Из этой статьи вы узнаете:
1. Признаки и опасность марганца для здоровья, сантехники, оборудования.
2. Способы очистки воды от марганца:
2.1. Фильтр для воды от марганца с помощью каталитического окисления (pH более 7,5 ед., содержание марганца до 1 мг/л.)
2.2. Удаление марганца методом ионного обмена (содержание марганца до 5 мг/л.)
2.3. Дозирование гипохлорита натрия для удаления марганца (содержание марганца до 10 мг/л.)
2.4. Озонирование воды для удаление марганца
2.5. Использование обратного осмоса
3. Сравнение преимуществ и недостатков основных фильтров для удаления марганца: Безреагентного фильтра, метода ионного обмена, дозирования гипохлорита, обратного осмоса
4. Выводы и рекомендации.
1. Признаки и опасность марганца для здоровья, сантехники, оборудования.
Марганец входит в число наиболее часто встречающихся в природе химических элементов, и является вторым тяжёлым металлом после железа.
Однако, в ограниченных дозах он необходим человеку для активной работы головного мозга, процессов кроветворения, и для поддержания баланса гормонального фона.
В медицине определена оптимальная норма суточного поступления марганца в организм:
- взрослым - 5 миллиграмм.
- детям от 0 до 12 мес. - не более 1 мг.
- для детей с 1 до 15 л. - 2-3 мг.
Такого количества вполне достаточно для нормального функционирования организма.
Соединения этого металла в небольшой концентрации присутствуют в клетках всех представителей флоры и фауны, в недрах земной коры, и в почве. По этому наличие марганца в природных источниках воды так же является нормой.
Естественным путём он попадает в грунтовые воды при разложении останков животных и перегнивании растений. Подземные реки вымывают соли марганца из минералов, в которых они содержатся.
Что касается запредельного уровня концентрации этого элемента в воде, тут огромную роль играет техногенный фактор. В результате сельско-хозяйственной деятельности соединения марганца, содержащиеся в некоторых удобрениях, попадают в почву, а затем и в грунтовые воды. Производственные предприятия повышают уровень марганца в природной воде сточными каналами.
На сегодняшний день любой источник водопользования требует очистки. Найти природную воду, пригодную для питья и имеющую безопасную концентрацию марганца на грани фантастики.
Наименьшие показатели этого элемента характерны для морской воды – в ней концентрация обычно в пределах 2-3 мкг/л.
Речная вода не отличается стабильностью и может содержать – от 1,0 до 180 мкг./л.
Подземные воды чаще всего имеют превышения допустимых норм. Содержание марганца в скважинных и колодезных водоисточниках достигает порой 800-1500 мкг/л!
Вода, предназначенная для хозяйственных и пищевых нужд населения, по СанПиН должна соответствовать уровню соединений марганца не более 0,5 мг/л. Всемирная Организация Здравоохранения регламентирует максимальное содержание марганца в воде - 0,05 мг/л. На территории Российской Федерации действуют общепринятые стандарты ПДК, где предельно допустимая концентрация металла в воде бытового назначения, в том числе для приготовления пищи и питья, составляет - 0,1 мг. на литр.
Для определения количества этого элемента в скважинном водоисточнике необходимо сдать образец на лабораторное исследование уже на стадии проектирования водоочистных сооружений. В дальнейшем, рекомендуется периодически повторять химический анализ воды, так как концентрация марганца может изменяться со сменой сезона. В межсезонье, при активном движении подземных вод, его уровень снижается, но в зимний и летний периоды, в следствии застойных явлений, содержание тяжёлых металлов, часто возрастает до опасных пределов.
Есть определённые признаки, указывающие на слишком высокую концентрацию марганца в воде:
- Желтовато-серый оттенок;
- Специфический вяжущий привкус (как сырой, так и кипячёной воды);
- При отстаивании проточных вод можно наблюдать на дне сосуда чёрную взвесь;
- На элементах сантехнике и посуде образуются тёмно-коричневые пятна и подтёки.
При появлении этих признаков стоит немедленно принимать меры. Пить воду такого качества вредно даже разово! Марганцу, как и другим тяжёлым металлам, свойственно накапливаться в организме, поэтому ежедневное длительное употребление такой воды на протяжении нескольких лет приводит к сильнейшей интоксикации организма.
Отравление происходит постепенно, а первичные признаки выглядят вполне обыденно, и часто списываются на нехватку витаминов или переутомление, и редко кого настораживают:
- Ощущается общее недомогание, упадок сил, сонливость;
- Снижается аппетит, и физическая активность;
- Ухудшается настроение, появляется апатия и головная боль;
- Возникают периодические боли в спине и суставах;
- Возможны аллергические реакции.
Эти симптомы присущи многим заболеваниям, и это усложняет диагностику отравления организма марганцем на первых стадиях. Но в дальнейшем признаки и последствия становятся более серьёзными:
- Постоянная сонливость и слабость снижает работоспособность;
- Начинаются проблемы с сосудами, периодически немеют руки или ноги, учащаются головокружения;
- Поражаются почки и печень, желудочно-кишечный тракт;
- Увеличивается риск развития онкологических заболеваний;
- Нарушается работа опорно-двигательной и центральной нервной системы, что в итоге приводит к болезни Паркинсона;
- Мышцы лица ослабевают, меняется мимика, выражение лица приобретает некую искусственность;
- Снижается общий уровень интеллекта и способность запоминать информацию;
- Человека не покидает чувство апатии, усиливаются депрессивные состояния;
- Движения становятся заторможенными, речь не внятная и монотонная;
- Теряется ориентация во времени и пространстве;
На последних стадиях последствия длительной интоксикации организма марганцем становятся необратимыми. Поэтому стоит понимать всю серьёзность ситуации, и при выявлении повышенных доз этого элемента, немедленно принимать меры по её устранению.
Избыток марганца в воде не только негативно влияет на состояние здоровья, но и нарушает работу систем водоснабжения, сокращает срок службы бытовой техники и отопительного оборудования.
Наличие этого металла в воде является благоприятной средой для размножения железобактерий. Продукты их жизнедеятельности образуют плотные наросты на внутренних поверхностях труб и котлов, на нагревательных элементах.
В итоге:
- Сечение трубопровода сужается в диаметре на 25-30% за 5-6 лет эксплуатации;
- Плотные бурые отложения нарушают скорость потока при подаче воды и провоцируют скачки давления в трубопроводе;
- Снижается теплопроводность отопительных систем и нагревательных элементов бытовой техники;
- Уменьшение теплоотдачи провоцирует рост энергозатрат на нагрев воды;
- В местах образования марганцевых отложений происходит необратимый процесс коррозии металла.
Даже в централизованных водопроводных системах, оборудованных водоочистными станциями, где в процессе обезжелезивания, содержание марганца в воде снижается до уровня ПДК, не гарантирует поступление воды надлежащего качества к конечному потребителю. При прохождении по водопроводным сетям, часто происходит вторичное загрязнение воды и качество её ухудшается, появляется мутный осадок, посторонние запахи и неприятный привкус.
2. Способы очистки воды от марганца:
В природных источниках воды марганец присутствует в растворимой форме двух валентного оксида - MnO2. Чтобы вывести этот металл из воды, требуется окислить его до 3-4-х валентного, нерастворимого состояния, а затем отфильтровать полученную взвесь. Процесс очищения воды от марганца получил название - деманганация.
Есть ряд факторов, влияющих на эффективность каждого способа удаления из воды марганца, которые стоит учитывать при выборе водоочистного оборудования:
Концентрация марганца. Порог эффективности любого метода деманганации зависит от исходной концентрации металла в растворённом виде.
Уровень рН воды. При высоком уровне (от 8,5 до 10) лучше протекают реакции окисления и необходимость в её стимуляции реагентом отпадает. При меньших показателях требуется искусственное подщелачивание воды.
Перманганатная окисляемость (ПМО). Выражается в миллиграммах кислорода, затраченного на окисление органических и минеральных веществ, содержащихся в 1 литре воды. По нормам СанПиН 2.1.4.1175-02 перманганатная окисляемость питьевой воды не должна превышать 5,0 - 7,0 мгО/л. Наименьшие показатели ПМО позволяют использовать безреагентные фильтры, а высокие указывают на присутствие среди органических веществ железобактерий, способных удерживать марганец в растворённой форме, и препятствовать его окислению.
2.1. Фильтр для воды от марганца с помощью каталитического окисления (pH более 7,5 ед., содержание марганца до 1 мг/л.)
Такой способ деманганации воды предполагает её искусственное насыщение кислородом, безреагентным или реагентным способом (в зависимости от исходного рН воды), который при взаимодействии с растворённым в воде двухвалентным марганцем окисляет его до трёх - четырёх валентного состояния. Благодаря каталитическим способностям фильтрующей загрузки, диоксид марганца ускоряет окислительную реакцию других двухвалентных его соединений, но сам при этом не расходуется. Каталитический процесс повторяется вновь и вновь, а образовавшаяся в итоге взвесь нерастворимого марганца оседает на поверхности фильтрующей загрузки.
Аэрация в фильтрующих системах может происходить напорным и безнапорным способом.
В безнапорной конструкции вода поступает в накопительный бак через распылитель и насыщаясь кислородом образует на дне ёмкости нерастворимый осадок марганца. Затем, с помощью насоса вода поднимается в фильтр колонного типа, где происходит очистка от взвеси металла.
Рис. 1 Система безнапорнй аэрации
При напорном способе аэрации используется автоматический компрессор, который подаёт кислород под давлением в аэрационную колонну, наполненную водой, затем, насыщенная кислородом жидкость поступает на фильтрующую загрузку, где и происходит отделение окисленного марганца от воды. Излишки газов удаляются из очистного резервуара с помощью воздушного клапана.
Рис. 2 Система напорной аэрации
2.2. Удаление марганца методом ионного обмена (содержание марганца до 5 мг/л.)
Ионообменная система очистки подразумевает фильтр колонного типа с загрузкой одновременно двух синтетических смол, содержащих положительно заряженные ионы водорода (Н+) и отрицательные ионы гидроксида (ОН-) в результате происходит катионирование воды. При таком взаимодействии растворимые в воде соли марганца заменяются ионами гидроксида и водорода и объединяются в молекулы воды.
При использовании этого метода деманганации желательно исключить попадание кислорода в воду перед фильтрацией через ионообменную смолу. В загрузку подают осветлённую и очищенную от взвешенных частиц жидкость. Это помогает дольше сохранять способности смолы к регенерации методом «засолки».
Рис. 3 Фильт умягчитель воды
2.3. Дозирование гипохлорита натрия для удаления марганца (содержание марганца до 10 мг/л.)
Гипохлорит является мощным окислителем и эффективно справляется с двухвалентным марганцем и другими металлами, а так же удаляет из воды органические примеси и газы сероводорода, и оказывает дезинфицирующее действие.
Метод очистки воды гипохлоритом натрия осуществляется пропорциональным дозированием растворённого в воде реагента (10гр/л). Подача раствора происходит в трубе на входе в водоочистную систему с помощью встроенного насоса дозации, а частота впрысков и порция гипохлорита регулируется импульсным счётчиком воды, передающим сигналы в насос по мере её расходования.
Попадая в воду концентрат очень быстро окисляет железо, марганец, сероводород и органические вещества. При этом выделяется углекислый газ, а окисленный марганец и другие примеси образуют осадок, с которым отлично справляется обычный угольный фильтр.
Гипохлорит действует мгновенно, при концентрации марганца до 15 мг/л не требуется контактная ёмкость. Раствор подаётся прямо в трубу перед фильтрующей колонной с угольной загрузкой.
Рис. 4 Система дозирования
2.4. Озонирование воды для удаления марганца
Ещё один метод безреагентного окисления растворённого в воде марганца - озонирование. Озон генерируется из воздуха и подаётся в воду, где моментально начинает окислять металл. Для нейтрализации 1 мг двухвалентного марганца требуется всего 0,291 мг трёх валентного кислорода.
После взаимодействия с металлом озон преобразовывается в О2 и улетучивается, а марганец выпадает в осадок и отсеивается фильтрующей загрузкой.
Рис. 5 Схема очистки методом озонирования воды
2.5. Использование обратного осмоса
Самый универсальный метод очистки воды от любых загрязнений, в том числе и марганца. Его эффективность достигается благодаря особенностям фильтрующего элемента.
Мембрана обратного осмоса имеет микроскопические поры, проникнуть через которые могут только молекулы Н2О под давлением. Концентрат примесей и загрязнений уходит в дренаж, а чистая вода поступает к потребителю в наивысшем качестве.
Повысить производительность системы обратного осмоса можно укомплектовав его регулятором давления и насосом для поддержания постоянного напора воды.
Рис. 6 Система обратного осмоса "Вагнер-125" производительность 125 л/час
3. Сравнение преимуществ и недостатков основных фильтров для удаления марганца: Безреагентного фильтра, метода ионного обмена, дозирования гипохлорита, обратного осмоса.
Для сравнения описанных выше способов деманганации воды, и выбора наилучшего решения поставленных задач, необходимо учитывать многие факторы влияющие на эффективность каждого метода очистки:
- концентрация железа и марганца;
- перманганатная окисляемость;
- исходный уровень рН воды;
- присутствие сероводорода;
- степень жёсткости воды;
- требуемая производительность;
Безреагентные системы не всегда применимы в частом доме из-за крупных габаритов установки, к тому же метод требует соблюдения целого ряда условностей:
- Перманганатная окисляемость не должна превышать 9,5 мгО/л;
- Уровень рН исходной воды не менее 7 ед.;
- При концентрации железа более 20 мг/л такой способ очистки мало эффективен.
- В случае аэрации необходимо присутствие двухвалентного железа в пропорциях с марганцем минимум 7/1. Когда это условие не выполнимо, применяется каталитическая загрузка с сульфатом железа.
- Для эффективного окисления марганца в таких системах требуется более длительный контакт воды с кислородом минимум 20-30 минут.
К преимуществам безреагентного способа деманганации можно отнести безопасность и низкие эксплуатационные затраты.
Каталитическая фильтрующая загрузка промывается, без использования реагентов, что не влечёт дополнительных расходов на обслуживание системы очистки.
Фильтры ионного обмена - безопасный и недорогой метод удаления марганца в воде. Установка имеет компактные габариты и хорошую производительность. Такие фильтры эффективно удаляют не только металлы и марганец, но и соли жёсткости.
Но есть и нюансы, влияющие на результат очистки и срок службы ионообменной смолы:
- Желательно, чтобы уровень рН был не более 7,5 ед.;
- Степень ПМО, с которой способна справиться ионообменная смола - не более 5 мгО/л.;
- Наличие сероводорода в исходной воде недопустимо.
- Для периодической очистки фильтра ионного обмена применяется солевой раствор. При очень высокой концентрации железа требуется более частая регенерация ионной загрузки, увеличивается расход соли, происходит быстрое истощение ёмкости смолы и сокращение сроков её эксплуатации. Поэтому, срок службы ионной смолы варьируется от 2 до 8 лет, в зависимости от условий.
Метод дозирования гипохлорита доступный по цене и простой в эксплуатации. Установка имеет средние габариты и высокую эффективность. Гипохлорит быстро окисляет марганец и другие металлы, справляется с высокими показателями ПМО и отлично удаляет сероводород. Работает при любом исходном рН воды.
При соблюдении правил дозирования гипохлорит безопасен для организма человека. Такая система очистки отлично подходит для коттеджей и частных домов.
К незначительным минусам можно отнести:
- Необходимость регулярного пополнения запасов реагента;
- Постоянный контроль его дозирования в воду;
- Дополнительная сорбционная очистка для питьевого использования (например, фильтрация угольной загрузкой).
Озонирование имеет высокую эффективность и скорость очистки. Простота и компактность установки позволяет использовать его на небольших площадях. Использование озона не несёт больших затрат при эксплуатации, газ вырабатывается из атмосферы с помощью электрогенератора. При правильной эксплуатации озонирующие системы очистки воды имеют длительных срок службы. Поэтому высокая стоимость такого оборудования достаточно быстро окупается в процессе эксплуатации.
Важно знать! Высокие концентрации озона токсичны для человека! При использовании озонирующего оборудования, требуется постоянный контроль концентрации газа, и чёткое выполнение всех требований техники безопасности!
Система обратного осмоса - один из самых дорогих методов водоподготовки, поэтому для удаления только марганца его использование не целесообразно.
Основное назначение осмотических мембран - удаление органических примесей, глубокое обессоливание и подготовка высококачественной питьевой воды.
Для деманганации воды обратным осмосом требуется предварительная очистка от нерастворимых загрязнений - удаление взвесей и органики.
Мембранные системы обратного осмоса рентабельно применять на крупных пищевых и фармацевтических производствах и там, где требуется высочайшее качество очистки воды.
Применение безреагентных способов водоочистки и системы обратного осмоса более актуально на производствах.
Для частного бытового использования в коттедже, квартире или офисе отлично подходят системы деманганации воды на основе озонаторов, гипохлорита натрия и ионного обмена.
Есть полезные рекомендации, основанные на практическом многолетнем опыте использования очистных систем для удаления марганца из воды:
- Для эффективности ионообменного метода удаления марганца, желательна повышенная общая жёсткость и минерализация, так как в процессе очистки от примесей металлов происходит и умягчение воды.
Если исходные показатели жёсткости были в пределах нормы, то на выходе получится слишком мягкая вода, и как следствие трудности с применением поверхностно-активных моющих средств в быту (стирка, мытье посуды, гигиенические процедуры).
Проблему можно решить путём комбинирования в загрузке фильтра смол нескольких марок с различными характеристиками.
- Для подщелачивания воды, при необходимости, можно применять фильтры с корректирующей рН загрузкой (например из кальцита). Это может быть актуально для безреагентного способа деманганации воды.
- При использовании озонирующего оборудования, не лишним будет установка дополнительного фильтра тонкой очистки на кран с питьевой водой. Это поможет исключить повторное попадание в воду органических загрязнений. Озон удаляет органику одномоментно, и не обладает пролонгирующим действием.
- Если принято решение установки обратного осмоса для воды питьевого назначения, так же потребуется последующее восстановление минерального состава, необходимого для организма человека.
- Когда при подборе водоочистных установок возникают сложности с определением комплектации, или сомнения в эффективности того или иного метода очистки, необходимо привлечь к процессу водоподготовки компетентных специалистов. Так вы избежите лишних расходов, убережёте свои нервы и сохраните здоровье.
Ниже представленно видео по сборке аэрации воды
Ниже представленно видео по сборке умягчителя воды
