Очистка воды от марганца реферат
Обновлено: 04.07.2024
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
ОЧИСТКА ОТ СОЕДИНЕНИЙ МЕДИ
К подгруппе меди относятся такие ионы: Hg 2+ , Cu 2+ , Bi 3+ , Cd 2+ , Pd 2+ . Сульфиды этих катионов осаждаются не только в соляной, но и нейтральной и в щелочной средах при действии H2S, (NH4)2S или (NH4)2S2 [1].
Все соединения Cu + или трудно растворимы или образуют устойчивые комплексы [2]. В отличие от других катионов этой подгруппы гидроксиды меди и кадмия легко растворяются в аммиаке.
Все соединения меди можно разделить на следующие группы [3]:
1.Трудно растворимые в воде, но более или менее легко в кислотах (HCl, HNO3).
Углекислотные и фосфорнокислые;
2. Трудно растворимые в воде и в кислотах (HCl, HNO3).
а) Сернистые соединения (растворимые в азотной кислоте);
b) СuX (CuCl легко растворима в соляной кислоте).
Вытеснение меди из её солей более активными металлами
Из водных растворов солей меди, медь вытесняется более сильными металлами, стоящими, согласно электрохимическому ряду напряжений, до меди [2, 3, 4, 5, 6, 7].
Взаимодействие с сульфидом аммония или сульфидами натрия и калия
При добавлении по каплям аммиачного раствора сульфата меди к (NH4)2S происходит образование комплекса состава: [NH4][CuS4] [2, 6]. Образование происходит из кислых и нейтральных растворов [3, 8].
Взаимодействии с H2S
Двухвалентная медь из водных растворов солей осаждается сероводородом в виде черного CuS [2, 4, 6, 8]. Выпадение осадка происходит не только в HCl, но и при рН>=7 [6].
Взаимодействие с гидроксидами
При кипячении с водой CuCl взаимодействует с водой с образованием Cu2O [4]. При взаимодействии солей меди Cu 2+ со щелочами происходит образование гидроксида меди (2) [2, 3, 4, 5, 6, 8]. Однако при добавлении избытка щелочи происходит растворение с образованием растворимого комплекса. В присутствии тартратов, цитратов, арсенатов гидроксиды не дают с солями двухвалентной меди осадка гидроксида меди (2), а происходит образование темно-синего раствора [4]. Глицерин, винная, лимонная кислоты образуют с медью окрашенные комплексы, из которых медь не осаждается [5]. Растворение гидроксида меди наблюдается при взаимодействии его с NH4OH.
При нагревании гидроксид меди разлагается с образованием CuO.
Взаимодействие с NH4OH
При взаимодействии солей меди (2) с NH4OH происходит выпадение осадка состава Cu2(OH)2SO4 светло-голубого цвета, который растворим в избытке аммиака [3, 4, 5].
Условия проведения: а) рН.=9; b) отсутствие ионов никеля и меди; c) отсутствие восстановителей восстанавливающих Cu 2+ до Cu + (SnCl2, CH2O, мышьяковистая кислота); d) отсутствие солей аммония; e) отсутствие органических соединений связывающих медь в комплекс [6].
Взаимодействии с карбонатом натрия или калия
При взаимодействии солей меди с карбонатом натрия или калия происходит выпадение зеленого осадка растворимого в аммиаке [6, 8].
При взаимодействии солей меди при рН>=7 с Na2HPO4 наблюдается образование голубого осадка Cu3(PO4)2 растворимого в аммиаке и уксусной кислоте [6].
Взаимодействие с иодидами
При взаимодействии с иодидами, например с иодидом калия протекает реакция, в результате чего в осадок выпадает CuI [2, 3, 4, 5, 6, 7]:
Cu 2+ + 2 I - = CuI + 0.5 I2
Реакция протекает в слабокислой среде [7].
При взаимодействии солей меди с Na2S2O3 при подкислении и кипячении происходит образование осадка Cu2S и S [3, 6].
Электролиз солей меди
При электролизе солей меди на катоде происходит выделение чистой меди [2, 7].
Взаимодействие с роданидами
При взаимодействии солей меди с роданидами наблюдается выпадение в осадок черной соли Cu(SCN)2 [2, 4, 8].
Условие проведения: a) рН 3+ , Co 2+ Ni 2+ ; b) отсутствие окисляющей среды окисляющей Fe 2+ до Fe 3+ ; c) отсутствие восстанавливающей среды [6].
Взаимодействие с (NH4)2[Hg(CNS)4] в присутствии Zn
При взаимодействии наблюдается образование осадка зеленого цвета [4].
При взаимодействии наблюдается образование осадка фиолетового цвета [5]. Необходимые условия: отсутствие Fe 3+ , Co 2+ Ni 2+ .
Взаимодействие с SiO3 2-
При смешении растворов содержащих соли меди и раствора с SiO3 2- визуально не наблюдалось взаимодействие.
Взаимодействие с суперфосфатом
При смешении растворов содержащих соли меди и раствора с суперфосфатом визуально не наблюдалось взаимодействие.
ОЧИСТКА ОТ СОЕДИНЕНИЙ ВАНАДИЯ
РЕАКЦИИ ИОНА V 2+
Взаимодействие с гидроксидами
При взаимодействии иона V 2+ с гидроксидами происходит образование осадка коричневого цвета – V(OH)2 [2].
