Железо и марганец – наиболее часто встречающиеся металлические примеси в природной воде, причем чаще всего они встречаются вместе. Хотя железо и не является токсичным веществом, но его присутствие в воде приводит к ухудшению ее органолептических и вкусовых свойств и появлению бурого осадка на поверхностях, вступающих в контакт с водой. Марганец же является загрязнителем, который относится к категории опасных веществ.

Оба загрязнителя должны быть устранены из воды до указанного в стандартах уровня. В частности, для питьевой воды норма содержания марганца и железа указана в СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения» и СанПиН 2.1.4.1116-02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости».

п. 4.2 СанПиН 2.1.4.1116-2 (п. 3.4 СанПиН 2.1.4.1074-01)
Безвредность воды по химическому составу определяется ее соответствием нормативам по содержанию токсичных металлов I, II и III классов опасности.
Марганец ((Mn)) = 0.05 (0.1)
Железо ((Fe, суммарно)) = 0.3 (0.3)

Часто железо и марганец содержатся в воде в виде органических соединений, что значительно усложняет процесс фильтрации. Стандартные методы обезжелезивания и деманганации воды (аэрация, известкование, катионирование) в этом случае неэффективны. В России эта проблема особенно актуальна в нефтеносных районах, где вода практически всегда содержит большое количество примесей органических веществ (нефтепродуктов) и растворенных газов, имеет повышенную цветность и мутность.

ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ ДЕМАНГАНАЦИИ И ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ

Для окисления железа или марганца, содержащихся в комплексной связи с анионными группами и веществами, придающими воде повышенную цветность, весьма целесообразно применение озона. Окисляя названные комплексные соединения, озон устраняет цветность воды и вызывает осаждение железа и марганца. Процесс окисления преобразует растворимые соли в нерастворимые, поэтому необходимо последующее фильтрование или отстаивание воды для освобождения ее от выпадающих осадков. Окисление металлов озоном эффективно протекает при любых значениях pH, встречающихся в природных водах.

ОЗОНИРОВАНИЕ ВОДЫ

Для окисления железа или марганца, содержащихся в комплексной связи с анионными группами и веществами, придающими воде повышенную цветность, весьма целесообразно применение озона. Окисляя названные комплексные соединения, озон устраняет цветность воды и вызывает осаждение железа и марганца. Процесс окисления преобразует растворимые соли в нерастворимые, поэтому необходимо последующее фильтрование или отстаивание воды для освобождения ее от выпадающих осадков. Окисление металлов озоном эффективно протекает при любых значениях pH, встречающихся в природных водах.

Что касается марганца, то превращение Mn под воздействием кислорода из воздуха в двухвалентный нерастворимый гидрат Mn(OH)4 требует при отсутствии катализатора величины pH>10. Между тем озон вызывает полное осаждение Mn при отсутствии катализатора уже при величине pH=6.5.

ДВОЙНОЕ ОЗОНИРОВАНИЕ ВОДЫ

Для устранения такого количества марганца используется технологическая схема двойного озонирования воды: первичное озонирование исходной воды, фильтрование и вторичное озонирование фильтрата. При такой схеме обработки марганец, окисляясь, переходит в нерастворимую форму, и осадок удаляется фильтрованием. Цветность воды снижается до нормативной величины:

Необходимое для обезжелезивания и деманганации количество озона подбирается опытным путем. Обычно используется следующее соотношение: 1 мг озона на один мг железа и 4 мг озона на 1 мг марганца. Более точные значения могут быть получены путем проведения экспериментов с образцами воды и запуска пилотной установки.

РЕАКЦИЯ МЕЖДУ РАСТВОРЕННЫМ ЖЕЛЕЗОМ И ОЗОНОМ

MN+2 + O3 + H2O → MNO2↓ + 2H+ + O22MN+2 + 5O3 + 3H2O ↔ 2MNO4- + 5O2 + 6H+

Из реакции следует, что в отсутствие органических примесей необходимо 0,87 мг озона на 1 мг марганца.Из реакции видно, что озон окисляет Mn+2 до Mn+4, который вступая в реакцию с кислородом, образует нерастворимый в воде диоксид марганца MnO2. Диоксид марганца может быть удален механическими фильтрами. Реакция наиболее эффективно протекает при значениях pH около 8.

Остаточный озон будет окислять Mn+2 до Mn+7, который вступая в реакцию с кислородом, будет образовывать растворимый в воде перманганат MnO4-. Если в воде присутствуют органических соединений.

РЕАКЦИЯ МЕЖДУ РАСТВОРЕННЫМ МАРГАНЦЕМ И ОЗОНОМ

MN+2 + O3 + H2O → MNO2↓ + 2H+ + O22MN+2 + 5O3 + 3H2O ↔ 2MNO4- + 5O2 + 6H+

Из реакции следует, что в отсутствие органических примесей необходимо 0,87 мг озона на 1 мг марганца.Из реакции видно, что озон окисляет Mn+2 до Mn+4, который вступая в реакцию с кислородом, образует нерастворимый в воде диоксид марганца MnO2. Диоксид марганца может быть удален механическими фильтрами. Реакция наиболее эффективно протекает при значениях pH около 8.

Остаточный озон будет окислять Mn+2 до Mn+7, который вступая в реакцию с кислородом, будет образовывать растворимый в воде перманганат MnO4-. Если в воде присутствуют органические соединения, то через некоторое время перманганат распадется до диоксида марганца MnO2.

Наличие органических соединений увеличивает количество озона, необходимого для очистки воды, поскольку часть озона задействуется для окисления органических соединений.

Схема удаления железа и марганца из воды с описанием

Производство озона:

1. Атмосферный воздух очищается от сильных загрязнителей и частиц при помощи фильтра предварительной очистки.
2. Очищенный воздух поступает в концентратор кислорода, где преобразуется в газовую смесь с 85 – 95 % содержанием кислорода.
3. Кислород подается в генератор озона. В его ячейках под действием коронного разряда из кислорода производится озон.