1. Wstęp teoretyczny

Żelazo i mangan są charakterystycznymi składnikami wód podziemnych. Zawartość żelaza w wodach podziemnych waha się od wartości śladowych do kilkudziesięciu mg/dm³. Może ono występować jako rozpuszczone i bezbarwne żelazo dwuwartościowe lub jako utlenione, wytrącające się w postaci czerwonego osadu, żelazo trójwartościowe. Mangan z kolei występuje w ilościach znacznie mniejszych i zwykle jego zawartość w wodzie nie przekracza kilku mg/dm³.

Wykorzystanie do picia, celów gospodarczych i przemysłowych wód zawierających sole żelaza i manganu może być przyczyną poważnych trudności. Na instalacjach wodociągowych pojawiają się trudne do usunięcia rdzawe osady i plamy, zostawiane przez uwodnione mieszaniny tlenków powyższych pierwiastków, dlatego ich zawartość w wodzie jest normowana. Według wymagań stawianych wodzie do picia i celów gospodarczych stężenie żelaza nie może przekraczać 0,2 mg/l, a manganu 0,05 mg/l. Wymagania co do zawartości tych składników w wodach przemysłowych są różne i ustalane indywidualnie do każdego rodzaju przemysłu.

Metody odżelaziania i odmanganiania wody:

1. Napowietrzanie i filtrowanie

2. Napowietrzanie, alkalizowanie i filtrowanie

3. Napowietrzanie, dodawanie nadmanganianu potasu i filtrowanie.

1. Cel i zakres badań

Celem badań jest ustalenie najkorzystniejszej metody odżelaziania i odmanganiania badanej wody, a także określenie optymalnych warunków procesu. Zakres ćwiczenia obejmuje:

- ustalenie optymalnego czasu napowietrzania wody,

- przeprowadzenie prób technologicznych w celu wyboru właściwej metody usuwania żelaza i manganu

- przeprowadzenie prób technologicznych w celu określenia optymalnych parametrów technologicznych ustalonej metody

1. Sposób wykonania ćwiczenia

Dla badanej wody surowej wykonano analizę fizykochemiczną w zakresie: pH, mętność, barwa, zawartości żelazo dwuwartościowe (Fe⁺²), żelazo ogólne (Fe og), manganu (Mn), dwutlenek węgla (CO₂). Wyniki przedstawione w poniższej tabeli.

W międzyczasie została przeprowadzone napowietrzanie wody surowej, po upływie 20 min oznaczono w próbkach: pH, mętność, barwę, Fe⁺² i CO₂.

Tak przygotowaną wodę przefiltrowano z prędkością 5m/h przez złoże piaskowe odżelaziacza, stosując filtrację pierwszego stopnia. Pierwszą porcję filtratu ok. 1l odrzucono, w następnej oznaczono pH, mętność, Fe⁺² oraz Fe og.

Jako najlepsza metoda odmanganiania została wybrana metoda odmanganiania wody na złożu filtracyjnym pokrytym warstwą tlenków manganowych. Próbka wody surowej została odżelaziona za pomocą metody napowietrzania, alkalizowania i filtrowania (pierwszego stopnia), a następnie przepuszczona z prędkością 5m/h przez złoże uaktywnione tlenkami manganu. Pierwszą porcję filtratu ok 1l odrzucono, w następnej oznaczono pH, mętność, barwę, Fe⁺², Fe og, mangan i CO₂.

L.p	Wskaźnik	Woda surowa	tp=20min	I FP V=10m/s	II FK V=10m/s	Dopuszczalne wartości	Jednostka
1.	pH	6,19	7,63	7,54	7,5	6,5-9,5	-
2.	Barwa	30	50	5	5	15	-
3.	Mętność	2,4	6,9	0,43	0,37	1	NTU
4.	Fe(II)	0,77	0,17	0,01	0,01	0,2	$$\frac{\text{mg}\text{Fe}^{2 +}}{\text{dm}^{3}}$$
5.	Fe(ogólne)	1,32	-	0,07	0,02	-	$$\frac{\text{mgFe}}{\text{dm}^{3}}$$
6.	Mn	0,77	-	-	0	0,05	$$\frac{\text{mgMn}}{\text{dm}^{3}}$$
7.	CO2	70,4	17,6	8,8	4,4	-	$$\frac{\text{mg}\text{CO}_{2}}{\text{dm}^{3}}$$

1. Analiza wyników

Po napowietrzaniu wody gwałtownie zmniejszyła się zawartość dwutlenku węgla, a jego usunięcie spowodowało podwyższenie się pH. . Obniżyła się zawartość żelaza dwuwartościowego, które utleniło się tworząc wodorotlenek Fe(III). W wyniku tego procesu nastąpi tworzenie się nierozpuszczalne osady, co spowoduje wzrost mętności wody oraz barwy. Ilość manganu nie zmieniła się, gdyż z procesie napowietrzania nie jest możliwe usuniecie jego związków. W tym procesie nie zmienia się również zawartości żelaza ogólnego. W wodzie przefiltrowanej przez złoże piaskowe wyraźnie zmniejszyła się zawartość żelaza ogólnego. Z tego też powodu znacząco obniżyła się barwa i mętność.

Ta sama woda przefiltrowana przez złoże z powłoką z wyższych tlenków manganu została całkowicie pozbawiona manganu. Zawartość żelaza ogólnego zmniejszyła się nieznacznie. Nastąpiło natomiast obniżenie mętności spowodowane usunięciem manganu.

1. Wnioski

Powyższe metody uzdatnia wody przyniosły zadowalający efekt pozbycia się nadmiaru żelaza i manganu z wody. Nastąpił wzrost pH, wartości mętność oraz barwa znaczącą spadły. Fe(II), Fe(ogólne) spadły poniżej wartości dopuszczalnych, mangan został całkowicie usunięty z wody. Świadczy to o prawidłowo przeprowadzanym procesie uzdatniania wody . Po przeprowadzeniu procesów odżelaziania i odmanganiania woda spełnia normy Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 20 kwietnia 2010 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi.