Удаление марганца и сероводорода

Свяжитесь с нами! Консультации опытных специалистов: +38 (061) 289-92-93

Удаление марганца и сероводорода

Удаление марганца (Mn)

В природных водах марганец присутствует в различных формах. Например, в подземных водах марганец встречается в основном в форме бикарбоната двухвалентного марганца, который хорошо растворим в воде. В водах поверхностных источниках, марганец может находиться в виде сульфата марганца MnSO4 или в виде коллоидных органических соединений.

Чаще всего марганец в воде присутствует вместе с железом в разных количественных соотношениях.

В природных водах марганец присутствует в различных формах. Например, в подземных водах марганец встречается в основном в форме бикарбоната двухвалентного марганца, который хорошо растворим в воде. В водах поверхностных источников марганец может находиться в виде сульфата марганца MnSO4 или в виде коллоидных органических соединений.

Чаще всего марганец в воде присутствует вместе с железом в разных количественных соотношениях.

По санитарным нормам в Украине в питьевой водопроводной воде содержание марганца допускается не более 0,05 мг/л. Вода с повышенным содержанием марганца неприятная на вкус. Такая вода может оставлять следы на сантехнике и создавать отложения на трубах. В производстве такая вода вредит технологическому и нагревательному оборудованию.

В природных условиях двухвалентный марганец, содержащийся в подземных водах, очень медленно окисляется растворенным в воде кислородом или другими окислителями. Окисление двухвалентного марганца растворенным в воде кислородом при рН воды менее 8,0 практически не происходит. Только при повышении рН воды более 8,5-9,0 происходит процесс сравнительно быстрого окисления марганца до состояния, когда его можно осадить или отфильтровывать в слое загрузки. При рН<7,5 даже в присутствии катализатора марганец, растворенный в воде, кислородом воздуха практически не окисляется.

Методы удаление марганца:

  • Если у воды окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) низкий, повышают величину рН воды более 8,5 без применения сильных окислителей.
  • Применяют сильные окислители (перманганат калия, озон, хлореагенты и пр.) без коррекции рН.
  • Совместное применение сильных окислителей и повышения рН воды.
  • После создания необходимых условий окисленный марганец может быть отфильтрован, т.к. он переходит в нерастворимую форму и легко осаждается в слое фильтрующей загрузки.

Технологии удаления марганца из воды:

Усиленная аэрация с последующим фильтрованием в напорных фильтрах

Сначала при помощи вакуумно-эжекционного устройства удаляют растворенную свободную углекислоту, что позволяет повысить рН воды до 8-8,5 без использования реагентов. При этом происходит насыщение воды кислородом из воздуха. Далее вода подается на фильтр с зернистой загрузкой.

Данная технология может применяться для вод, в которых перманганатная окисляемость не превышает 5,0 мг/л, а также в водах, в которых присутствует двухвалентное железо и его концентрация превышает концентрацию марганца в 7 и более раз. Наличие повышенных концентраций железа необходимо, т.к. частицы трехвалентного железа, которые образуются при аэрации, сорбируют двухвалентный марганец и каталитически его окисляют. Если в воде железа мало, то применяют дозирование железосодержащих веществ, например, железного купороса.

Окисление перманганатом калия

Этот метод применим как для скважинных, так и для поверхностных вод. Суть метода заключается в том, что в воду дозируется раствор перманганата калия, при этом растворенный марганец окисляется до нерастворимого оксида марганца. Этот оксид в свою очередь имеет свойства сорбента и катализатора. За счет этого происходит деманганация воды уже при рН≤ 8,5, однако только при рН≥9,5 марганец удаляется из воды почти на 100%. Далее нерастворимые соединения марганца и железо отфильтровываются в слое фильтрующей загрузки.

Перманганат калия позволяет удалять из воды не только марганец, но и железо в различных его формах, а также снижать окисляемость, улучшить цвет и вкус воды.

