Деманганация воды

К настоящему времени разработаны и внедрены в практику различные методы очистки воды от марганца. Диаграмма Пурбе Е=ф(рН) дает наглядное представление о возможных способах очистки воды от марганца (см. рис. 17.1, б): увеличением окислительно-восстановительного потенциала среды путем применения сильных окислителей без корректирования значения рН воды, повышением значения рН воды при недостаточном окислительно-восстановительном потенциале в случае использования слабых окислителей; совместным применением более сильного окислителя и повышением значения рН воды.

Многие из них основаны на окислении присутствующего в воде иона марганца (II) до марганца (III) и марганца (IV), образующих гидроксиды, растворимость которых при рН>7 меньше 0,01 мг/л. Для этого применяют различные окислители: перманганат калия, озон, хлор и его производные, кислород воздуха. Кроме того, удаление марганца из воды может быть достигнуто с помощью ионного обмена (водород или натрий катионированием), при умягчении известковосодовым методом, при фильтровании воды через загрузку из марганцевого цеолита, биохимическими и другими методами.

Известные в технологии улучшения качества воды методы ее деманганации можно классифицировать на безреагентные и реагентные, на окислительные, сорбционные, ионообменные и биохимические. К числу безреагентных методов удаления марганца из воды следует отнести: глубокую аэрацию с последующим отстаиванием (вариант) и фильтрованием на скорых осветлительных фильтрах с сорбцией марганца на свежеобразованном гидроксиде железа, метод «Виредокс».

К числу реагентных методов деманганации воды прежде всего относятся окислительные с использованием хлора и его производных, озона, перманганата калия, технического кислорода. К ним относятся и методы, предусматривающие использование щелочных реагентов.

Для окисления марганца (II) в диоксид марганца должен поддерживаться определенный окислительно-восстановительный потенциал, значение которого зависит от требуемой в данном конкретном случае концентрации остаточного марганца и рН среды.

Удаление марганца методом глубокой аэрации с последующим фильтрованием предусматривает первоначальное извлечение из воды под вакуумом свободной углекислоты (рН повышается до 8 . . . 8,5), которое производится в вакуумно-эжекционном аппарате с последующим насыщением обрабатываемой воды кислородом воздуха в его эжекционной части, ее диспергирование до капельного состояния и фильтрование через зернистую загрузку. Технологическая схема состоит из скорых осветлительных фильтров, над зеркалом воды которых размещены напорные вакуумно-эжекционные аппараты. Метод применим при окисляемости исходной воды до 9,5 мг 02/л. Подобная технология позволяет успешно решать задачи не только деманганации, деферизации, но и дегазации воды.

Необходимым условием рассматриваемого метода даманганации воды является присутствие в ней железа (II), которое при окислении растворенным кислородом образует гидроксид железа, адсорбирующий на поверхности марганец (II) и каталитически влияющий на его окисление. Процесс успешно протекает при рН аэрированной воды ниже 8,5 и величине Е<0,4 В. Сорбционный характер извлечения марганца подтверждается изотермой адсорбции, построенной по результатам производств венного эксперимента, график которого адекватен изотерме Бедеккера — Фрейндлиха.

Производственные эксперименты, выполненные кафедрой водоснабжения МГСУ (Г. И. Николадзе, В. Б. Викулина и др.) на пяти артезианских водоисточниках показатели качества, воды которых характеризовались рН 7 . . . 7,4, общей жесткостью до 7 мг-экв/л, щелочностью 4 ... 6 мг-экв/л, окисляемостью до 8,1 мг 02/л, сухим остатком 0,5 ... 0,76 г/л. £=0,21 ... 0,39 В, содержанием свободной углекислоты до 6,5 мг/л, содержанием общего железа до 6,3 мг/л, а марганца (II) до 0,76 мг/л, подтвердили целесообразность использования данного метода для получения питьевой воды. Следует отметить, что соотношение концентраций железа (II) и марганца (II) в исходной воде должно быть не менее 7:1.

Результаты проведенных экспериментов позволяют следующим образом объяснить механизм явления. Величина дзета-потенциала гидроксида железа равна нулю при рН=6,7, с возрастанием рН отрицательная величина потенциала увеличивается. Положительно заряженные ионы железа (II) и марганца (II) сорбируются осадком из соединений железа (III), имеющим отрицательный потенциал при рН>7. Поскольку при повышении значения рН отрицательная величина потенциала растет, адсорбция ионов железа (II) и марганца (II) увеличивается.

При фильтровании происходят следующие процессы. Поверхность песка при рН~7 имеет малый электрический отрицательный заряд и поэтому обладает слабыми сорбционными свойствами по отношению к ионам марганца (II) и железа (II) г имеющими положительный заряд. С ростом рН эти свойства усиливаются. При фильтровании через песок сначала происходит адсорбция ионов железа (II) и марганца (II) поверхностью его зерен. Под действием растворенного в воде кислорода ион железа (II) окисляется до железа (III), который, гидролизуясь, образует на поверхности зерен загрузки качественно новый сорбент, состоящий из соединений железа, который и сорбирует ионы марганца (II). Растворимая в воде свободная углекислота также сорбируется этим сорбентом, ухудшая эффект очистки за счет понижения значения рН.

Достоинством этого метода очистки является возможность удалять марганец не только из вод, в которых он прису