DE1517542B2 - Verfahren und anlage zur entmanganung von wasser - Google Patents

Description

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 Mn²⁺ in saurer bis neutraler Lösung größer ist als die minimale Oxydationskraft des hierin molekular gelösten Sauerstoffs, findet nur schlecht eine chemische Umsetzung zu Mn⁴⁺ statt, d. L· es kommt unter diesen Bedingungen kaum zur Bildung und Ausfällung von Mangan-IV-Oxyhydrat. Erst wenn durch eine Alkalisierung die vorhandenen Mri-II-Ioneh vermindert werden, wird das Reduktionspotential so klein, daß Luftsauerstoff die Oxydation zu Mangan-IV-Oxy- *5 hydrat 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 mindestens 7,8. -....·

Besitzt ein manganhaltiges Wasser bei neutraler Reaktion eine genügend hohe Karbonathärte (über 10° dKH), so kann durch den Zusatz von Permanganat die Oxydation von Mn²⁺ zu Mn⁴⁺ nach Gleichung (I) erreicht werdenl : ,

3Mn²⁺ + 2 MnO₄- + 5 (x + 2) H₂O

■= 5 (MnO₂ · .XH₂O) + 4H⁺ + 8 H₂O-(I)

Die sich nach dieser Gleichung unter anderem bildenden Wasserstoff-Ionen werden von der Karbonathärte »aufgefangen«, 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 ^6s Talsperrenwässer, beinhalten meist Schutzkolloide, so daß es hier bei einer Alkalisierung zu unerwünschten Nebenreaktionen kommt (Humat-Bildung), die die eventuell weiter notwendig werdenden Reinigungsgänge stören und die Entmanganung 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 Einsätz alkalischer Filtermaterialien- wie halbgebrannten Dolomit, ausschließt. . -

Es sind schon Verfahren bekannt, nach denen Wasser zur Entfernung von Schwermetäll-Ionen mit Ozon behandelt werden. Dabei werden die vorhandenen Mangan-II-Ionen durch das Ozon zur höchsten Wertigkeitsstufe zu Mangan-VII-Ionen oxydiert. Die Reaktion läßt sich nach der Gleichung (II) anschreiben:

2 Mn²⁺ + 5 O₃ + 3 H₂O

= 2 MnO₄- + 5 O₂ + 6 H+ (II)

Da sich die Mangan-VII-Ionen nicht oder nur unvollkommen von den herkömmlichen Filtern, beispielsweise Quarzkiesfiltern, zurückhalten lassen, werden in einem getrennten Vorgang die Mangan-VII-Ionen durch Behandlung mit Kohle in die filtrierbaren Mangan-IV-Ionen (MnO₂) reduziert (Britische Patent-Schrift 8 88 784).

Aus der österreichischen Patentschrift 2 07 774 ist auch ein Verfahren zur Reinigung von Wasser mittels Ozon bekannt, bei welchem man von dem Hauptstrom einen kleineren Teilstrom abzweigt, diesen ozonisiert und den hochkonzentrierten Ozon-Teilstrom wieder in den Hauptstrom einführt. Auch bei diesem Verfahren werden die gesamten im Wasser vorhandenen Mangan-II-Ionen zu Mangan-VII-Ionen oxydiert und es ist anschließend eine Reduktion der Mangan-VII-Ionen zur Bildung des Fällungsprodüktes Mangan-IV-Oxyhydrat erforderlich, um dieses im Bett eines Filters abzuscheiden, d. h. vom Wasser trennen zu können.

Nach der vorliegenden Erfindung wurde nun ein Verfahren zur . Reinigung von natürlichem Wasser leicht alkalischer bis leicht saurer Reaktion unter Aufteilung des Wassers in 2 Teilströme und Behandlung eines Teilstroms mit Ozon gefunden, dadurch gekennzeichnet, daß man einen .Teilstrom mit der zur Umsetzung der Mangan-II-Ionen zu Mangan-VII-Ionen erforderlichen^ stöchiometrischen Menge Ozon versetzt, dann beide Teilströme die so gewählt werden, daß eine stöchiometrische Umsetzung der Mangan-VII-Ionen des einen Teilstroms mit den Mängan-II-Ionen des anderen Teilstroms zu der leicht filtrierbaren Mangan-IV-Oxyhydrat-Form erfolgt wieder vereint.

Erfindungsgemäß kann das leicht filtrierbare Mangan-IV-Oxyhydrat sofort durch Filtration über einen Quarzkiesfilter abgetrennt werden, ohne daß eine Nachbehandlung des Wassers zur Reduktion von Mangan-VII-Ionen zu Mangan-IV-Ionen erfolgen muß, wie dies bei den bekannten Verfahren der Fall ist.