Применение специализированных каталитических загрузок 

В промышленной водоподготовке применяется широкий спектр каталитических загрузок, которые предназначены удалять марганец из воды и которые имеют индивидуальные особенности использования и ограничения применения. Т.е. для обеспечения эффективности их работы необходимо создать специальные условия. В некоторых случаях это экономически оправдано, однако для более широкого использования целесообразно применять материалы менее «капризные» к качеству исходной воды, концентрации марганца, железа и свободного хлора.

В настоящее время искусственно созданы высокоэффективные пористые фильтрующие зернистые материалы (из осадочных пород, в состав которых входят кремний, алюминий, кальций, марганец и железо). Эти материалы содержат в порах зерна диоксид марганца (активный катализатор) и работают при низких значениях рН воды и высоких концентрациях в воде железа (более 20 мг/л) и марганца (более 2,0 мг/л).

Одним из таких материалов является загрузка МЖФ. Эта загрузка является высокоэффективным катализатором при окислении марганца и железа растворенными в воде окислителями (перманганатом калия, гипохлоритом натрия, кислородом или озоном).

Эта загрузка корректирует рН очищаемой воды, и на эффективность ее работы рН исходной воды практически не влияет.

Удаление марганца и железа происходит в загрузке даже при рН воды ниже 6,0, присутствии углекислоты и малой щелочности. В процессе очистки происходит практически полное удаление свободной углекислоты. Величина рН стабильно поддерживается в пределах 6,5-8,5.

Также, важным свойством загрузки МЖФ является отсутствие чувствительности к остаточному свободному хлору в воде.

Данная загрузка удаляет из воды сероводород и тяжелые металлы (хром, никель, цинк, свинец, бром, медь и пр.). Частично снижает содержание гуминовых и фульво-кислот. Она не « слёживается» в фильтре и обладает высокой грязеемкостью. При истирании каталитические свойства МЖФ не теряются, т.к. ее состав одинаков по всему объему гранулы.

Такую загрузку можно применять как в локальных системах очистки воды (в бытовых системах), так и промышленных станциях водоподготовки.

Кроме МЖФ в практике водоподготовки нашли применение такие каталитические загрузки как GreenSand, CIR, Aquamandix и другие, включая каталитические активированные угли Centaur, Gaс+, Kat. 

Удаление сероводорода (H2S) из воды

Сероводород (H2S)– бесцветный ядовитый газ с характерным запахом «тухлых яиц».

Чаще всего причиной появления сероводорода в воде является присутствие микроорганизмов (серобактерий). Он является одним из составляющих продуктов их жизнедеятельности. Точную причину возникновения запаха в воде можно только на основании лабораторных тестов. Если причина – бактерии, то источник воды нуждается в серьезном обеззараживании и очистке. Заметим, что нормативы качества воды разрабатываются, в основном, только исходя из влияния сероводорода на органолептические свойства воды (запах, вкус), а не его токсического действия.

В воде сероводород содержится в основном в виде растворенного газа, а также гидросульфидных и сульфидных ионов (HS-, S-). В зависимости от рН воды соотношение между их концентрациями изменяется. При рН 4,0 в воде присутствует только газ H2S (99,9% при 25 0С). С ростом величины рН его содержание уменьшается. Так, например, уже при рН 7,0 содержание растворенного газа снижается до 53%.

При одновременном наличии в воде сероводорода и железа образуется черный тонкодисперсный осадок сульфида железа, который отлагается на стенках труб, образуя с металлом коррозионные элементы. В таких случаях металл является разрушающимся анодом. В зонах, где металл разрушается сильнее, в трубах возникают свищи.

Сероводород препятствует окислению растворенного двухвалентного железа в воде, т.к. является сильным восстановителем. При воздействии на сероводород сильных окислителей (гипохлорит натрия, озон и пр.), в зависимости от рН воды, дозы окислителя и температуры, сероводород окисляется до серной кислоты и серы.

В промышленной водоподготовке сероводород из воды удаляют аэрацией (с коррекцией рН кислотой), аэрацией с применением окислителей или биохимическим методом с использованием специальных бактерий.