Взаимодействие с цианидами
При взаимодействии солей V 2+ с избытком KCN в присутствии этилового спирта происходит выпадение в осадок соединения желто-коричневого цвета - K4[V(CN)6] [2].
РЕАКЦИИ ИОНА V 3+
Взаимодействие с гидроксидами
При взаимодействии с гидроксидами или NH4OH происходит образование зеленого осадка V(OH)3, жадно поглощающего жадно кислород воздуха [2].
Взаимодействие с цианидами
При взаимодействии с цианидами протекает образование красных растворимых комплексов состава K3[V(CN)6] [2].
РЕАКЦИИ ВАНАДИЯ (V)
Электрохимическое восстановление
В результате электрохимического восстановления сернокислотных растворов V2O5 протекает до V2(SO4)3•H2SO4•12H2O. При нагревании до 180 С происходит образование V2(SO4)3 [2].
Взаимодействие с пероксидом водорода
Из растворов щелочных ванадатов происходит выделение солей желтого цвета состава MeVO4. Взаимодействие происходит в присутствии этилового спирта [2].
РЕАКЦИИ VO3 -
Взаимодействие с NH4OH
При взаимодействии VO3 - с гидроксидом аммония происходит образование NH4VO3 [каф. ХТНВ, К и Э]. По данным литературы [6] при обычных условиях осаждение не происходит, но в присутствие ионов Fe3+, Al3+, Ti(4) и др. ион VO3 - вместе с ними соосаждается.
Взаимодействие с сероводородом и сульфидом аммония
Ванадий осаждается из кислых растворов - сероводородом, а из аммиачных - при подкислении осаждается (NH4)2S. [2].
При этом протекают реакции [5]:
2 VO3 - + H2S + 6 H + = 2 VO 2+ + S + 4 H2O
VO 2+ + (NH4)2S (в среде аммиака) = VOS
По данным литературы [6, 8] при использовании в качестве осадителя сульфид аммония происходит осаждение ванадия в виде V2S5:
Взаимодействие с SrCl2
При кипячении VO3 - с SrCl2 происходит образование желтого осадка солей Sr(VO3)2 + Sr3(VO4)2 [6].
Взаимодействие с HgNO3
Наблюдается образование ванадата ртути HgVO3, при условии рН=7
Взаимодействие с солями бария
При этом протекает процесс образования осадка желтого цвета по реакции [6]:
Взаимодействие с солями серебра
При действии солей серебра на ион VO3 - наблюдается образование желтого осадка по реакции [6]:
Взаимодействие с солями свинца
При действии солей свинца на ион VO3 - наблюдается образование нерастворимых ванадатов свинца [6, 8].
Взаимодействие с NH4HCO3
При взаимодействии VO3 - наблюдается выпадение рентгеноаморфного осадка содержащего ванадий [каф. ХТНВ, К и Э].
Взаимодействие с NH4Cl
При взаимодействии VO3 - с твердым NH4Cl при нагревании наблюдается образование NH4VO3 [6, 8].
Взаимодействие с CaCO3
При взаимодействии VO3 - с CaCO3 наблюдается снижение концентрации ванадия в растворе. [каф. ХТНВ, К и Э].
Взаимодействие с Ca(OH)2
Взаимодействие с CaSO4•0.5H2O
При взаимодействии VO3 - с CaSO4•0.5H2O наблюдается снижение концентрации ванадия в растворе. [каф. ХТНВ, К и Э].
Взаимодействие с SiO3 2-
При смешении растворов содержащих VO3 - и раствора с SiO3 2- визуально не наблюдалось взаимодействие.
Взаимодействие с суперфосфатом
При смешении растворов содержащих VO3 - и раствора с суперфосфатом визуально не наблюдалось взаимодействие.
ОЧИСТКА ОТ СОЕДИНЕНИЙ НИКЕЛЯ
Взаимодействие с (NH4)2S в присутствии аммиака и солей аммония
Выпадает черный NiS 4.
Взаимодействие с H2S
При взаимодействии солей никеля с сероводородом при рН7 выпадает осадок NiS [4, 6-8].
Взаимодействие с NaOH(KOH) без избытка
Выпадает зеленоватый осадок Ni(OH)2 [2-6, 8].
Взаимодействие с NaOH(KOH) избыток при нагревании
Выпадает зеленоватый осадок Ni(OH)2 5.
Взаимодействие с NH4OH без избытка
Зеленоватый осадок основных солей переменного состава [3-6, 8].
Взаимодействие с NH4OH в избытке и присутствии солей аммония
Раствор сереневого цвета – [Ni(NH3)6] 2+ [3-5, 8].
Образуется зеленый осадок Ni(OH)2 [2,3,5, 8]. По даннам [6] образуется
Взаимодействие с K4[Fe(CN)6]
Образуется бледнозеленый осадок переменного состава 4.
Взаимодействие с K3[Fe(CN)6]
Образуется желто-бурый осадок переменного состава [5,6].
