Filtry domowe, odmanganianie wody

Źródło występowania manganu

Mangan występuje w skorupie ziemskiej w zdecydowanie mniejszych ilościach niż żelazo i stanowi około 0,12% wag. w przeliczeniu na MnO. W odróżnieniu od żelaza w skałach osadowych jest więcej manganu niż w skałach magmowych. Stosunkowo duże nagromadzenie manganu następuje w glebach oraz na dnie mórz (konkrecje). Podobnie jak w przypadku żelaza zawartości manganu są większe w skałach osadowych o większym rozdrobnieniu.

Jak wspomniano, mangan jest pierwiastkiem znacznie rzadziej występującym w wodzie. Stężenie manganu może wahać się od 0-10 mgMn/dm3 (wartość dopuszczalna – 0,05 mgMn/dm3), przy czym sporadycznie spotkamy go w wodach powierzchniowych, częściej natomiast w wodach głębinowych, gdzie obecny jest w postaci rozpuszczalnej dwuwartościowej i tworzy sole - podobnie jak inne związki (chlorki, siarczany).
W postaci utlenionej jako dwutlenek manganu MnO2 staje się nierozpuszczalny w wodzie tworząc czarne, twarde, grudkowate osady. Mangan, podobnie jak żelazo jest pierwiastkiem niepożądanym w wodzie. Mangan jest toksyczny, organizacje światowe wręcz zabraniają stosowania wody zawierającej mangan dla sporządzania posiłków dla niemowląt. 

Pomijając aspekt zdrowotny - na bieliźnie i przyborach sanitarnych pozostawia siwe lub czarne brunatne, bardzo twarde i trudne do usunięcia plamy. Mangan stanowi też znakomitą pożywkę dla bakterii, głównie beztlenowych.

Różne postacie manganu (2 i 3 - występujące w przyrodzie)

źródło - wikipedia   źródło - wikipedia   źródło - wikipedia

Możliwości usuwania manganu

Rozpatrując proces odmanganiania, należy nadmienić, że dobre wyniki daje usuwanie manganu na złożu katalitycznym KT (wpracowanym), w którym ziarna już pokryte są warstwą tlenków manganu. Złoże takie wykazuje silne właściwości sorbcyjne (gromadzi na swojej powierzchni jony manganu, a także innych metali), może też utleniać jony Mn2+ do postaci Mn3+ z kolei Mangan trójwartościowy jest podatny na dalsze utlenianie tlenem rozpuszczonym w wodzie do postaci Mn4+ i tworzenia nierozpuszczalnej formy MnO2. Należy wspomnieć, że mangan występuje na sześciu stopniach utlenienia, z których w zasadzie wyłącznie +IV jest trwały, i nadaje uzdatnianiu wody sens praktyczny. Warunkiem koniecznym dla eksploatacji takich złóż dla procesu odmanganianie wody jest jednak właściwie oraz intensywnie przeprowadzony proces napowietrzania wody z długim czasem przetrzymania w celu umożliwienia zajścia reakcji chemo-fizycznych dotyczących pełnego utlenienia związków manganu lub przeprowadzenia na wyższe stopnie utlenienia.  

Dodatkowym, bezwzględnym warunkiem jest poprawne płukanie ciężkich złóż katalitycznych. W praktyce stosowanie płukania wyłącznie wodą przy prędkościach 3,5x krotnie przekraczających prędkość filtracji jest w dłuższym okresie użytkowania filtra jakim jest filtr odmanganiający niewystarczające. Dlatego stosuje się płukanie emulsją wodno-powietrzną, z naciskiem na wprowadzenie dużej ilości tlenu głęboko w struktury ziarna, co przywraca i powoduje, że odmanganiacz utrzymuje na wysokim poziomie właściwości odmanganiające złoża filtracyjnego.

W praktyce - w zastosowaniu w urządzeniach kompaktowych jak filtr na dom, filtr do restauracji, filtr dla hotelu okresowe i skuteczne płukanie sprężonym powietrzem jest niezwykle trudne, o ile w ogóle możliwe do wykonania. Dlatego praktykuje się okresową regenerację takich złóż silnymi utleniaczami. Najpopularniejszym z nich jest nadmanganian potasu KMnO4. Ogromne niebezpieczeństwo poparzenia wynikające z jego stosowania sprawia, że coraz częściej stosuje się (równie toksyczny, ale bezpieczniejszy) nadmanganian potasu NaOCl. Mowa oczywiście o rzadkiej, okresowej operacji przeprowadzanej przez wykwalifikowany personel, posiadający odpowiednie narzędzia, środki, uprawnienia i przeszkolenie.

