dobrze napowietrzona, odżelaziona oraz pozbawiona wszelkich zanieczyszczeń mechanicznych, które pokrywając ziarna złoża wpracowanego lub braunsztynu blokowałyby ich katalityczne działanie. Katalityczne odmanganianie wody zachodzi już przy odczynie pH ok. 7. Utrudniają odmanganianie substancje o właściwościach redukujących, tj. siarczki, siarkowodór, szczególnie związki amonowe przy stężeniach wyższych od 0,7mgN/dm³.

Odmanganianie wody metodą katalitycznego utleniania należy projektować najczęściej jako drugi stopień filtracji, po wcześniejszym jej odżelazieniu. Odżelazioną wodę należy powtórnie napowietrzyć w aeratorze ciśnieniowym, czas kontaktu wody i powietrza zależy od składu wody, nie powinien być krótszy niż 2min., a następnie filtrować przez złoże wpracowane lub zawierające warstwę braunsztynu z prędkością nie wyższą niż 10 m/h. Dłuższe czasy kontaktu w procesie napowietrzania oraz mniejsze prędkości filtracji należy projektować przy uzdatnianiu wód zawierających związki amonowe w ilościach większych od 0,7mg/dm³.

Cel i zakres ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest usunięcie żelaza i manganu z badanej wody.

W badanej wodzie przed procesem uzdatniania należało zbadać wartości:

pH, barwę, mętność, zawartość Fe(II) i Fe(og.), zawartość Mn, zawartość CO2.

Po 10 minutowym napowietrzaniu należało zbadać:

pH, barwę, mętność, Fe(II) i CO2. Po pierwszej filtracji zbadać pH, barwę, mętność, i Fe(II).

Po filtracji przez filtr piaskowy należało zbadać:

pH, barwę, mętność, zawartość Fe(og.), zawartość CO2.

Po filtracji przez filtr katalityczny należało zbadać:

pH, barwę, mętność, zawartość Fe(og.), zawartość Mn, zawartość CO2.

Zestawienie wyników w tabeli:

Oznaczenia	Jednostki	Woda surowa	Napowietrzanie Tp=10min	Filtr piaskowy V=10m/s	Filtr katalityczny V=10m/s
pH		6,02	6,95	7,20	7,30
Barwa		30	30	10	0
Mętność	NTU	2,33	2,63	0,2	0,2
Fe(II)		0,345	0,189
Fe(ogólne)		1,305		0,037	0,022
Mn		1,54			nie wykryto
CO2		202,4	66,0	57,2	22,0

Wnioski:

Po 10 minutowym napowietrzaniu pH i mętność wody lekko wzrosło, barwa się nie zmieniła zmalała natomiast zawartość Fe(II) i CO2 w badanej próbce wody.

Po filtracji przez filtr piaskowy z prędkością 10 m/s odczyn z lekko zasadowego zmienił się na lekko kwaśny. Znacznie zmalała barwa, mętność i zawartość Fe(og.) badanej wody.

Po filtracji przez filtr katalityczny z prędkością 10 m/s odczyn i mętność praktycznie nie zmieniły swoich wartości. Zmalała zawartość żelaza Fe(og.) i CO2 a Manganu nie wykryto.

Zestawione w tabeli końcowe wyniki wody wskazują na wysoką sprawność filtrowania.

1

---