Окислители в щелочной среде
Образуется черный осадок Ni2O3*H2O. Пероксид водорода не окисляет никель [5,6]. По данным [8]:
Взаимодействие с цианидами
Образуется яблочно-зеленый осадок содержащий воду. При нагревании до 180-200 С в осадке Ni(CN)2 [2-4,8].
Взаимодействие с роданидами
При взаимодействии выпадают в осадок раданиды [2]:
Ni 2+ + 2 CNS - = Ni(CNS)2
Взаимодействие с щавеливой кислотой
При взаимодействии солей никеля в осадок выпадают зеленовато-белые хлопья [2] оксалата никеля.
При взаимодействии солей никеля с дициандиамидинсульфатом в присутствии KOH образуется желтый осадок [2].
ОЧИСТКА ОТ СОЕДИНЕНИЙ МАРГАНЦА
Mn 2+
Взаимодействие с (NH4)2S в присутствии аммиака и солей аммония
Образуется осадок телесного цвета MnS 4.
Взаимодействие с H2S
Выпадает осадок MnS [6,7].
Взаимодействие с NaOH(KOH) без избытка
Образуется белый буреющий осадок Mn(OH)2 [2-6, 8, 9]. Образуемый осадок на воздухе буреет вследствие перехода Mn 2+ в Mn 4+ , при этом образуется MnO(OH)2 или H2MnO3 (марганцоватистая кислота) [9].
Взаимодействие с NaOH(KOH) избыток при нагревании
Образуется белый буреющий осадок Mn(OH)2 [5].
Окислители в щелочной среде
При взаимодействии в щелочной среде в присутствии пероксида водорода при нагревании образуется бурый осадок MnO2·xH2O [3, 5, 6].
При взаимодействии в щелочной среде (избыток) в присутствии Br2 образуется MnO2·H2O [4].
При взаимодействии в щелочной среде в присутствии окислителей образуется бурый осадок MnO2·xH2O [5, 6].
При взаимодействии в присутствии более сильных окислителей происходит окисление до MnO4 - [5, 6]. При окислении марганца до перманганата в качестве окислителей обычно используют: PbO2, (NH4)2S2O8 и другие ОВП которых выше 1,52 в. [9].
Взаимодействие с NH4OH без избытка
Образуется белый буреющий осадок Mn(OH)2 [2, 3, 5, 6, 8, 9].
Условия протекания: рН=9-10
Взаимодействие с NH4OH в избытке и присутствии солей аммония
Образуется белый осадок MnCO3 [2, 3, 5, 6, 8].
Взаимодействие с Na2HPO4
При рН около 7 образуется белый осадок Mn3(PO4)2 [2, 5, 6, 8].
Взаимодействие с K4[Fe(CN)6]
Образуется белый осадок переменного состава 6.
Взаимодействие с K3[Fe(CN)6]
Образуется бурый осадок переменного состава [5, 6].
Взаимодействие с цианидами
Образуется осадок Mn(CN)2 [2, 8].
Взаимодействие с щавеливой кислотой
При взвимодействии солей марганца при нагревании образуется MnC2O4·2H2O [2].
Взаимодействие с SO2
При взаимодействии солей марганца в водных растворах с SO2 образуется осадок MnSO3 [2].
Взаимодействие с AgCl в присутствии конц. NaOH
2 AgCl+Mn 2+ + 4OH - = 2 Ag+MnO(OH)2+2 Cl - +H2O
Mn 3 +
Взаимодействие с CH3COOH(горячая) и KMnO4 или Cl2
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
А. Нойс, В. Брэй. Качественный анализ редких элементов.- М.: ОНТИ, Главная редакция химической литературы.-1936.
Г. Реми Учебник неорганической химии. Т2. Под. ред. Б.М. Беркенлеима.- Л.: ОНТИ, Химтеорет, 1935.-390 с.
В. Бурдаков Качественный анализ кислот и металлов.- Изд-е 3-е. – Л.: Ленинградский горный институт.-1930.
Л. Кертман Курс качественного анализа.- М.: ОНТИ, Главная редакция химической литературы.-1937.
Алексеев В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа. Изд. 5-е пер. и доп. Под. ред. П.К. Агасяна.- М.: Химия, 1970.-472 с.
Крешков А.П. Основы аналитической химии. Теоретические основы. Качественный анализ. Изд. 3-е перер. Т1.-М.:Химия, 1970.-462 с.
Г. Шарло Методы аналитической химии. Количественный анализ неорганических соединений. Под. ред. Ю.Ю. Лурье.- М.: Химия,
Ф. Тредвел курс аналитической химии. Том 1. Качественный анализ/ Под. ред. А.С. Коновалова.- М.-Л.: 1931.-511 с.
Воскресенский А.Г., Солодкин И.С. Практическое руководство по качественному полумикроанализу (на основе бессероводородного метода). – М.: Просвещение, 1972.- 134 с.