Złoża katalityczne

mogą być pochodzenia naturalnego, stosuje się w tym wypadku np. braunsztyn (ruda manganowa) lub wytworzone sztucznie. Przy zastosowaniu złóż katalitycznych niekiedy można zrezygnować z korekty pH wody.
Syntetyczne złoża katalityczne ulegają z czasem pracy „wyczerpaniu” i wymagają regeneracji. Stosuje się przy tym najczęściej roztwór nadmanganianu potasu lub podchlorynu sodu. Złoże naturalne - brausztyn - wymaga natomiast bardzo intensywnego płukania emulsją wodno-powietrzną i okresowego uzupełniania wytartego wskutek normalnej eksploatacji złoża.

Regeneracja chemiczna okresowa

W sprzedaży i stosowaniu występuje kilka rodzajów złóż przystosowanych do usuwania manganu z wody. Z najbardziej popularnych można wymienić złoże GreenSand, ze sztucznych zaś - syntetyczną odmianę Greensandu - złoże MZ10. Obie struktury filtracyjne wymagają regeneeracji nadmanganianem potasu KMnO4, i okresowej - podchlorynem sodu NaOCl.

Ciągłe dozowanie utleniaczy

Jedną z technologii usuwania manganu jest ciągłe dozowanie nadmanganianu potasu KMnO4 w takiej ilości, by wpierw utlenił organikę, następnie żelazo, wreszcie mangan, i na końcu utlenił ("zlikwidował") sam siebie. Dopiero woda poddana takiej obróbce poddawana jest filtracji minimum dwustopniowej: mechanicznej i katalitycznej. W praktyce jednak metoda ta stosowana jest jedynie dla stacji uzdatniania dla miast, gmin, zakładów. Nigdy dla jednostek takich jak filtr odmanganiający do domu, filtr dla gastronomii, hotelu, agroturystyki. Przyczyną jest praca małych jednostek on-line, a nie na zbiornik. Problem ten szerzej omówiono w jednym z poprzednich artykułów.

Złoża o silnych właściwościach odmanganiających: brausztyn, GreenSand, MZ-10

      

Uzdatnianie naturalne

W teorii każde złoże (także wypełnione zwykłym piaskiem) staje się katalityczne, wskutek osadzania się na ziarnach piachu tlenków manganu i żelaza. Okres „wpracowania” trwa w zależności od procesu, napowietrzania, płukania, składu wody - od dwóch tygodni do kilku miesięcy. Dopiero wtedy złoże jest w pełni sprawne i zaczyna skutecznie usuwać mangan z wody. Proces płukania odżelaziacza w pewnym zakresie niszczy wytworzoną już strukturę katalityczną, niemniej jednak złoże takie posiada już pełną funkcjonalność.
Złoża naturalnie katalityczne (takie jak Techfilters KT) potrafią natomiast usuwać mangan już od pierwszych godzin pracy. Proces płukania nie powoduje w tym wypadku utraty zdolności katalitycznych.
Co ciekawe - nasze odżelaziacze wymagają ciągłego, i stabilnego użytkowania - wtedy osiągają swoje maksimum wydajności mechanicznej i katalitycznej. Sprzyja temu specjalna konstrukcja złoża, łącząca zalety filtra mechanicznego, filtra odżelaziającego i filtra odmanganiającego.

Rozdzielenie funkcji urządzeń, filtracja dwustopniowa

Jeśli woda zawiera zarówno żelazo jak i mangan - proces uzdatniania powinien być dwuetapowy (filtracja dwustopniowa), przy czym w pierwszej kolejności należy usuwać z wody żelazo. Obecnie coraz częściej stosowane są złoża wielowarstwowe do jednoczesnego usuwania żelaza i manganu w jednym cyklu pracy, zawierające zarówno antracyt (lekkie złoże filtracyjne) jak i piasek manganowy (ciężkie złoże filtracyjne). Dobór procentowy poszczególnych składników prowadzi się w oparciu o skład wody i prędkość filtracji.
Należy jednak pamiętać, że "kombajny" multifunkcyjne będą sprawnie i skutecznie pracować dla stałych, niezmiennych poborów wody, w ustalonych precyzyjnie prędkościach filtracji i laboratoryjnie filtrocyklach (okresach pomiędzy poszczególnymi płukaniami).
Dla instalacji domowych, gdzie rozkład nierównomierności użytkowania jest znaczny - zaleca się rozdzielenie tych funkcji na dwa osobne urządzenia. Sprowadzamy filtr na dom do wąskiej specjalizacji, ale właśnie taki odżelaziacz odmanganiacz będzie służył użytkownikowi długie lata.