Процесс аэрации заключается в насыщении воды воздухом при барботаже в безнапорном аэраторе. Вода при этом насыщается кислородом, который окисляет часть сероводорода. Также, при насыщении воды кислородом уничтожаются анаэробные серобактерии. Сероводород, находящийся в воде в виде гидросульфид-ионов аэрированием не удаляется. Полное удаление сероводорода аэрированием, как сказано выше, можно осуществить лишь при доведении рН воды до 4,5 - 5,0 путем добавления кислоты, т.к. при этом большая часть сероводорода будет находиться в молекулярной форме растворенного газа (H2S), и тогда он легко удаляется при барботировании в аэраторе.

Применение упрощенной аэрации (без коррекции рН) как отдельного метода возможно только при малых концентрациях сероводорода и при низкой величине рН воды. Таким способом целесообразно проводить очистку при содержании сероводорода 2-3 мг/л и рН 6,5-7,0, тогда в результате, в очищенной воде будет не более 0,2-0,5 мг/л сероводорода. Окончательную очистку можно осуществить, применив, хлорирование (около 8,4 мг хлора на 1 мг сероводорода), чтобы окислить оставшийся сероводород до сульфатов.

Если рН воды более 5,0 сероводород будет находиться в воде как в молекулярном состоянии (в виде газа Н2S), так и в виде ионов (НS и S2–). При рН воды 6,5 и выше, барботированием воздухом в аэраторе может быть удалена лишь часть сероводорода, находящегося в молекулярном состоянии газа (Н2S) и частично в виде ионов (НS).

Главным недостатком физического метода можно считать громоздкость аэрационного оборудования, т.к. безнапорные аэраторы для промышленного применения могут иметь внушительные размеры.

Химический метод состоит во введении сильного окислителя (гипохлорита натрия, диоксида хлора либо озона) в воду и фильтрации образовавшихся взвешенных частиц на зернистых или сорбционных фильтрах с предварительной коагуляцией.

В зависимости от типа используемого окислителя и его количества соединения сероводорода могут быть окислены до сульфидов, сульфатов, тиосульфатов или свободной серы.

Далее, для фильтрования воды применяют искусственные каталитические материалы. В качестве таких загрузок хорошо зарекомендовали себя материалы, созданные на основе цеолитов, (например, Greensand, MTM, Pyrolox).

При высоком содержании сероводорода в воде (более 200 мг/л) можно предложить добавлять в воду гидрат окиси железа. При этом происходит связывание сероводорода и гидросульфидных ионов и образуется сульфид железа. Осадок сульфида железа регенерируется продувкой воздухом.

Сорбционно-каталитический метод основан на применении свойств некоторых сорбционных материалов являться катализаторами реакции окисления.

Одним из таких материалов является гранулированный активированный уголь Centaur. Его каталитическая способность в разы больше, чем у традиционных углей.

Однако, уголь Centaur можно использовать для удаления сероводорода из воды, если его концентрация не более 6,0 мг/л и будет обеспечено время контакта среды с обрабатываемой водой не менее 3 минут. Также, необходимо аэрировать воду перед подачей ее в фильтр. Для этого применяются компрессоры, либо эжектор, установленный на трубопроводе.

Промывка загрузки осуществляется противотоком исходной воды. Химические реагенты при этом не применяются. Загрузка нуждается в периодической замене. Ее стоимость сравнительно высокая, поэтому данный метод экономически оправдан в условиях, когда нет возможности применить дозирование окислителей: водоснабжение в частных коттеджах, предприятиях малого бизнеса, и пр.

Подводя итог обзора методов удаления сероводорода из воды можно заметить, что нет универсального метода очистки. Выбор технологии должен основываться на изучении причин появления соединений сероводорода, изучении анализа воды и проведении технико-экономических расчетов.

 

НАШИ КОНТАКТЫ

загрузка карты...

Адрес:

ООО Гидроэкология
Украина, 69035, г. Запорожье
пр. Маяковского, 24

Остались вопросы?

+38 (061) 289-92-93
+38 (050) 341-73-80
+38 (050) 589-25-84
+38 (096) 124-99-19
+38 (098) 487-16-65

info@hydroeco.zp.ua

Или оставьте заявку на звонок