Удаление марганца аэрацией с подщелачиванием воды применяют при одновременном присутствии в ней марганца и железа. При аэрации воды удаляется часть диоксида углерода и происходит ее насыщение кислородом воздуха. При удалении С02 возрастает pH сточной воды, что способствует ускорению процессов окисления и гидролиза железа и частично марганца с образованием гидроксидов. Двухвалентный марганец… Читать ещё >
- охрана окружающей среды: процессы и аппараты защиты гидросферы
Очистка от соединений марганца ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
Соединения марганца содержатся в сточной воде металлургических, машиностроительных и химических производств. При концентрации марганца более 0,05 мг/л вода окрашивается в темный цвет. Некоторые производства предъявляют жесткие требования к содержанию марганца в воде (бумажная, текстильная, кинокопировальная, синтетических волокон, пластмасс). Удаление из воды марганца может быть достигнуто следующими методами: 1) обработкой воды перманганатом калия; 2) аэрацией, совмещенной с известкованием; 3) фильтрованием воды через марганцевый песок или марганцевый катионит; 4) окислением озоном, хлором или диоксидом хлора.
При обработке воды перманганатом калия достигается одновременная очистка от марганца и от железа. Перманганат калия окисляют с образованием малорастворимого диоксида марганца:
В этом процессе 1 кг КМп04 окисляет 0,53 мг Мп 2 Наибольший эффект достигается при обработке воды дозой 2 мг КМп04 на 1 мг. Осадок диоксида марганца удаляют фильтрованием.
Удаление марганца аэрацией с подщелачиванием воды применяют при одновременном присутствии в ней марганца и железа. При аэрации воды удаляется часть диоксида углерода и происходит ее насыщение кислородом воздуха. При удалении С02 возрастает pH сточной воды, что способствует ускорению процессов окисления и гидролиза железа и частично марганца с образованием гидроксидов.
Двухвалентный марганец медленно окисляется в трехи четырехвалентный растворенным в воде кислородом. Окисление марганца происходит при pH = 9−9,5. Образующийся гидроксид марганца выпадает в осадок в виде Мп (ОН)3 и Мп (ОН)4. Растворимость этих соединений 0,01 мг/л, образующийся Мп (ОН)4 снова участвует в процессе, являясь катализатором окисления марганца.
При pH = 9,5 марганец удаляется почти полностью, при рН 2 * резко ускоряется, если аэрированную воду фильтруют через контактный фильтр, загруженный дробленым пиролюзитом (Мп02 Н20), либо кварцевым песком, предварительно обработанным оксидами марганца.
Диоксид хлора и озон при pH = 6,5−7 окисляют Мп 2 ' за 10−15 минут. На окисление 1 мг Мп 2+ расходуется 1,35 мг С102 или 1,45 мг 03. Однако применение этих окислителей требует строительства сложных установок, поэтому их практически нс используют.
Марганец может быть удален из воды биохимическим окислением. Процесс проводят следующим образом. На песке фильтра высеивают особый вид марганецпотребляющих бактерий, которые в процессе своей жизнедеятельности поглощают из воды марганец. Отмирающие бактерии образуют на зернах песка пористую массу с высоким содержанием оксида марганца, который служит катализатором процесса окисления.
Марганец из воды может быть удален при помощи марганцевого катионита, который приготовляют, пропуская через любой катионит в натриевой форме растворы хлорида марганца и перманганата калия. При этом происходят следующие реакции:
(где Me — катион Na* или К + ).
В этих процессах перманганат калия окисляет марганец с образованием оксидов марганца, которые в виде пленки оседают на поверхности зерен катионита. При регенерации пленку восстанавливают раствором перманганата калия.
Из рассмотренных методов наиболее эффективным является метод обработки перманганатом калия. Он не требует сложного оборудования и просто контролируется.
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.
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 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 присутствует совместно с железом, но и из вод, где железо отсутствует, создавая добавления в воду железного купороса, одного из самых Дешевых реагентов.
Удаление марганца из подземных вод может быть достигнуто в пласте при условии достаточно высокого значения рН. При введении в подземный поток воды, содержащей растворенный кислород, или воздуха, технического кислорода достигается окисление железа (II) и марганца(II), их соосаждение и задержание в порах водовмещающих пород. На процесс деманганации и деферизации воды по этому методу существенное влияние оказывают железо- и марганец- бактерии. Метод экономичный, относительно простой, однако, не всегда обеспечивающий надлежащую глубину деманганации воды. Считается целесообразным его использование при содержании марганца в подземной воде до 0,5 мг/л и высоком рН.
Наиболее эффективным и технологически простым методом удаления марганца из вод поверхностных и подземных источников в настоящее время является обработка их перманганатом калия. Этот метод может быть применен на очистных комплексах любой производительности при любом качестве исходной воды; существенного изменения технологической схемы при этом не происходит. На удаление 1 мг Mn(II) расходуется 1,88 мг КМп04.
Использование катализаторов окисления марганца. Установлено, что предварительно осажденные на поверхности зерен фильтрующей загрузки оксиды марганца оказывают каталитическое влияние на процесс окисления иона марганца (П) растворенным в воде кислородом. При фильтровании аэрированной и подщелаченной (при низких (рН) воды, содержащей марганец, через песчаную загрузку по прошествии некоторого времени на поверхности зерен песка образуется слой, состоящий из отрицательно заряженного осадка гидроксида марганца Мп(ОН)4, который адсорбирует положительно заряженные ионы марганца (II). Гидролизируясь, эти ионы реагируют с осадком Мп(ОН)4, образуя хорошо окисляемый полутораоксид Мn203 по реакциям:
Мn(ОН)4+Мn (ОН) 2 → Mn203 + ЗН20,
2Мn203 + 02 + 8Н20 → Mn(ОН)4
При использовании такой загрузки фильтров окисление марганца растворенным в воде кислородом воздуха возможно осуществить при значениях рН, значительно меньших, чем обычно (рН>7,5).
