Železo a mangan ve vodě – problémy a eliminace
Železo a mangan nejsou prvky, jejichž výskyt ve vodě by představoval výrazné zdravotní riziko. S vodami s vysokým obsahem železa a manganu jsou však spojovány jiné problémy, zejména rezavý až hnědý zákal a zanášení potrubí či teplosměnných ploch.
Železo ve vodě
Železo (Fe) se řadí mezi přechodné kovy. Sice není tím nejrozšířenějším kovem na Zemi (v tomto ho předčí hliník), ale pravděpodobně tím nejdůležitějším a nejpoužívanějším.
Bez železa by nebylo oceli, a železitý kationt je také nedílnou součástí hemoglobinu – právě on se podílí na přenosu kyslíku. S jeho nedostatkem je spojována anemie neboli chudokrevnost. Železo je obsaženo ve velkém množství minerálů, nejznámější je hematit, pyrit, magnetit a limonit, tvoří velké množství sloučenin a vyznačuje se feromagnetickými vlastnostmi. Pro náš každodenní život je zkrátka nepostradatelné, přesto všeho moc škodí a platí to i pro obsah železa v užitkové a pitné vodě.
Mangan ve vodě
Mangan (Mn) též patří mezi přechodné kovy a jeho využití je podobně rozmanité jako v případě železa. Nemůže se sice chlubit tak vysokou korozní odolností jako železo, ale používá se při legování slitin nebo výrobě pigmentů. Oxid manganičitý neboli burel znali už starověcí skláři.
Další sloučeninu manganu – manganistan draselný jistě znáte také, možná spíše pod názvem hypermangan. Tento fialově zabarvený roztok se používá k dezinfekci například masa nebo jiných potravin, jeho silných oxidačních vlastností se využívá i v lékařství.
Mangan je i důležitým biogenním prvkem. Jeho nedostatek se projeví zejména nežádoucími změna v metabolismu cholesterolu a cukrů.
Manganičitá ruda
Cesty manganu a železa do vody
Mangan a železo jsou sice obsaženy ve velkém množství minerálů, ale pouhým vyluhováním z geologického podloží se jimi vody obohacují v menším množství. Rozpouštění znatelně napomáhá přítomnost oxidu uličitého, případně kyselin které vznikají při oxidaci sulfidických rud.
Dále se do vod dostávají lidskými činnostmi, pomáhají tomu zejména odpadní vody z provozů zabývající se zpracováním rud železa a manganu, v případě samotného železa provozy typu drátoven či válcoven a v neposlední řadě se železo uvolňuje do vody i díky korozním procesům v potrubí.
Problémy se železem a manganem ve vodě
Ani železo, ani mangan sice nepatří k prvkům, které by primárně přinášely nějaké výrazné zdravotní riziko, naopak z výše uvedeného plyne, že jsou pro lidský organismus potřebné.
Negativně však ovlivňují barvu, vzhled i vůni vody. Železo ve vodě způsobuje typickou železitou pachuť a rezavý zákal, který může přecházet až do hnědé nebo černé barvy.
Mezi typické doprovodné projevy manganu ve vodě patří mastné skvrny na povrchu bílého prádla a sanity.
Největším problémem je však tvorba filmů a úsad, které zanáší potrubí, kotle či bojlery. Tyto povlaky mohou ucpávat potrubí či filtry, mohou též snižovat účinnost dezinfekce vody. Velkým problémem zejména v chladicích okruzích je snížení účinnosti přenosu tepla a v neposlední řadě představují tyto úsady vhodné prostředí pro růst bakterií.
Zcela zkorodované potrubí
Filtrační metody používané pro odstranění železa
Filtrace vody a sedimentace stále hrají prim, co se týče odstranění železa a manganu z vody. Tyto metody ale většinou vyžadují převedení železa a manganu na formy nerozpustné ve vodě. K převedení těchto prvků na nerozpustné formy se využívá oxidace a časté jsou též metody založené na koagulaci.
Oxidace na nerozpustnou formu
Oxidaci lze provést vzdušným kyslíkem, elektrickým proudem nebo vhodným oxidačním činidlem – pro tyto účely je vhodný třeba již zmíněný manganistan draselný (KMnO4), který patří k nejsilnější oxidačním činidlům vůbec (je schopný zoxidovat i chlor). Výhodou manganistanu draselného je také, to že oxidace probíhá při neutrálním pH a funguje na sloučeniny železa i manganu.
V případě použití kyslíku je výhodou zejména jednoduchost, protože často stačí k provzdušnění vody jen kaskáda nebo vodní skok. Lze ho také dávkovat do vody z tlakových lahví. Dalším oxidačním činidlem je chlor. Ten se používá hlavně pro oxidaci sloučenin železa, v případě manganu je jeho použití výjimečné. Chlor se často využívá v prvním stupni oxidace při odstranění železa z vody. Následně jsou pak ve druhém stupni odstraněny manganaté sloučeniny pomocí manganistanu draselného.
