حذف آهن و منگنز از آب

آهن و منگنز در زمین خیلی فراوان هستند و بیشتر در آب های زیر زمینی یافت می شوند. آهن دو ظرفیتی و منگنز دو ظرفیتی به چند دلیل باعث شکایت مصرف کنندگان می شوند. آبی که بیش از 0/3 میلیگرم در لیتر آهن داشته باشد بر روی اکثر اجسام ایجاد لکه زرد متمایل به قرمز قهوه ای می نماید. آب های حاوی 1 میلیگرم آهن یا بیشتر در لیتر ظاهر ناخوشایند فلزی یا مزه دارویی داشته و کدر می شوند. آهن بر روی سطح داخلی لوله ها، توری ها و شیرهای چاه، ته نشین می گردد.

منگنز به مقدار 0/1 میلیگرم در لیتر ایجاد لکه سیاه رنگ کرده و سایر مسائل و مشکلات آهن در آب را بوجود می آورد. آبی که آهن و منگنز دارد لکه های رنگی از قهوه ای پر رنگ تا سیاه ایجاد می نماید.

باکتری آهن

باکتری آهن در آب رودخانه، چاه، دریاچه ها، آب های زیرزمینی دیده می شود و ممکن است بصورت تنها و یا در اجتماع با سایر میکروارگانیسم ها زندگی نمایند. معمولا آبی که باکتری آهن داشته باشد کمی کدر بوده و رنگ آن قرمز و بوی نامطبوعی دارد. و اگر مقدار آهن زیادتر از حد معمول باشد رنگ آب قرمز آجری و بوی آن زننده تر خواهد بود. علاوه بر رنگ و بو، باکتری های آهن با تجمع خود در مجاری آبرسانی گاهی باعث گرفتگی لوله ها شده و این گرفتگی ها در شیر، پمپ ها و بعضی ادوات آبرسانی نیز دیده شده است. و این رسوبات حاصل از تجمع باکتری های آهن گاهی بصورت لایه های سخت و چسبنده و گاهی بصورت لایه های خمیری بجدار کانال و لوله های آبرسانی می چسبند.

فرق عمده باکتری آهن با سایر باکتری ها در این است که باکتری های آهن مقادیر عظیمی آهن در خود ذخیره کرده و در محل زندگی خود این آهن بصورت رسوب ته نشین می شود. و باعث کدورت و رنگی شدن آب می شوند

باکتری آهن اغلب در حرارت های پایین قادر به ادامه حیات بوده و pH مناسب برای زندگی باکتری آهن بین 5/5 تا 8/5 است و بیشتر در نقاط تاریک و دور از نور زندگی می کنند.

برای حل مشکل فوق، غلظت آهن و منگنز در آب باید به ترتیب کمتر از 0/3 و 0/05 میلیگرم در لیتر برسد. اگرچه چندین روش برای جدا کردن آهن و منگنز آب وجود دارد ولی هوادهی و سپس صاف کردن روش متداول جداسازی آنها از آب است. هوادهی اکسیژن لازم برای تبدیل آهن و منگنز دو ظرفیتی به آهن و منگنز سه ظرفیتی نامحلول را فراهم می نماید.

بعد از هوا دادن مدتی آب را بحال خود می گذارند تا اکسیداسیون کامل انجام گیرد و سپس آب را از صافی عبور می دهند ( معمولا صافی های فشاری ) تا رسوبات آهن و منگنز از آب خارج شوند.

روش های حذف آهن از آب

روش های حذف آهن را در موارد زیر می توان خلاصه کرد:

• اصلاح PH که در تسریع اکسیداسیون موثر است.
• استفاده از عوامل موثر اکسیداسیون مثل هیپوکلریت و یا اکسیژن محلول
• کواگولاسیون و فلوکولاسیون
• ته نشینی ساده
• صاف کردن
• تبادل یونی

اگر میزان آهن کمتر از 15 تا 20 میلی گرم در لیتر باشد قبل از کواگولاسیون به ته نشینی احتیاجی نیست. در غیر این صورت قبل از کواگولاسیون حتما ته نشینی مقدماتی را باید انجام داد.

