Технология

В подземных водах марганец находиться в растворенной форме (Mn2+). Для удаления растворенного марганца необходимо перевести его в коллоидную форму, т.е. нерастворимым. Для этого достаточно преобразовать его в III или IV- валентную форму, для этого элемент окисляют. После такого воздействия марганец гидролизуется, причем во время процесса образуются гидроксиды марганца с различной валентностью (III и IV), практически не растворяющиеся в воде.

Четырехвалентный гидроксид марганца после оседания на зернистом наполнителе фильтра становится катализатором, он способствует ускорению окислительного процесса двухвалентного марганца с участием растворенного кислорода.

Чтобы избавление от марганца методом окисления при помощи кислорода было эффективным, уровень рН должен находиться в пределах 9,5-10,0. При использовании перманганата калия, хлора, а также его производных (гипохлорита натрия) или же применении озона процесс деманганации может проходить и при меньшем значении рН (8,0-8,5). Чтобы окислить 1 мг растворенного в воде марганца, понадобится 0,291 мг кислорода. Один из самых сильных окислителей, озон, может быть эффективным при широком диапазоне значений рН.

Один из самых распространенных методов — проведение глубокой аэрации с последующей фильтрацией. На первой стадии обработки воде из нее под вакуумом выделяют свободную углекислоты, таким образом удается повысить уровень рН до значения 8.0-8,5. Традиционно применяют вакуумно-эжекционное оборудование, в котором производится диспергирование воды, а затем она обогащается кислородом. После этого вода фильтруется с применением зернистого наполнителя, к примеру, кварцевого песка.

Такой метод может применяться, если перманганатная окисляемость начальной воды не превышает 9,5 мгО/л. Кроме того, обязательно наличие двухвалентного железа, во время окисления которого выделяется гидроксид железа, впитывающий двухвалентный марганец и окисляющий его. При этом следует соблюдать соотношение между двухвалентными железом и марганцем 1:7. Если это условия не выполняется, в воду следует добавить железный купорос (сульфат железа).

Избавиться от марганца можно при помощи перманганата калия. Этот способ подходит для очищения как поверхностных вод, так и для грунтовых. Когда в воду добавляют перманганат калия, происходит окисление растворенного марганца, при этом образуется малорастворимый оксид этого элемента. Он оседает вниз, имеет при этом хлопьеобразное состояние, обладает высокой удельной поверхностью, приблизительно 300 кв. м на 1 г вещества, благодаря чему ему свойственны высокие свойства впитывания. Этот осадок — отличный катализатор, в его присутствии возможна демангация при значении рН 8,5. С целью избавления от 1 мг двухвалентного марганца придется затратить 1,92 мг реагента (перманганата калия).

Ранее уже говорилось о том, что с помощью перманганата калия можно удалить не только марганец, но и различные формы железа. Одновременно исчезают запахи и улучшается вкус воды (благодаря сорбции).

Принцип работы

• На напорных фильтрах
• Узел окисления

Для окисления марганца предварительно используется узел дозирования окислителя (перманганат калия, гипохлорит натрия и пр) либо узел озонирования, окисляющий растворенный марганец (Mn2+) до коллоидной формы (Mn3+, Mn4+). Согласно вышеописанному для использования конкретного окислителя необходим определенный интервал pH очищаемой воды. Для озонатора — эффективное время окисления озоном 10-15 минут, следовательно необходимо предусмотреть емкость объемом до 25% от производительности и циркуляционный насос, для эффективного перемешивания озона и последующего окисления растворенного марганца до коллоидной формы. На рисунке 1 представлена визуальная схема узел озонирования.

