1. METODY USUWANIA ŻELAZA I MANGANU Z WODY

Istota odżelaziania wody polega na utlenianiu jonów żelaza Fe(II) do Fe(III) i usuwaniu wytrąconych związków Fe(OH)₃ z oczyszczonej wodyw procesie sedymentacji i filtracji.

Odmanganianie polega na utlenieniu jonów Mn(II) do Mn(IV) i wytrąceniu ich w postaci MnO₂* xH₂O. Usunięcie tych związków odbywa się za pomocą filtracji.

Filtracja stosowana jest przede wszystkim w układach oczyszczania wód podziemnych i infiltracyjnych, gdyż wody te wymagają stosowania procesów odżelaziania i odmanganiania. Powszechnie stosowane są filtry grawitacyjne lub ciśnieniowe ze złożem filtracyjnym wpracowanym, tj. złożem, którego ziarna pokryte są tlenkami żelaza i manganu. Złoże takie posiada właściwości adsorpcyjne i utleniające w wyniku czego sorbuje związki żelaza i manganu oraz utlenia i katalizuje utlenianie manganu oraz w mniejszym stopniu żelaza. Złoże wpracowane jest szczególnie istotne przy usuwania manganu, gdyż proces ten przebiega na ogół znacznie trudniej niż odżelazianie.

O stosowanej metodzie usuwania żelaza z wody decyduje forma jego występowania w wodzie surowej. Jeżeli żelazo występuje jako Fe(HCO₃)₂, to stosuje się najprostszy układ uzdatniania wody: napowietrzanie> sedymentacja (przy znacznych ilościach Fe(OH)₃)> odżelazianie(filtracja pospieszna)> dezynfekcja. Jeżeli żelazo obecne jest również w postaci FeSO₄, wówczas do powyższego układu powinien być włączony proces alkalizacji, zapewniający neutralizacje H₂SO₄ powstającego podczas hydrolizy FeSO₄.

Celem napowietrzenia surowej wody jest utlenienie związków żelaza. Proces utleniania można przeprowadzić napowietrzając wode lub przez dodanie do wody silnego utleniacza (np. nadmanganianu potasowowego, chloru). W wypadku, gdy żelazo występuje w wodzie w połączeniu ze związkami organicznymi, napowietrzanie bądź chemiczne utlenianie, sedymantacja i filtracja są nieskuteczne. Do usuwania takich form żelaza wymagany jest najczęściej proces koagulacji.

Proces usuwania manganu jest bardziej złożony. Skuteczną metodą odmanganiania wody jest jej filtracja przez wpracowane złoże filtracyjne, którego ziarna pokryte są dwutlenkiem manganu lub przez złoże z braunsztynu. Wytrącony w złożu dwutlenek manganu jest nierozpuszczalny w natlenionej wodzie w zakresie pH spotykanych w wodach naturalnych. Dwutlenek manganu posiada zdolność sorbcyjną w stosunku do jonów wielu metali, w tym Mn(II). MnO₂ utlenia Mn(II) do Mn(III), które następnie utleniane są tlenem rozpuszczonym do Mn(IV) i wytrącają się z wody jako MnO₂* xH₂O. Proces ten zachodzi w głębszych warstwach złoża. Regeneracja złoża polega na wiązaniu przez nie tlenu rozpuszczonego w wodzie napowietrzonej oraz na prawidłowo dobranym procesie płukania złoża wodą. Po skończonym procesie filtracji ,filtry stosowane do odżelaziania odmanganiania należy płukać wodą i powietrzem, a zalecana intensywność płukania wodą powinna być pięciokrotnie większa od obciążenia hydraulicznego złóż filtracyjnych w czasie filtracji.

2. CEL ĆWICZENIA:

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z procesem filtracji wody przez złoże filtracyjne wpracowane tj. złoże, którego ziarna pokryte są tlenkami żelaza i manganu, oraz uzyskanie zależności pomiędzy efektami usuwania Fe i Mn a prędokścią filtracji.

3. METODA BADAŃ :

Na początku należy wodę surową przefiltrować przez złoże filtracyjne wpracowane. Robimy to najpierw z prędkością 15 m/h, zbieramy następnie odpowiednią ilość wody przefiltrowanej potrzebną do dalszego oznaczenia. Wodę surową filtrujemy jeszcze z prędkością 10 m/h, 5 m/h. Po każdej filtracji przepłukujemy złoże przez ok. 5 min. Płukanie filtru polega na podłączeni w dolnej części złoża wody z wodociągu i przepuszczeniu jej przez filtr z taką prędkością by nie dopuścić do wydostania się ziaren złoża.

W międzyczasie gdy woda surowa jest filtrowana dokonujemy oznaczenia zawartości Fe i Mn.

Oznaczenia te wykonujemy najpierw na wodzie surowej, później na próbkach wody filtrowanej z trzema różnymi prędkościami. Zawartość manganu i żelaza określamy fotokolorymetrycznie. Mangan określany jest przy długości fali 525nm, a żelazo przy długości fali 480nm.

4. WYNIKI BADAŃ

oznaczenie	woda surowa	filtracja z prędkością 15 m/h	filtracja z prędkością 10 m/h	filtracja z prędkością 5 m/h
pH	6,9	6,6	6,7	6,7
ŻELAZO mg /dm^3	2,6	0,5	0,3	0,13
MANGAN mg /dm^3	0,48	0,20	0,14	0,1

5. WNIOSKI

Obliczanie % usunięcia zanieczyszczeń z wody

gdzie :

C_p - stężenie początkowe,

C_k - stężenie końcowe.

a) % usunięcia żelaza z wody:

dla prędkości 15 m/h

dla prędkości 10 m/h

dla prędkości 5 m/h

b) % usunięcia manganu z wody:

dla prędkości 15 m/h

dla prędkości 10 m/h

dla prędkości 5 m/h

Wykres przedstawia procentowe usunięcie z wody poszczególnych zanieczyszczeń:

Po przeprowadzeniu doświadczenia i porównaniu wyników z ROZPORZĄDZENIEM MINISTRA ZDROWIA z dnia 19 listopada 2002 r. w sprawie wymagań dotyczących jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, (Dz. U. Nr 203, poz. 1718) stwierdziliśmy że woda surowa która będzie poddawana filtracji nie spełnia wymagań stawianych jej jako woda przeznaczona do spożycia dla ludzi. Maksymalne wartości jakie są dopuszczane przez rozporządzenie wynoszą odpowiednio:

-- pH -- 6,5 - 9,5

-- żelazo - 0,2 mg /dm³

-- mangan - 0,05 mg /dm³,

a parametry wody surowej wynoszą:

-- pH - średnio 6,9

-- żelazo - 2,6 mg /dm³

-- mangan - 0,48 mg /dm³.

Po wykonaniu filtracji wody surowej odpowiednio z prędkością 5, 10, 15 m/h parametry wody ulegały zmianie tzn. zawartości żelaza i manganu zmniejszała się. Zawartości Fe i Mn zmniejszała się w miarę zmniejszania prędkości przepływu wody przez złoże filtracyjne, jednak nawet najmniejsza prędkość przepływu(5 m/h)nie spowodowała zmniejszenia tych wartości w takim stopniu by woda mogła się nadawać do spożycia przez ludzi wg wymagani jakie określone zostały przez Ministra Zdrowia w Rozporządzeniu, parametry wody w dalszym stopniu przekraczały znacznie wartości dopuszczalne.

W celu uzyskania odpowiednich wartości należy zmniejszyć prędkość przepływu lub zwiększyć wysokość złoża filtracyjnego.

5

---