В практике водоподготовки за рубежом в качестве катализатора окисления марганца кислородом воздуха или хлором получили распространение соли меди, медно-никелевые сплавы.
Деманганация воды перманганатом калия. Основана на его способности окислять марганец (II) с образованием малорастворимого оксида марганца:
вода марганец деманганация
ЗМn2+ + 2МnО4- + 2Н20 → 5Мn02 + 4Н+
Очень важным аспектом применения перманганата калия для очистки воды от марганца является образование дисперсного осадка оксида марганца Мп02, который, имея большую удельную поверхность порядка 300 м2/г, является эффективным сорбентом. При обработке воды перманганатом калия снижение привкусов и запахов происходит также вследствие частичной сорбции органических соединений образующимся мелкодисперсным хлопьевидным осадком гидроксида марганца. Кроме того, осадок оксида марганца, как это указывалось выше, обладает каталитическими свойствами по отношению к процессу окисления иона марганца (II) кислородом воздуха.
Применение перманганата калия дает возможность удалить из воды как марганец, так и железо независимо от форм их содержания в воде. В водах с повышенным содержанием органических веществ железо и марганец образуют устойчивые органические соединения (комплексы), медленно и трудно удаляемые при обычной обработке хлором и коагулянтом. Применение перманганата калия, сильного окислителя, позволяет разрушить эти комплексы с дальнейшим окислением ионов марганца (II) и железа(II) и коагуляцией продуктов окисления. Кроме того, коллоидные частицы гидроксида марганца Мп(ОН)4 в интервале рН=5. 11 имеют заряд, противоположный зарядам коллоидов коагулянтов Fe(OH)3 и А1(0Н)3, поэтому добавление перманганата калия к воде интенсифицирует процесс коагуляции. Таким образом, пермангаиат калия, оказывая совокупное действие как окислителя, сорбента и вспомогательного средства коагуляции, является высокоэффективным реагентом для очистки воды от целого ряда загрязнений, в том числе и от марганца.
Эксперименты показали, что максимальное снижение концентрации марганца(II) в воде (до 97%) достигается при обработке воды перманганатом калия дозой 2 мг КМп04 на I мг марганца(II) с дальнейшим добавлением коагулянта для удаления продуктов окисления и взвешенных веществ. Остаточное содержание марганца в воде при этом не превышало 0,1 мг/л, а после фильтрования воды на песчаных фильтрах она практически не содержала ионов марганца (II), одновременно наблюдалось полное удаление железа.
В настоящее время разработана технология применения перманганата калия для удаления марганца, а также привкусов и запахов воды в промышленном производстве. Достоинством этого метода является возможность использования его на уже действующих сооружениях очистки без изменения существующей технологической схемы.
На фильтровальных комплексах очистки воды из поверхностных источников раствор перманганат калия вводится в воду до коагулирования в смеситель или на насосной станции I подъема. При удалении марганца из подземных вод для увеличения фильтроцикла одновременно с раствором КМп04 в обрабатываемую воду рекомендуется вводить активированную кремнекислоту в количестве 3. 4 мг/л или флокулянт К-4. В этом случае укрупняются хлопья образующихся при окислении соединений марганца(IV), которые медленнее проникают в фильтрующую загрузку.
Очистка воды, от марганца с использованием сильных окислителей. Скорость окисления ионов марганца (II) хлором, озоном, оксидом хлора зависит от величины рН среды. Хлор — сильный окислитель, однако эффект окисления им марганца может быть достаточно полным при значениях рН=8. 8,5, что чаще всего требует подщелачивания воды. На окисление 1 мг Mn(II) в Mn(IV) требуется 1,3 мг хлора. Экспериментальные исследования показали, что хлор окисляет марганец(II) при рН=7 за 60. 90 мин всего на 50%. В отсутствии ионов NH4+ при рН=8 окисление марганца (II) хлором за 60. 90 мин завершается полностью, остаточное содержание марганца в воде составляет 0,05. 0,1 мг/л. Остаточное содержание марганца (И) в воде, подвергнутой хлорированию и фильтрованию, через 60 мин при исходной концентрации марганца 10 мг/л составило: при рН воды — 9. 5,0 мг/л; при рН=9,45..~ . 1,3 мг/л; при рН=10 — менее 0,02 мг/л, т. е. эффект окисления хлором был намного ниже эффекта окисления кислородом воздуха в присутствии катализатора. Окисление марганца (II) озоном или оксидом хлора(IV) при рН=6,5. 7,0 завершается в течение 10. 15 мин, при этом расход озона составляет 1,45, а оксида хлора(^) — 1,35 мг/мг марганца(П).
Как показали результаты экспериментов, для осуществления этого метода требуется соблюдение соотношения Fe2+/Mn2+ — 10. Процесс деманганации воды зависит от ее температуры, РН, окисляемости, присутствия силикатов, соотношения Fe(II)/ Mn(II).