Polecane rodzaje filtrów

Poniżej jest opisany każdy najpopularniejszy odmanganiacz (także odżelaziacz) i filtr do wody skonstruowany i stosowany przez Techfilters jako pracujący w zespole lub jako autonomiczna stacja uzdatniania wody:

Odżelaziacz typu TF-IR-KT

Filtry odżelaziająco-odmanganiajce katalityczne serii Techfilters KT to ekologiczne, i niezwykle skuteczne rozwiązanie filtracji na złożu reaktywnym. Odżelaziacz KT usuwa żelazo oraz mangan, zanieczyszczenia mechaniczne, zapach (siarkowodór, stęchlizna) oraz wydatnie poprawia barwę wody. Specyficzny układ warstw filtracyjnych zostaje wytworzony podczas normalnej pracy, a im dłużej odżelaziacz jest eksploatowany, tym jego sprawność jest wyższa.

Jest to możliwe dzięki połączeniu funkcji specjalnie spreparowanych złóż posiadających naturalne właściwości utleniające w stosunku do żelaza i manganu na niskich stopniach utlenienia, złóż regulujących odczyn pH wody, złóż wypełniających oraz inertnych. Każdy składnik złoża odżelaziacza KT posiada regularny kształt przy zmaksymalizowanej powierzchni wymiany i precyzyjnie dobrany rozmiar. Dzięki temu w całej miąższości warstwy nie występują luźne, nieproduktywne przestrzenie, wyeliminowane jest zjawisko przepływów labiryntowych i przyściankowości, a filtr pracuje w zakresie rozkładu przepływów laminarnych. Oznacza to, że każde ziarno złoża jest wykorzystane optymalnie, i aktywnie uczestniczy w procesie odżelaziania i odmanganiania. Dzięki aktywnej powłoce zastosowanego złoża - trudne do usunięcia, rozpuszczone w wodzie formy związków żelaza i manganu są utleniane, generując osady łatwe do odfiltrowania w głębokich warstwach złoża.

Nierozpuszczalne osady, odfiltrowane na złożu są usuwane podczas automatycznego procesu płukania filtra. Dzięki takiemu rozwiązaniu koszty związane z eksploatacją urządzenia sprowadzają się wyłącznie do wody zużytej na płukanie. Cały proces regeneracji odbywa się bezobsługowo. Odżelaziacz odmanganiacz KT znakomicie sprawdza się w aplikacjach dla "ciężkich wód", o dużym zapotrzebowaniu wody uzdatnionej, jako stacja prefiltracji dla dalszych procesów, lub jako dokładny filtr mechaniczny - przy progu filtracji < 1 um.

odżelaziacz odmanganiacz KT techfilters

Odżelaziacz typy TF-IR-CF

Filtry odżelaziająco-odmanganiajce jonowo-katalityczne serii Techfilters CF to ekologiczne, i niezwykle skuteczne rozwiązanie filtracji na funkcyjnym złożu jonowymiennym. Każde urządzenie CF jest zaopatrzone w pięć warstw filtracyjnych, z których każda spełnia określoną, precyzyjnie wyspecyfikowaną funkcję: podtrzymująca, odżelaziającą, odmanganiającą, zmiękczającą, usuwającą zanieczyszczenia mechaniczne, zanieczyszczenia organiczne, poprawiającą smak, zapach i barwę.
Specyficzny układ warstw filtracyjnych jest wywołany i utrzymany dzięki precyzyjnemu dobraniu uziarnienia oraz gęstości poszczególnych składników. Dzięki temu przez cały okres użytkowania filtra podział wyspecjalizowanych warstw filtracyjnych jest stały i niezmienny. Pozwala to utrzymanie najwyższej jakości filtracji przez cały czas i w elastycznym przedziale natężenia przepływów. 

Ponadto, w filtrze w całej miąższości warstwy nie występują luźne, nieproduktywne przestrzenie, dzięki temu całkowicie wyeliminowano niekorzystne zjawisko przepływów labiryntowych i przyściankowości, a filtr pracuje wyłącznie w zakresie rozkładu przepływów laminarnych. Oznacza to, że każde ziarno złoża jest wykorzystane optymalnie, i aktywnie uczestniczy w procesie filtracji, odżelaziania, odmanganiania oraz co jest dodatkowym atutem dla odżelaziacza - także zmiękczania. 

Urządzenie do regeneracji wypełnienia filtracyjnego używa roztworu solanki NaCl (z soli pastylkowanej), a cały proces regeneracji odbywa się bezobsługowo. Odżelaziacz odmanganiacz serii CF znakomicie sprawdza się w aplikacjach dla "ciężkich wód", o nieznanym lub wątpliwym składzie jakościowym, dla domów nowobudowanych i tych, w których instalacja już pracuje bez uzdatniania wody.

TF-IR-590-CF-A_odzelaziacz_techfilters


ZAPRASZAMY DO CZYTANIA INNYCH ARTYKUŁÓW Z NASZEJ BAZY WIEDZY!