Odżelazianie i odmanganianie
|
Odżelazianie i odmanganianie wody.
Zawartość żelaza w wodach podziemnych waha się od zawartości 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 wykorzystywaniu tych wód do celów komunalnych i przemysłowych i dlatego w większości przypadków eksploatowane ujęcia wody wymagają odżelaziania oraz odmanganiania.
Proces technologiczny usuwania związków żelaza i manganu składa się z:
Pomimo, że sole żelaza i manganu występują w wodzie w takich samych połączeniach (najczęściej jako węglany i siarczany), to usuwanie ich przebiega w sposób nieco odmienny.
1. Odżelazianie.
Odżelazianie polega na zamianie występujących w wodzie związków żelaza w postaci rozpuszczonej w związki nierozpuszczalne, które są zatrzymywane na złożu filtracyjnym. Warunkiem koniecznym aby to osiągnąć jest napowietrzanie wody. W wyniku napowietrzania usuwany jest z wody wolny dwutlenek węgla, dzięki czemu podwyższa się odczyn tej wody. Sole żelaza hydrolizują w wodzie stosunkowo łatwo, tworząc rozpuszczalne wodorotlenki Fe(OH)2, które następnie są utleniane rozpuszczonym w wodzie tlenem do nierozpuszczalnych i wytrącających się wodorotlenków żelazowych.
Fe(HCO3)2 + H2O ® Fe(OH)2 + 2CO2 + H2O 2Fe(OH)2 + 1/2O2 + H2O ® 2Fe(OH)3¯
Jeżeli sole żelaza występują jako siarczany FeSO4, wynikiem hydrolizy jest wodorotlenek żelazawy i kwas siarkowy.
FeSO4 + 2H2O ® Fe(OH)2 + H2SO4
Pod wpływem tlenu (w czasie procesu napowietrzania) wodorotlenek żelazawy przechodzi w wytrącający się wodorotlenek żelazowy, natomiast wywiązujący się kwas siarkowy może obniżyć odczyn pH do wartości <5, przy której proces odżelaziania ustaje. W takim przypadku, o ile woda nie zawiera dostatecznej ilości węglanów samorzutnie zobojętniających kwasy, należy ją zalkalizować wodorotlenkiem wapnia (reakcja poniżej).
FeSO4 + Ca(OH)2 ® CaSO4 + Fe(OH)2 i dalej 2Fe(OH)2 + 1/2O2 + H2O ® 2Fe(OH)3¯
Warunkiem szybkiego przebiegu procesu utleniania żelaza dwuwartościowego do trójwartościowego jest osiągnięcie w czasie napowietrzania jak najwyższego odczynu. Na utlenienie 1 mg żelaza zużywa się teoretycznie 0,143 mg tlenu.
2. Odmanganianie.
Rozpuszczone w wodzie sole manganu są trwalsze i nie hydrolizują tak łatwo, jak sole żelaza; do ich usunięcia niezbędne są odpowiednie katalizatory. Skuteczność odmanganiania zależy ponadto od odczynu wody. Najkorzystniej przebiega ono przy pH > 10, przy którym związki manganu hydrolizują na Mn(OH)2. Po napowietrzeniu wodorotlenki te wytrącają się w postaci nierozpuszczalnych Mn(OH)3. Przy niższych wartościach pH odmanganianie jest możliwe tylko w obecności katalizująco działających tlenków manganu, które osadzając się na złożu w filtrze ciśnieniowym sorbują mangan w postaci wodorotlenków.
MnO2 + H2O ® MnO(OH)2 Mn(HCO3)2 + MnO(OH)2 + H2O ® ® 2Mn(OH)3¯ + 2CO2 MnSO4 + MnO(OH)2 + 3H2O ® ® 2Mn(OH)3¯ + H2SO4
Osiągnięcie pełnej sprawności procesu jest więc możliwe po „wpracowaniu się filtra”, tzn. po wytworzeniu się warstwy tlenków. W wyniku nadmiernego zakwaszenia wody kwasem siarkowym i dwutlenkiem węgla może zajść potrzeba alkalizowania wody wodorotlenkiem wapnia. Złożoność reakcji zachodzących przy odmanganianiu sprawia, że poprawne i optymalne ustawienie procesu wymaga dużego doświadczenia obsługi oraz starannej kontroli. Należy również zwrócić uwagę na zakłócenia w procesie odmanganiania, jakie mogą spowodować związki azotu znajdujące się w wodzie, a w szczególności amoniak. W tej sytuacji tlen, dostarczany w czasie napowietrzania, zużywany jest do ich utleniania, a nie do utleniania wodorotlenków manganu. Zachodzi wówczas potrzeba odpowiedniego zwiększenia ilości dostarczanego powietrza.
|
 Odżelaziacz AQUAM
  |