Da die Reaktion nach Gleichung (I) und (II) bei richtig gewählter Verfahrenstechnik momentan ablaufen, 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 korrosionschemischer Hinsicht führen. Bei Einhältung eines gewissen Überschusses an Ozon im ersten Wasserteil-

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strom lassen sich sogar die bakteriologischen Verhält- Der zweite Wasserteilstrom mit 12 m³/h, der eben* nisse wesentlich verbessern. Durch Anwendung eines falls 1 g Mn²⁺/m³ enthält, das sind 12 g Mn²⁺/h, strömt hochkonzentrierten Ozon-Luft-Gemisches kann die innerhalb der Leitung K, welche erweitert und als chemische Umsetzung wie auch die Entgasung in Impfstelle ausgebildet ist, dem Vermischungspunkt G einem völlig geschlossenen System erfolgen, wobei 5 zu. Die im zweiten Teilstrom vorliegende Menge von keinerlei Ozon-Verluste auftreten und ein Wirkungs- 12 g Mn²⁺/h erfordert zur Oxydation zu Mn⁴+ etwa grad von praktisch 1,0 erreicht wird. Zur Durchfüh- 18 g MnO₄-/h (Mn²+:MnO₄- = 1:2,16), die wie oben rung des Verfahrens werden demzufolge Anlagenteile beschrieben vom ersten Wasserteilstrom zum Verbenötigt, die gegenüber den bisher bekannten einen mischungspunkt G angeliefert wird. Im erweiterten geringen Platzbedarf besitzen, weniger kostspielig und io Rohrstück des Vermischungspunktes G vereinigen sich wartungsbedürftig sind. . beide Wasserströme und es kommt hier zur chemischen

. . Umsetzung entsprechend Gleichung I.
^Beispiel Die Leitung L führt endlich zu einer Filteranlage M, Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand des die die Abtrennung des chemisch gebildeten Fällungsnachfolgenden praktischen Anwendungsbeispiels und »5 produktes MnO · (OH)₂ vom Wasser an beispielsweise der Abbildung beschrieben: monokristall. Quarzkies übernimmt. Um bei einem

Aufzubereitende Wassermenge 20 m³/h diskontinuierlichen Betrieb Reaktionsverzögerungen

Mangangehalt des Wassers 1 g/m^{3 zu vermeiden}> ^kann zwischen dem Impfstuck K und

Gesamtmanganmenge '.'.'.'.'.'.'.'. 20 g/h Jm Schnellfilter JV ein Behälter M geschaltet werden.

»ο Em solcher wird sich dann auch immer bewahren,

Der in der Leitung A fließende, manganhaltige wenn zur Abtötung von Wasserkeimen mit erhöhten

Hauptwasserstrom von 20 m³/h wird an Punkt B dieser Ozon-Überschüssen im ersten Teilstrom gearbeitet

Leitung in zwei Wasserteilströme von 8 und 12 m³/h werden muß. Der Behälter M kann ferner als Entgaser

aufgeteilt. Der erste Teilstrom mit 8 m³/h, der 1 g benutzt werden, wobei die Abführung überschüssiger

Mn²+/m³, d. h. insgesamt 8 g Mn²+/h beinhaltet, führt *5 Gase über das automatische Entlüftungsventil P er-

über die Leitung C zur Druckerhöhungspumpe D, folgt, so daß ein völlig geschlossenes System entsteht,

von dort zum Injektor E und letztlich über die Leitung Die Leitung Q kennzeichnet den Ablauf des mangan-

F zum Vermischungspunkt G. Zur chemischen Um- freien Filtrats.

Setzung des im ersten Teilstrom vorhandenen Mn²+ Enthält das zu reinigende Wasser neben Mangan

mit 8 g/h ist eine Ozon-Menge von etwa 18 g/h 3o auch zweiwertiges Eisen, so ist durch eine entsprechende

(Mn²+:O₃ = 1:2,18) erforderlich. Diese Ozonmenge volumetrische Einstellung der Wasserteilströme auch

entnimmt der Injektor E dem Ozon-Aggregat H und eine stöchiometrische Umsetzung des letztgenannten

im Diffusor desselben findet die innige Vermischung Schwermetall-Ions, selbst im sauren Milieu nach

des Ozongases mit dem manganhaltigen Wasserteil- Gleichung III möglich:

strom statt, es kommt hier praktisch zur Auslösung 35 jq p_e2₊ ι 2 MnO - + 16 H⁺

der chemischen Reaktionen entsprechend Gleichung II. _ jq p_e3+⁴ r 2 Mn²+ + 8HO. (III)

Inder Leitung F fließt demnach Wasser mit einem An- ^z

teil von etwa 2,25 g MnO₄-/m³ = 18 g MnO₄-/h, das Das sich hierbei bildende Mn²+ wird durch einen

letztlich zum Vermischungspunkt G gelangt. Ozonüberschuß sofort wieder zu MnO₄- umgesetzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

i O i / O4Z Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entmanganung von natürlichem Wasser leicht alkalischer bis leicht saurer Reaktion unter Aufteilung des Wasserstromes in 2 Teilströme und Behandlung eines Teilstroms mit Ozon, dadurch gekennzeichnet, daß man den einen Teilstrom mit der zur Umsetzung der Mangan-II-Ionen zu Mangan-VII-Ionen erforderlichen stöchiometrischen Menge Ozon versetzt, dann beide Teilströme, die so gewählt werden, daß eine stöchiometrische Umsetzung der Mangan-VII-Ionen des einen Teilstromes mit den Mangan-II-Ionen des anderen Teilstromes zu der leicht filtrierbaren Mangan-IV-Oxyhydrat-Form erfolgt, wieder vereint.

2. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilströme so gewählt werden, daß bei Vorhandensein von Fe²⁺ dieses ao stöchiometrisch zu Fe³- umgesetzt wird.

3. 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 O₃/m³ Wasser gearbeitet wird. '5