Узел озонирования

Режим фильтрации

Во время процесса фильтрации вода проходит через корпус фильтра с загруженным внутрь фильтрующим материалом в направлении сверху вниз, затем отфильтрованная вода выходит через нижнюю распределительную систему либо поднимается по водоподъёмной трубе и выходит через клапан автоматической промывки, установленный в верхней части корпуса фильтра.
Высота фильтрующего слоя влияет на периодичность промывки станции деманганации воды и обычно занимает 70% объёма корпуса фильтра. При движении воды, содержащей взвешенные частицы, через загрузку засыпного фильтра последние задерживаются, и вода осветляется. Одновременно в толщине загрузки накапливаются загрязнения, вследствие чего уменьшается свободный объём пор, увеличивается гидравлическое сопротивление загрузки. Возрастание гидравлического сопротивления приводит к росту потери напора в загрузке, который составляет порядка 0,2 — 1,0 бар.

Удаление примесей из воды и их задержание на частицах фильтрующей загрузки происходит под действием сил адгезии. Осадок, накапливающийся в слое загрузки из задержанных примесей, имеет весьма непрочную структуру. Под влиянием гидродинамических сил потока эта структура разрушается, и некоторая часть ранее прилипших частиц отрывается от частиц загрузки в виде мелких хлопьев и переносится в последующие слои загрузки (суффозия), где вновь задерживается в поровых каналах фильтрующего материала. Тем самым, осветление воды в фильтрующей загрузке следует рассматривать как суммарный результат двух противоположных процессов: процесса адгезии и процесса суффозии.

Осветление воды в каждом слое загрузки происходит до тех пор, пока интенсивность прилипания частиц превышает интенсивность их отрыва. По мере накопления осадка интенсивность отрыва частиц увеличивается, и явление отрыва ранее прилипших частиц проявляется более заметно. Значимость слоев загрузки, расположенных первыми к потоку исходной воды, в осветлении уменьшается, и нагрузка переходит на нижние слои. После продолжительной работы фильтра насыщение этих слоев осадком становится предельным, и они перестают осветлять воду, поэтому происходит необходимость промывки фильтра. Усреднённая грязеемкость фильтрующего материала составляет 1 грамм / 1 литр.

Режим регенерации фильтрующей загрузки

Регенерация осуществляется путем переключения клапана управления, или системы клапанов так, что направление потоков воды меняется и открывается выход промывной воды в дренажную линию.

Первым этапом промывки засыпного фильтра является обратная промывка, при которой вода двигается со скоростью порядка 20,0 м/ч снизу вверх, поднимая и взвешивая фильтрующую загрузку в свободную от загрузки часть корпуса фильтра. Частицы расширившейся фильтрующей загрузки, хаотично двигаясь, соударяются друг с другом, при этом налипшие на них загрязнения оттираются, попадая в промывную воду, и удаляются вместе с ней в дренаж.

После основной обратной промывки идёт второй этап, прямой промывки, которая необходима для укладывания фильтрующего материала, и подготовка фильтра к подаче очищенной воды. В режиме прямой промывки вода поступает, как и в режиме фильтрации сверху вниз, но промывная вода также сбрасывается в дренаж. Время обратной промывки одного фильтра составляет порядка 10 — 20 минут, прямой не более 10 минут.

Методы деманганации используемые в частных случаях

Ионный обмен

Этот процесс возможен, если в воде присутствуют марганец и железо в растворенной форме, минимум соединений органических, полностью отсутствует сероводород, а также в исходной воде присутствуют в небольшом количестве такие ионы как Mg2+, Ca2+, Sr2+ и другие катионы, которые в следующей последовательности сорбируются на катионообменных смолах.

Основной ряд селективности катионов

Li+ < Na+ < K+ < NH4+ < Cs+ < Mn2+ < Mg2+ < Zn2+ < Ca2+ < Sr2+ < Ba2+ < Al3+

Ультрафильтрация

При высоком содержание коллоидного марганца, железа, а также взвешенных веществ разного природного происхождения, рекомендуется использовать коагулянта для укрупнения взвешенных веществ в хлопья и последующего удаления на установке ультрафильтрации.