DE1517542A1 - Verfahren und Anlage zur Entmanganung von Wasser - Google Patents

Description

• Verfahren und Anlage zur Entmanganung von Wasser Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entmanganung von natürlichem Wasser leicht alkalischer bis leicht saurer Reaktion.
• Die Geschwindigkeit und Vollständigkeit der chemischen Manganausfällung in Wasser ist bekanntlich von verschiedenen Faktoren abhängig. Da die Reduktionskraft von Nn 2+ in saurer bis neutraler Lösung größer ist als die minimale Qxydationskraft des hierin molekular gelösten Sauerstoffs, findet nur schlecht eine chemische Umsetzung zu Mn 4+ statt, d.h. es kommt unter diesen Bedingungen kaum zur Bildung und Ausfällung von Nungan-IV-Oxyhydrat. Erst wenn durch eine Alkalisierung die vorhandenen Mn-II-Ionen vermindert werden, wird das Reduktionspotential so klein, daß Luftsauerstoff die Oxydation zu Mangan-IV-Oxyhydrat herbeiführen kann. Voraussetzung für einen einwandfreien Reaktionsablauf bei der Entmanganung eines natürlichen Wassers ist daher seine intensive Belüftung und die Einhaltung eines pH-Wertes von mind. 7,8.-Besitzt ein manganhaltiges Wasser bei neutraler Reaktion eine genügend hohe Karbonathärte ( über 100 dKH), so kann durchden Zusatz von Permanganat die Oxydation von Mn 2+ zu Mn 4+ nach Gleichung (I) erreicht werden: (1) 3 Mn 2+ + 2MnO 4 + 5 (x + 2) H 2 0 5(MnO- , x H 0) + 4H + 8 H 0 2 2 2 Die sich nach dieser Gleichung u.a. bildenden Wasserstoff-Ionen werden von der Karbonathärte "aufgefangen.99, so daß eine Absenkung des pH-Wertes nicht zu erwarten ist.
• Bedeutend schwieriger sind die Verhältnisse bei weichen, manganhaltigen Wässern, die einen sauren Charakter besitzen. Diese, insbesondere Quell- und Talsperrenwässer, beinhalten meist Schutzkolloide, so daß es hier bei einer Alkalisierung zu unerwünschten Nebenreaktionen kommt (Humat-Bildung), die die evtl. weiter notwendig werdenden Reinigungsgänge stör-en und die Entmanga . nung oftmals völlig verhindern. Besonders problematisch ist auch die Entmanganung natürlicher, leicht sauer reagierender Mineralwässer, zumal die bestehende Tafelwasserverordnung den Zusatz von Chemikalien, wie beispielsweise Natriumhydroxyd oder den Einsatz alkalischer Filtermaterialien, wie halbgebrannten Dolomit, ausschließt.
• Erfindungsgemäß läßt sich die Entmanganung eines natürlichen, neutral oder leicht sauer reagierenden Wassers oder Mineralwassers schnell, sicher und wirtschaftlich tragbar mittels Ozon erreichen. Ozon ist in der Lage Mn 2+ zu Mn 7+ zu oxydieren. Die Reaktion läßt sich nach Gleichung (II) anschreiben: (11) 2 Mn 2+ + 5 0 3 + 3 H 2 0 m 2 MnO 4- + 5 0 2 + 6 H+ Würde man stöchiometrisch alles in einem Wasser vorliegende Mn 2+ mit Ozon zu Mn 7+ -umsetzen, wäre anschließend der Einsatz eines Reduktionsmittels zur Bildung des Fällungsproduktes, Mangan-IV-Oxyhydrat, notwendig, um letztlich dieses im Bett eines Filters abzuschneiden, d.h. vom Wasser trennen zu können. Erfindungsgemäß ist jedoch nur die Ozon-Behandlung eines gewissen Teilstromes des manganhaltigen Wassers notwendig, und zwar entsprechend der vorangeführten Gleichung (II). Die nach der Ozon-Behandlung im Wasserteilstrom vorliegende Menge an Kn 4+ muß allerdings so bemessen sein, daß sie äquivalent der Menge an Mn-II-Ionan den zweiten Wasserteilstromes ist, damit in diesem die Umsetzung entsprechend Gleichung (I) ablaufen kann, d.h. es im gesamten Waseerstrom zur Bildung filtrierbaren Mangan-IV-Oxyhydrats kommt. Da die Reaktionen nach Gleichung (I) und (II) bei richtig gewählter Verfahrenstechnik momentan a-blaufen, ist eine wirtschaftliche Arbeitsweise garantiert.
• Das Verfahren erlaubt sowohl die Einsparung großer, offener Belüftungsbehälter, wie auch die Einsparung von alkalischen Fällungs-.und/oder Filtermaterialien, was insbesondere für die Getränkeindustrie von großer Bedeutung ist. Es schaltet ferner die Zuführung großer Luftmengen aus, die vielfach zu Schwierigkeiten in bakteriologischer und kotrosionschemischer Hinsicht führen. Bei Einhaltung eines gewissen Überschusses an O±on im ersten Wasserteilstrom lassen sich sogar die bakteriologischen Verhältnisse wesentlich verbessern. Durch Anwendung eines hochkonzentrierten Ozon-Luft-Gemisches kann die chemische Umsetzung wie auch die Entgasung in einem völlig'geschlossenen System erfolgen, wobei 0einerlei Ozon-Verluste auftreten und ein Wirkungsgrad von prakt. 1,0 erreicht wird. Zur Durchführung des Verfahrens werden demzufolge Anlagenteile benötigt, die gegenüber den bisher bekannten einen geringen Platzbedarf besitzen, weniger kostspielig und wartungsbedürftig sind. Beispiel Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand des nachfolgenden praktischen Anwendungsbeispieles und der Abbildung beschrieben:

  Aufzubereitende Wassermenge 20 m 3 /h

  Mangangehalt des Wassers 1 g/m 3

  Gesamtmanganmenge 20 g/h

  Der in der Leitung A fließende, manganhaltige Hauptwasserstrom von 20 m 3 /h wird an Punkt B dieser Leitung in zwei Wasserteilströme von 8 und 12 m 3 /h aufgeteilt. Der erste Teilstrom mit 8 m 3 /h, der 1 g Mn 2+ /m 3 , d.h. insgesamt 8 g Mn 2+ /h beinhaltet, führt über die Leitung C zur Druckerhöhungspumpe D' von dort zum Injelktor E und letztlich über die Leitung F zum Vermischungspunkt G. Zur chemischen Umsetzung des im ersten Teilstrom vorhandenen Mn 2+ mit 8 g/h ist eine Ozon-Menge von ca.
• 18 g/h (Mn 2+ - 0 3 - 1:2,18) erforderlich. Diese Ozonmenge entnimmt der Injektor E dem Ozon-Aggregat H und im Diffusor desselben findet die innige Vermischung des Ozongases mit dem manganhaltigen Wasserteilstrom statt, es kommt hier praktisch zur Auslösung der chemischen Reaktionen entsprechend Gleichung II. In der Leitung F fließt demnach Wasser mit einem Anteil von ca. 2,25 g MnO 4- /m 3 18 8 Mno 4 /h, das letztlich zum Vermischungspunkt G gelangt.
• Der zweite Waiserteilstrom mit 12 m 3 Ih, der ebenfalls 1 g Mn 2+ /m 3. enthült, das --ind 12 g Mn 2+ Ih, strömt innerhalb der Leitung K, welche erweitert und als Impfstelle ausgebildet ist, dem Vermi-3chungspunkt 0 zu. Die im zweiten Teilstrom vorliegende'Nenge von 2 + - - 4+ 12 g Mri /h e.,fordert zur Oxydation zu Kn ca. 18 g KnO 4 Vh (Nn 2+ 1.2,16), die wie oben beschrieben vom ersten Wasserte4-Isti.#jL,u zum Vermlischungspunkt G angeliefert wird. Im erweiterten -.Jes Vermischungspunktes G vereinigen sich beide !4a5sers#,-röme und es kommt hier zur chemischen Umsetzung eni.sprechend Cleichung 1.
• Die Leitung !,- führt endlich zu einer Filteranlage X, die die Abtrennung de, chemisch gebildeten Fällungsproduktes MnO*(OH) 2 vorm,. Waaser a;i beispielsweise monokristall. Quarzkies übernimmt. Um bei einem Siskontinuierlichen Betrieb Reaktionaverzögerungen zu vermeiden, kann zwischen dem Impfstück K und dem Schnellfilter N ein 3ehältcr M geschaltet werden. Ein solcher wird sich dann auch immer be94hren, wenn zur Abtötung von Wasserkeimen mit erhöhten Ozon-Überschüssen im ersten Teilstrom gearbeitet worden muß. Der Behälter M kann ferner als Entgaser benutzt worden, wobei die Abführung überschUssiger Gaue Uber das automatische .Entlüftungsventil P erfolgt, so da£ ein völlig geschlossenes System entsteht. Die Leitung Q kennzeichnet den Ablauf des m4nganfreien Filtrats.
• Enthält das zu reinigende Wasser neben Mangan auch zweiwertiges Eisen, so ist durch eine entsprechende volumetrische Einstellung der Wasserteilströme auch eine stöchiometrische Umsetzung des letztgenannten Schwermetall-Ions, im sauren Milieu nach Gleichung III möglich: 2+ + 3 + (111) 10 Fe + 2 KnO 4 + 16 11 10 Fe 2 0- Z Das sich hierbei bildende V.ii wird durch i#e 17. n n ;7- 2 r s ch 113 sofort wieder zu KnO 4 umgesetzt.

Claims (2)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Entmanganung von natürlichem Wasser leicht alkalischer bis leicht saurer Reaktion, dadurch gekennzeichnet, daß der manganhaltige Wasserstrom (Hauptstrom) in zwei Wasserteilströme aufgeteilt und in einem dieser Teilströme durch den Zusatz von Ozon die Umsetzung von Kn 2+ zu Mn 7+ erreicht wird, worauf beide Teilströme unter Bildung von Mangan-IV-Oxyhydrat wieder vereint werden.
2. 2. Verfahren nach Ansprucb 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilströme so gewählt werden, daß die Umsetzungen von Mn 2+ zu Kn 7+ und zu Mn 4+ stöchiometrisch erfolgen. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilströme so gewählt werden, daß bei Vorhandensein von Fe 2+ diesei stöchiometrisch zu Fe 3- umgesetzt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtötung von Wasserkeimen im mit Ozon behandelten Teilstrom mit Überschüssen von etwa 0,1 bis 0,2 g 0 3 /m 3 Wasser gearbeitet wird. 5. Verfaheen nach den Ansprüchen 1 4, d-,idurch gekannzeichnet, daß die Behandlung völlig gecr,1,i.I.ossenen Systems erfolgt. iiach den AnsprUchen 1 5, d,--##durch gel-enndaß die Wiedervereing.guirig Icu W 9 e ra t r örm e innei:halb eines erweitert-en delte-a leilstrc>2,Pes be-Te.i1.st-rom in di,eses umkbehaadelten Teil#nri-)mees E,>i.z-i#t'i"i'l.',"'l##-la DurchfÜhtung deS den All- 6, aus 2 zuz Haupr#"ti,#cm #CUM1 I "e, (14 b Z w #v JL, Gzoniquelle UU 4 n