Результаты исследований процессов окисления иона марганца (II) озоном показали, что расход последнего на I мг марганца составил: при концентрации марганца 0,4 мг/л — 2 мг и при концентрации 0,8 мг/л — 4 мг. Объяснить этот факт можно каталитическим разложением озона мелкодисперсной агрегативно-устойчивой взвесью оксидов марганца, образующихся в процессе озонирования воды. Удаление взвеси происходит эффективно после коагулирования и фильтрования. Без коагулирования (просто фильтрованием) взвесь удаляется незначительно. Обнаружено, что взвесь оксидов железа, образующаяся в первую очередь, также является катализатором распада озона. В связи с этим очистку вод, содержащих одновременно большое количество железа (И) и марганца(II), предлагается производить в две стадии (рис. 17.8): на первой осуществляется окисление железа(II) и выделение его из воды, да второй — окисление марганца(II) озоном, коагулирование, отстаивание и фильтрование. Очевидно, что известная громоздкость этой технологической схемы может быть оправдана лишь для водопроводов большой производительности, в основном при заборе воды из поверхностных источников. Несмотря на свою высокую эффективность, озон используют редко из-за высокой стоимости и сложности эксплуатации озонаторных установок.
Рис. 17.8. Установка деманганации воды озонированием.
1 — подача озона, 2 — камера озонирования, 3 — ступенчатый каскадный аэратор, 4 — поглотитель остаточного озона, 5 — подача исходной воды, 6 — двуслойный фильтр, 7 — отвод чистой воды
Оксид хлора СО2 также является сильным окислителем, однако, использование этого реагента затруднено из-за необходимости применения сложных в строительстве и эксплуатации установок, что особенно невыгодно на сооружениях очистки подземных вод небольшой производительности, которые составляют большинство.
Удаление марганца(Ц) и железа(II) из воды методом ионного обмена. Это происходит как при натрий, так и при водород-катионировании при фильтровании воды через катионитовую загрузку в ходе умягчения. Метод целесообразно применять при необходимости одновременного глубокого умягчения воды и освобождения ее от железа(II) и марганца (II).
Биохимический метод удаления марганца. Заключается в высевании на зернах загрузки фильтра марганце потребляющих бактерий типа Bacteriamanganicus, Metallogeniumpersonatum, Caulococeusmanganiferи последующем фильтровании обрабатываемой воды. Эти бактерии поглощают марганец из воды в процессе жизнедеятельности, а отмирая, образуют на зернах песка пористую массу, содержащую большое количество оксида марганца, служащего катализатором окисления марганца (II). При скорости фильтрования до 22 м/ч фильтры полностью удаляют из воды марганец.
Исследования биологических и биохимических методов очистки воды от марганца продолжаются. Т. П. Пейчевым предложен метод удаления марганца на биофильтрах и скорых обычных фильтрах. Испытывалась артезианская вода с содержанием железа 3,75. 9,0 мг/л и марганца 0,2—0,8 мг/л. Для очистки воды от железа и марганца использовались двухступенчатые биофильтры. Первая ступень предназначалась для удаления железа и состояла из двух слоев кварцевого песка: нижнего высотой 0,8 м и крупностью I . 2 мм и верхнего высотой 1,05 м и крупностью 1,5. 2,5 мм. Вторая ступень предназначалась для удаления марганца; ее загрузка состояла из песка крупностью 1,5. 2,5 мм, высота слоя составила 1,4 м. При скорости фильтрования 16. 28 м/ч достигалось стабильное снижение содержания железа до 0,1. 0,2 мг/л, марганца — до 0,02 . 0,05 мг/л. Продолжительность фильтроцикла (до достижения сопротивления 0,08. 0,1 МПа) составляла 40. 100 ч в зависимости от скорости фильтрования. Для интенсификации процессов очистки на биофильтры подавался кислород.
Из сказанного следует, что для деманганации подземных вод наибольший интерес представляют: метод сорбции на гидроксиде железа(III), фильтрование через модифицированию загрузку и биохимический метод.
Алексеев Л. С., Гладков В. А. Улучшение качества мягких вод. М., Стройиздат, 1994 г.
Алферова Л. А., Нечаев А. П. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов. М., 1984.
Аюкаев Р. И., Мельцер В. 3. Производство и применение фильтрующих материалов для очистки воды. Л., 1985.
Вейцер Ю. М., Мииц Д. М. Высокомоллекуляриые флокулянты в процессах очистки воды. М., 1984.
Егоров А. И. Гидравлика напорных трубчатых систем в водопроводных очистных сооружениях. М., 1984.
Текущие санитарные нормы ограничивают предельно допустимое содержание марганца в хозяйственной и питьевой воде – допустимая норма составляет 0,1 мг/л. В некоторых европейских странах требования еще жестче – до 0,05 мг/л. Если содержание элемента выше, страдают органолептические свойства воды, появляется неприятный привкус, на сантехнике образуются характерные пятна, а на трубах собирается осадок (он имеет вид черной пленки). В подземных водах элемент содержится в виде растворимых солей Mn2+. Чтобы очистить воду от марганца, его сначала нужно перевести окислением в нерастворимое состояние, после чего начнутся процессы гидролизации с образованием нерастворимых гидроксидов Mn(OH)3, Mn(OH)4. При осаждении на загрузке фильтра начинает проявлять каталитические свойства, ускоряя окисление двухвалентного марганца кислородом. Для эффективного окисления элемента кислородом нужно, чтобы значение рН воды, которая проходит очистку, находилось в районе 9.5-10.0. Перманганат калия, гипохлорит натрия или хлор, озон позволяют вести процессы демаганации при меньших показателях рН – например, 8.0-8.5. Для окисления 1 мг марганца, растворенного в воде, требуется около 0.291 мг кислорода.