آهن در آب های طبیعی بیشتر به صورت ترکیبات زیر دیده شده است

• بی کربنات آهن
• هیدرات آهن ( دو ظرفیتی )
• سولفات فرو
• ترکیبات آلی آهن

حضور ترکیبات آهن 2 ظرفیتی در آب ها باعث پیدایش رنگ زرد متمایل به قهوه ای در آن ها پس از تماسشان با هوا خواهد شد و این رنگ که در اثر تبدیل ترکیبات آهن دو ظرفیتی به 3 ظرفیتی حاصل گردیده در صنایعی چون تهیه مصنوعات پارچه ای، کاغذسازی تولید لکه و رنگ خواهد نمود. 

مهمترین روش حذف آهن از آب به صورت بی کربنات فرو هوادهی آن است و هر یک میلی گرم در لیتر اکسیژن خواهد توانست 7 میلی گرم در لیتر آهن دو ظرفیتی را اکسید نماید.

روش دیگر حذف آهن از آب به صورت بیکربنات فرو تزریق کلر به آب است. در این روش هر یک میلی گرم در لیتر کلر قادر خواهد بود، 1/6 میلی گرم در لیتر آهن دو ظرفیتی را اکسید نماید.

روش های مبادله یونی نیز قادر است آهن را از آب جدا سازند.

روش های حذف منگنز از آب

منگنز نیز در آب ها اغلب به صورت ترکیبات دو ظرفیتی که بسرعت در مقابل هوا اکسید و به ترکیبات 4 ظرفیتی نامحلول تبدیل می شوند موجود است. بعنوان مثال بی کربنات منگنز محلول اگر در آبی موجود باشد این آب پس از تماس با هوا ضمن تبدیل منگنز 2 ظرفیتی به چهار ظرفیتی رنگ تیره ای خواهد داشت و این ترکیبات هستند که در صنایع چون پارچه بافی، کاغذسازی ایجاد رنگ و لکه می نماید. املاح منگنز خیلی پایدار هستند و اگر در آبی مواد آلی موجود باشد عمل حذف منگنز با اشکال مواجه خواهد گردید. بهترین pH برای اکسیداسیون ترکیبات منگنز 9 تا 10.3 گفته شده است.

کلر و ترکیبات کلردار بهترین عوامل اکسیداسیون منگنز شناخته شده اند و حتی اگر این فلز بصورت ترکیبات آلی باشد کلر و ترکیبات آن قادر به اکسیداسیون آنها است اگر PH محیط بین 6.8 تا 8.4 باشد در حضور 0.5 میلی گرم در لیتر در مدت 1 تا 2 ساعت اکسیداسیون کامل منگنز انجام خواهد شد.

ترکیبات منگنز دو ظرفیتی نیز مانند ترکیبات آهن از طریق تزریق کلر و تبادل یونی نیز قابل حذف شدن هستند.

ترکیبات آهن دار نیز توسط کلر میتوانند اکسیده شوند ولی جداسازی آنها بدون کواگولاسیون – فلوکولاسیون و ته نشینی و احیانا صرف کردن امکان پذیر نیست.

لجن ترسیب آهن و منگنز

لجن تولیدی معمولا خنثی و قرمز یا سیاه رنگ است. آهن و منگنز محلول به وسیله اکسیداسیون یا پرمنگنات پتاسیم، کلر یا ازن رسوب داده می شوند. اکسیداسیون و ترتیب این ماده به وسیله هوادهی نیز انجام می شود. رسوب حاصله هیدروکسید فریک، کربنات فریک، یا دی اکسید منگنز است. مقدار لجن 1/5 تا 2 میلی گرم در لیتر به ازای هر یک میلی گرم آهن یا منگنز موجود در محلول است. لجن آهن و منگنز در حوضچه های ته نشینی یا صافی ها حذف می شود.