Очистка от соединений марганца

Соединения марганца содержатся в сточной воде металлургических, машиностроительных и химических производств, а также в подземных водах. При концентрации марганца более 0,05 мг/л вода окрашивается в темный цвет. Некоторые производства предъявляют жесткие требования к содержанию марганца в воде (бумажная, текстильная, кинокопировальная, синтетических волокон, пластмасс).

Удаление из воды марганца может быть достигнуто следующими методами:

1. обработкой воды перманганатом калия;
2. аэрацией, совмещенной с известкованием;
3. фильтрованием воды через марганцевый песок или марганцевый катионит;
4. окислением озоном, хлором или диоксидом хлора.

При обработке воды перманганатом калия достигается одновременная очистка от марганца и от железа. Перманганат калия окисляет растворенный марганец с образованием малорастворимого диоксида марганца MnO₂. Наибольший эффект достигается при обработке воды дозой 2 мг KMnO₄ на 1 мг марганца. Осадок диоксида марганца удаляют фильтрованием.

Аэрация с подщелачиванием

Удаление марганца аэрацией с подщелачиванием воды применяют при одновременном присутствии в ней марганца и железа. При аэрации воды удаляется часть диоксида углерода CO₂ и происходит ее насыщение кислородом воздуха. При удалении CO₂ возрастает pH сточной воды, что способствует ускорению процессов окисления и гидролиза железа и частично марганца с образованием гидроксидов.

Двухвалентный марганец Mn²⁺ медленно окисляется в трех- и четырехвалентный растворенным в воде кислородом. Окисление марганца быстрее происходит при pH = 9 – 9,5. Образующийся гидроксид марганца выпадает в осадок в виде Mn(OH)₃ и Mn(OH)₄. Растворимость этих соединений 0,01 мг/л, образующийся Mn(OH)₄ снова участвует в процессе, являясь катализатором окисления марганца.

При pH = 9,5 марганец удаляется почти полностью, при pH < 7,5 кислородом воздуха он почти не окисляется. Для ускорения процесса окисления марганца воду после аэрации до подачи на фильтры подщелачивают известью или содой для повышения pH, затем осветляют в осветлителях или отстойниках. Процесс окисления Mn²⁺ резко ускоряется, если аэрированную воду фильтруют через контактный фильтр, загруженный дробленым пиролюзитом (MnO₂∙H₂O) либо кварцевым песком, предварительно обработанным оксидами марганца.

Двухвалентный марганец может быть удален из воды в процессе окисления его хлором, озоном или диоксидом хлора. Скорость окисления Mn хлором зависит от pH среды. При pH = 7 за 60 – 90 мин окисляется всего 50 % Mn²⁺. При подщелачивании известью до pH = 8 Mn окисляется практически полностью. Расход Cl₂ на окисление 1 мг Mn составляет 1,3 мг. При наличии в воде аммонийных солей расход хлора увеличивается. Диоксид хлора ClO₂ и озон O₃ при pH = 6,5 – 7 окисляют Mn²⁺ за 10 – 15 мин. На окисление 1 мг Mn расходуется 1,35 мг ClO₂ или 1,45 мг O₃.

Марганец может быть удален из воды и биохимическим окислением. Процесс проводят следующим образом. На песке фильтра высеивают особый вид марганец-потребляющих бактерий, которые в процессе своей жизнедеятельности поглощают из воды марганец. Отмирающие бактерии образуют на зернах песка пористую массу с высоким содержанием оксида марганца MnO₂, который служит катализатором процесса окисления.

Также марганец из воды может быть удален при помощи марганцевого катионита, который готовят, пропуская через любой катионит в натриевой форме растворы хлорида марганца MnCl₂ и перманганата калия KMnO₄. В этих процессах перманганат калия окисляет марганец с образованием оксидов марганца, которые в виде пленки оседают на поверхности зерен катионита. При регенерации катионита пленку обрабатывают раствором перманганата калия.