Очистка воды от железа и марганца: обезжелезивание и деманганация (удаление марганца). Нужно ли очищать воду из скважины
Железо и марганец – самые распространенные загрязнители водных источников. Вода просачивается через грунтовые минеральные отложения и насыщается катионами данных металлов. Если норма железа превышается, то и содержание марганца часто оказывается критическим. Для исправления ситуации проводится деманганация (процесс удаления марганца из воды).
Марганец, как и железо, может пребывать в двух состояниях – растворенном и окисленном. В подземных источниках кислорода нет, поэтому марганец содержится в них в растворенном виде. Для удаления его из воды в данном случае применяются те же методики, что при обезжелезивании. То есть сначала нужно будет окислить марганец, а затем уже убрать взвеси из воды.
Важность очистки воды от марганца
Избыток марганца придает воде характерный желтый оттенок и вяжущий привкус. От такой воды на трубах и сантехнике появляются темные пятна и черные наросты. Но главное даже не это, а то, что постоянное употребление в пищу тяжелых металлов чревато очень неприятными последствиями (они склонны накапливаться). Негативно влияет избыток марганца на работу ЦНС, состояние сердечно-сосудистой системы и скелета. Во время беременности данный элемент особенно опасен, поскольку он сказывается на развитии ребенка.
Современные способы (методы) и процесс глубокой очистки воды из скважины от марганца. Оборудование и материалы для фильтрации
Важнейшее условие качественной очистки водных масс от марганца – требуемый уровень водородного значения рН, поскольку из-за химического состава окисление данного элемента (в отличие от обычного железа) происходит сложнее. При показателе от pH 7.5 ионы марганца принимают нерастворенную форму, а если он ниже 7.0, эффективное удаление элемента становится просто невозможным. В данном случае в целях повышения водородного показателя могут использоваться фильтры корректоры pH с кальцитом – зернистыми мраморными фракциями.
Для дальнейшей очистки потребуется окислитель, поскольку содержащегося в воде элемента обычно оказывается недостаточно. Решить проблему помогают эжекторы-аэраторы.
Очистка воды от марганца с применением обезжелезивателя
В грунтовых водах, в которых кислорода нет вообще, марганец присутствует в двухвалентной растворенной форме. Чтобы удалить его из воды, сначала нужно будет произвести окислительные реакции, а потом фильтрацию. Хорошие результаты показывают фильтры-обезжелезиватели.
Очистка воды от марганца с применением фильтра комплексной очистки
Фильтры комплексной очистки стоят дороже остальных решений, зато эффективно удаляют марганец при любых заданных значениях pH. Насыщать воду кислородом при этом не требуется. Многокомпонентная фильтрующая среда комплексных установок также гарантирует эффективную очистки воды от железа, солей жесткости, органики и прочих примесей, которые в ней растворены. Данный вид водоочистки очень эффективен в удалении марганца из колодезной и скважинной воды. Один такой фильтр заменяет сразу несколько устройств разного назначения.
Очистка воды от марганца с применением накопительных баков
Также удаление марганца из колодезной воды может производиться с применением накопительных баков. Сначала в целях лучшего окисления выполняется корректировка водородного показателя кальцитом (его засыпают на дно колодца либо в накопительный газ). Окислительные процессы запускает аэрационное устройство – эжектор. После прохождения эжектора насыщенная воздухом вода поступает в накопительную емкость, где продолжаются окислительные реакции. Затем вода начинает подаваться насосной станцией на фильтр промывной титановой мембраны. Частики марганца от 0.1 микрон, которые не смогли раствориться, удерживаются поверхность мембраны.
Принципы работы фильтрационной системы и удаление марганца из воды
На первой стадии очистки из воды вакуумом убирают свободную углекислоту, в результате чего рН повышается до 8.0-8.5. Упрощает выполнение работ вакуумно-эжекционный аппарат, в эжекционной части которого происходит диспергирование воды с последующим насыщением кислородом воздуха. Затем вода подается на фильтрацию через зернистую загрузку (это может быть кварцевый песок или другой материал). Данный метод очистки применим при перманганатной окисляемости до 9.5 мгО/л. В воде обязательно присутствует двухвалентное железо, при окислении которого получается гидроксид железа, адсорбирующий и каталитически окисляющий Mn2+. Соотношение концентраций [Fe2+] / [Mn2+] меньше 7/1 быть не должно. Если в исходной водной среде такое соотношение достичь не получается, в нее добавляют сульфат железа.
