آموزش های رایگان مهندسی عمران | ارائه دهنده خدمات آنلاین عمران و معماری | دانلود رایگان فایل ها و آموزش های تخصصی مهندسی عمران
منگنز (Manganese) به طور طبیعی در بعضی خاک ها وجود دارد که ممکن است شسته شده و وارد آب زیرزمینی یا مخازن آب سطحی شود. اگر یون منگنز اکسید نشده باشد میتواند در میان فرآیند رفتاری آب رهایی یابد و به سمت سیستم‌های موجود برود. در این سیستم‌ها یون به تدریج اکسید شده و به دی‌اکسید منگنیک نامحلول تبدیل میشود که عامل آلودگی آب است. دی‌اکسید منگنیک (Manganic dioxide) غیرمحلول را میتوان با پالایش (Clarification) و فیلتر کردن (Filtration) دفع کرد. در ادامه روش‌های جداسازی و حذف منگنز از آب بیان را برمی شماریم و مزایا و معایب روش‌های اکسیداسیون متناوب مقایسه میشود.
پیشنهاد مطالعه : روش های تصفیه و شیرین کردن آب دریا
مقدمه
هنگامی که منگنز به صورت اکسید منگنیک غیرمحلول یا یون منگنز محلول در آب باشد اکثر گیاهان دچار مشکل می‌شوند. میزان منگنز در آب سرد به طور چشم‌گیری با زمان تغییر می‌‌یابد. دی‌اکسید منگنیک نامحلول در آب سرد تمایل دارد که در ته مخازن ته‌نشین شود. جایی که میزان اکسیژن حل شده پایین است و یون منگنز، اکسید منگنیک را به درون آب منتشر می‌کند. دی‌اکسید منگنیک که نمی‌‌تواند در مخازن ته‌نشین شود را میتوان با لخته کردن (Coagulation)، رسوب‌سازی (Sedimentation) یا پالایش زدود. در حالی‌که برای حذف و جداسازی منگنز حل شده نمی‌‌توان با چنین راهکاری موفق شد.
هوادهی (Aeration)
هوادهی برای اکسیداسیون یون منگنز به دی‌اکسید منگنیک استفاده میشود، گرچه اکسیداسیون با اکسیژن، در آب‌های معمولی آهسته صورت می‌‌پذیرد و زمان حبس طولانی نیاز دارد. هوادهی برای اکسیداسیون منگنز در مخازن مفید است. اگر میزان DOبیشتر از mg/lit ۴ باشد، دی‌اکسید منگنیک میتواند یون‌های منگنز در آب آزاد کند. عموما هوادهی روشی هزینه‌بر است و به تنهایی قادر به اکسید کردن همه منگنزها و حذف منگنز از آب نمی‌باشد.
کلراین (Chlorine)
کلرین عامل قوی‌تری نسبت به اکسیژن در اکسیداسیون منگنز و حذف منگنز از آب است. وقتی کلرین در آب حل میشود به فرم اسید هایپوکلریوس در می‌‌آید. برای اکسیداسیون منگنز با کلراین باید کلراین را در ابتدای کار یا قبل از فیلتر کردن اضافه کرد.
سدیم هایپوکلرایت (Sodium Hypochlorite)
سدیم هایپوکلرایت نیز وقتی در آب حل میشود به صورت اسید هایپوکلریوس (Hypochlorous Acid) در می‌‌آید. واکنش سدیم هایپوکلرایت به صورتی است که PH را آهسته افزایش میدهد در حالی که واکنش گاز کلراین کاهشPH به صورت آهسته است. سدیم هایپوکلرایت تجاری در دسترس دارای غلظت ۱۲.۵% است و قیمتی دو برابر گاز کلراین دارد.
پتاسیم پرمنگنات (Potassium Permanganate)
این عامل از دو عامل قبلی یاد شده قوی‌تر است. پتاسیم پرمنگنات نه تنها برای اکسید کردن منگنز بلکه برای بررسی مشکلاتی مانند طعم و بوی تند در سیستم‌های تامین آب کاربرد دارد. پتاسیم پرمنگنات به صورت پودر در بشکه ۵۰ کیلوگرمی موجود است و در سایت با آب تا رسیدن به غلظت ۰.۵ تا ۲% مخلوط میشود. معادله استوکیومتری اکسید منگنز با پتاسیم پرمنگنات به صورت زیر است :
بر طبق معادله استوکیومتری برای اکسید کردن ١ میلی‌گرم منگنز ۱.۹۲ میلی‌گرم پتاسیم پرمنگنات لازم است. در جدول ١ مقدار مواد اکسیدکننده لازم برای اکسید کردن ١ میلی‌گرم یون منگنز آورده شده است. طبق جدول بر طبق معادله استوکیومتری میزان پتاسیم پرمنگنات از کلراین و هایپوکلرایت بیشتر است.
شکل ۱ . مقدار مواد اکسیدکننده لازم برای اکسید کردن منگنز
مطالعات آزمایش ارتعاش (Jar Tests Studies)
موضوع اصلی این آزمایش مقایسه تاثیر اکسیداسیون با پتاسیم پرمنگنات و سدیم هایپوکلراید است. این آزمایش شبیه وضعیت آب کارخانه با میزان منگنز بالا طراحی میشود. PH، دوز مواد اکسید کننده و زمان حبس به عنوان پاراکترهای کنترل کننده در حذف و جداسازی منگنز شناخته می‌شوند.
روش PH
PH عامل مهمی در عمل منگنز زدایی و حذف منگنز از آب است. حداقل PH برای حذف و جداسازی منگنز ۷.۵ می‌‌باشد که این PH از کربنات سدیم محلول ۱۰% به دست می‌‌آید.
زمان حبس (Detention Time)
معمولا زمان ۵ تا ۱۵ دقیقه برای جداسازی منگنز در نظر گرفته میشود. البته مطالعات نشان میدهد که اکسیداسیون با پتاسیم پرمنگنات کمتر از ۵ دقیقه طول می‌کشد جایی که کنگنز فرم پیچیده‌ای ندارد. آزمایش ارتعاش در بازه زمانی ۲ تا ۳ دقیقه اجرا میشود.
نتیجه گیری
مقایسه‌ی اکسیدها برای جداسازی و حذف منگنز از آب نتایج زیر را به دنبال دارد :
۱ . هوا دادن به تنهایی نمی‌‌تواند همه منگنز را اکسید کند اما هوا دادن در مخازن جزو اعمال اولیه می‌‌باشد.
۲ . برای کاهش منگنز تا حد پایین مقدار پتاسیم پرمنگنات خیلی موثر است. اگر چه میزان منگنز آب سرد که نوسان دارد هم مهم است. تعدیل کردن مقدار پرمنگنات با توجه به میزان منگنز قابل استفاده سخت است. کاهش مقدار زیاد پرمنگنات (بیشتر از mg/lit 0.1) با توجه به یافته‌ها تأثیر مضری ندارد.
۳ . PH بالا (بیشتر از ۸) تأثیر مثبتی در کاهش منگنز دارد.
۴ . کلراین مانند پتاسیم پرمنگنات در اکسیداسیون منگنز موثر نیست.
منبع:
ترجمه مقاله Manganese Removal in Drinking Water Systems توسط شبنم حیدری‌فر