Ačkoli se v některých zdrojích lze dočíst, že pokud je ve vodě přítomno jen železo není nutné kontrolovat pH vody, neplatí to pro všechna použitá oxidační činidla. Například oxidace chlorem je účinná i při pH kolem 5, ale pokud oxidaci provádíme pomocí kyslíku, doporučuje se i v případě železa hlídat, aby pH nekleslo pod 7. Pro oba prvky ale platí, že čím vyšší je hodnota pH (tedy v čím zásaditějším prostředí pracujeme) tím, je rychlost oxidace větší.
Koagulace
Koagulace znamená jednoduše řešeno vytváření shluků, na které se pak sorbují nečistoty, které jsou následně odstraněny filtrací nebo sedimentací. Ve vodárenství se jako koagulační činidlo používají anorganické soli, typickým příkladem je síran hlinitý (Al2(SO4)3). Přidává se také tzv. pomocné koagulační činidlo. Jedná se o organickou látku, která zajištuje shlukování menší vloček síranu hlinitého do větších shluků, se kterými si filtrace vody lépe poradí.
Písková filtrace
Pískový filtr provádí tzv. objemovou filtraci, což znamená, že filtrovaná voda protéká ložem vytvořeným z písku. Rozlišujeme pomalou pískovou filtraci a rychlou pískovou filtraci. Tyto metody se liší nejen filtračními rychlostmi, ale také různou zrnitostí použitého písku, při pomalé filtraci se navíc do procesu zapojuje i biologická blána vytvořená na povrchu pískového lože. Odstranění železa je možno provést s využitím rychlé filtrace na pískovém filtru. Tento filtr totiž využívá k odstranění nečistot nejen cezení a usazování, ale též adsorpci a elektrostatické působení. A právě elektrostatické síly umožňují odstranění kationtů železa z vody.
Pískové filtry EuroClean AquaSand slouží k běžné filtraci vody. Odstraní rezavý zákal z potrubí, zákal ze studní či povrchových vod a další nerozpuštěné látky. Lze jej využít k zachycení sraženiny vzniklé po nadávkování koagulantů, ohřevu nebo aeraci vody.
Pískový filtr je užitečný zejména pokud chceme odstranit rezavý zákal přítomný ve vodě ze studní nebo povrchové vodě a používá se i k odfiltrování sraženiny vzniklé pro dávkování koagulantů. Pro takové účely lze použít zařízení AquaSand. Hlavní předností filtru AquaSand je dlouhá životnost a bezobslužný provoz. Filtr se s využitím obtokové armatury napojuje na hlavní přívod vody, výstup z filtru je veden do odpadu. Při proplachu dochází k přerušení dodávky vody, pokud se ale instalují dvě jednotky AquaSand vedle sebe, bude zajištěna nepřetržitá dodávka filtrované vody.
Iontová výměna
Odstranění železa a manganu z vody pomocí iontové výměny je založeny na použití speciální pryskyřice schopné zachytit určité ionty z roztoku a vyměnit je za jiné. Obecně se této speciální pryskyřici říká iontoměnič a podle náboje iontů, které je schopná zachytávat rozlišujeme měnič kationtů neboli katex a měnič aniontů neboli anex.
Protože železo a mangan patří mezi kovy a ty se vyskytují ve formě kationtů, bude iontová výměna v tomto případě probíhat na katexu. V případě odstranění železa a manganu se využívá buď sodíkový nebo vápníkový cyklus. V prvním případě tedy dochází k zachycení jednoho kationtu železnatého a jeho výměně za dva kationty sodíku, v druhém případě je jeden kationt železnatý nahrazen jedním kationtem vápníku.
Nevýhodou iontové výměny je, že nedokáže odfiltrovat železitý zákal a musí se proto kombinovat s mechanickým filtrem zařazeným před iontoměnič. Naopak, výhodné je použit této technologie v případě, že voda obsahuje i další látky zejména sirovodík a organické nečistoty.
Katexová pryskyřice
Na principu iontové výměny fungují filtry AquaEmix. Filtr je plněn speciální filtrační směsí, která obsahuje inertní pryskyřice, jejímž úkolem je redukovat oxidované železo, dále FerroSorb pro redukci železa a manganu a HumiSorb, který odstraňuje nečistoty organického původu. Změkčení vody zajišťuje katexová pryskyřice a rovnoměrný průtok má zase na starost křemenitý písek. Při regeneraci, kdy je filtrační náplň promývána solným roztokem, je dodávka vody přerušena. To lze však vyřešit tzv. duplexem neboli zapojením dvou AquaEmix jednotek vedle sebe.
Závěr
Kromě toho, že zhoršují chuť a vůni vody, samotný vyšší obsah železa a manganu ve vodě neznamená výrazné zdravotní riziko. Způsobují ale problémy technologické, zanáší potrubí, armatury i připojená zařízení. Proto je potřeba železo a mangan ve vodě redukovat. Kolik bude jednotlivých stupňů filtrace a jaká konkrétně bude použita technologie, bude záviset hlavně na koncetraci těchto látek ve vodě.
Úprava vody a problémy spojené s úpravou a filtrací vody. EuroClean se specializuje na projekce, výrobu a dodávky technologických celků řešících nestandardní problémy investorů s vodou a vodním hospodářstvím.