Очистка воды от марганца перманганатом калия
Методика применима для поверхностных и подземных вод. При введении перманганата калия в воду растворенный марганец окисляется, в результате образуется малорастворимый оксид марганца. Осажденный оксид в виде хлопьев имеет значительную развитую удельную поверхность – около 300 м2 на 1 г осадка. Осадок – отличный катализатор, который позволяет проводить демангацию при рН около 8.5. Для удаления Mn2+ в количестве 1 мг нужно 1.92 мг перманганата калия. Как мы уже писали выше, перманганат калия убирает из воды и марганец, и железо в любых формах. Также удаляются неприятные запахи, за счет сорбционных свойств повышают вкусовые качества воды. Практические данные относительно очистки воды от марганца с применением перманганата калия показывают – нужно использовать 2 мг вещества на каждый 1 мг марганца, процент окисления будет составлять до 97%. Mn2+. После перманганата для удаления продуктов окисления, взвешенных веществ вводят коагулянт. Затем вода фильтруется на установке песчаной загрузки. При очистке подземных вод от марганца параллельно с перманганатом вводят активированную кремниевую кислоту либо флокулянты. Это позволяет увеличить хлопья оксида марганца в размерах.
Очистка воды от марганца каталитическим способом
При очистке воды от марганца и железа предварительное осаждение оксидов на поверхность зерен фильтра оказывает каталитическое воздействие на процесс окисления двухвалентного марганца кислородом (кислород используется растворенный). В процессе фильтрации предварительно аэрированной и, если это нужно, то подщелоченной воды на зернах фильтра песчаной загрузки образуется осадок гидроксида марганца Mn(OH)4. Ионы Mn2+ адсорбируются гидроксидом марганца и гидролизуются с получением Mn2O3. Последний элемент окисляется до Mn(OH)4 растворенным кислородом и снова принимает участие в каталитическом окислении. Как любой классический катализатор, элемент Mn(OH)4 практически не расходуется.
Очистка воды от марганца на модифицированной загрузке
Очистка воды от марганца введением реагентом
Скорость окисления двухвалентного марганца хлором, диоксидом хлора, озоном либо гипохлоритом натрия зависит от показателя рН исходной воды. При введении гипохлорита натрия либо хлора эффект окисления достигается в полной мере при рН от 8.0-8.5 и времени контакта воды с окислителем один-полтора часа. В большинстве случаев обрабатываемая вода подщелачивается. Требуемая доза реагента для перевода Mn2+ в Mn4+ составляет 1.3 мг на каждый миллиграмм двухвалентного растворенного марганца. Фактические дозы будут выше.
Очистка воды от марганца диоксидом хлора или озоном
Данный тип обработки является одни из наиболее эффективных. Процесс окисления марганца занимает всего 10-15 минут при значении рН 6.5-7.0. Доза озона согласно стехиометрии составляет 1.45 мг, диоксида хлора – 1.35 мг на милиграмм двухвалентного марганца. Но поскольку озон подвергается каталитическому разложению оксидами марганца, доза должна быть увеличена. Все указанные количества KMnO4, ClO2, O3 верны, но они чисто теоретические. Практические дозы окислителей зависят от рН, срока контакта окислителя и воды отложений, содержания органических примесей и других показателей.
Очистка воды от марганца ионным обменом
Очистка воды от марганца способом ионного обмена, как и железа, происходит при водород и натрий катионировании. Методика целесообразна при необходимости глубокого умягчения, обезжелезивания и удаления марганца.
В каких случаях нужна очистка воды от железа и марганца
О высоком содержании марганца в воде свидетельствуют потеки коричнево-желтого цвета на сантехнике, желтизна на одежде, металлический привкус. Но это критерии, которые определяются на глаз, а есть еще и санитарные нормы. Они определяют предельно допустимые параметры содержания марганца в воде, даже если потеков, пятен и металлического вкуса нет, фильтрация является обязательной.
Откуда берутся железо и марганец в воде?
Железо и марганец в воду попадают из горных пород, стоков промышленных предприятий, удобрений. В природе элементы существуют в двух- и трехвалентной формах.
Фильтры для очистки воды от железа и марганца: основные материалы
Рассмотрим самые распространенные фильтрующие материалы, используемые для удаления марганца:
- Упаковки с фильтрами Birm. Устройства устанавливаются под аэраторами.
- Bewaclean – аналогичное предыдущему решение. Дополнительно данный фильтр регулирует кислотность очищаемой воды.
- Green sand – помимо марганца и железа, фильтр удаляет еще и сероводород. Для регенерации используется перманганат калия.
- МТМ – более компактный аналог Greensand с pH 6.2- 8.5.
- Pyrolox – минеральная форма марганца диоксида. Химической регенерации не требует.
Любой фильтрующий материал время от времени нужно очищать, пропуская по нему воду в обратном обычному направлению с высокой скоростью. Воду после промывки использовать в пищевых и питьевых целях нельзя.
Современные системы очистки воды для коттеджа, квартиры, дома и дачи. Варианты обустройства очистительной системы
В квартире, доме или на даче для удаления марганца удобнее всего использовать следующие системы:
- Фильтры с ионообменным картриджем. .
- Устройства каталитического окисления.
- Отстаиватели.
Каждый вариант имеет свои особенности, недостатки и стоимость. Перед принятием окончательного решения о выборе рекомендуем проконсультироваться со специалистами.
Читайте также: