К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию, окисление и восстановление. Все эти методы связаны с расходом различных реагентов, поэтому дороги. Их применяют для удаления растворимых веществ и в замкнутых системах водоснабжения. Химическую очистку проводят иногда как предварительную перед биологической очисткой или после нее как метод до очистки сточных вод.

Во многих отраслях промышленности перерабатывают или применяют различные соединения ртути, хрома, кадмия, цинка, свинца, меди, никеля, мышьяка и другие вещества, что ведет к загрязнению ими сточных вод. Для удаления этих веществ из сточных вод в настоящее время наиболее распространены реагентные методы очистки, сущность которых заключается в переводе растворимых в воде веществ в нерастворимые при добавлении различных реагентов с последующим отделением их от воды в виде осадков. Недостатком реагентных методов очистки является безвозвратная потеря ценных веществ с осадками.

Соединения марганца со­держатся в сточной воде металлургических, машиностроительных и химических производств. При концентрации марганца более 0,05 мг/л вода окрашивается в темный цвет. Некоторые производства предъяв­ляют жесткие требования к содержанию марганца в воде (бумажная, текстильная, кинокопировальная, синтетических волокон, пластмасс).

Удаление из воды марганца может быть достигнуто следующими Методами: 1) обработкой воды перманганатом калия; 2) аэрацией, совмещенной с известкованием; 3) фильтрованием воды через мар ганцевый песок или марганцевый катионит; 4) окислением озоном хлором или диоксидом хлора.

При обработке воды перманганатом калия достигается одновременная очистка от марганца и от железа. Перманганат калия окисля­ют с образованием малорастворимого диоксида марганца:

ЗМп²⁺ + 2MnО^4- + 2Н₂0 →5Mn0₂↓ + 4Н⁺.       

В этом процессе 1 кг КMn0₄ окисляет 0,53 мг Mn²⁺. Наибольший эффект достигается при обработке воды дозой 2 мг КMn04 на 1 мг. Осадок диоксида марганца удаляют фильтрованием.

Удаление марганца аэрацией с подщелачиванием воды применя­ют при одновременном присутствии в ней марганца и железа. При аэрации воды удаляется часть диоксида углерода и происходит ее насыщение кислородом воздуха. При удалении СО₂ возрастает рН сточной воды, что способствует ускорению процессов окисления и гидролиза железа и частично марганца с образованием гидроксидов.

Двухвалентный марганец медленно окисляется в трех- и четы­рехвалентный растворенным в воде кислородом. Окисление марган­ца происходит при рН = 9-9,5. Образующийся гидроксид марганца выпадает в осадок в виде Mn(ОН)₃ и Mn(ОН)₄. Растворимость этих соединений 0,01 мг/л, образующийся Mn(ОН)₄ снова участвует в процессе, являясь катализатором окисления марганца.

При рН = 9,5 марганец удаляется почти полностью, при рН<7,5 кислородом воздуха он почти не окисляется. Для ускорения процес­са окисления марганца воду после аэрации до подачи на фильтры подщелачивают известью или содой для повышения рН, затем ос­ветляют в осветлителях или отстойниках. Процесс окисления Mn²⁺ резко ускоряется, если аэрированную воду фильтруют через контакт­ный фильтр, загруженный дробленым пиролюзитом (Mn0₂ Н₂0), либо кварцевым песком, предварительно обработанным оксидами мар­ганца.

Двухвалентный марганец может быть удален из воды в про­цессе окисления его хлором, озоном или диоксидом хлора. При подщелачивании известью до рН = 8 Mn окисляется практически полностью. Расход С12 на окисление 1 кг Mn составляет 1,3 мг. При наличии в воде ам­монийных солей расход хлора увеличивается.

Диоксид хлора и озон при рН = 6,5-7 окисляют Mn²⁺ за 10-15 минут. На окисление 1 мг Mn2+ расходуется 1,35 мг СlО₂ или 1,45 мг О₃. Однако применение этих окислителей требует строительства слож­ных установок, поэтому их практически не используют.

Марганец может быть удален из воды биохимическим окислени­ем. Процесс проводят следующим образом. На песке фильтра высеи­вают особый вид марганецпотребляющих бактерий, которые в про­цессе своей жизнедеятельности поглощают из воды марганец. Отми­рающие бактерии образуют на зернах песка пористую массу с высо­ким содержанием оксида марганца, который служит катализатором процесса окисления.

Я выбрала обработку сточных вод перманганатом калия по формуле:

3 Mn²⁺ + 2 MnO₄ + 2H₂O → MnO₂↓ + 4H⁺

Как наиболее эффективный и технологически простой метод удаления марганца из сточных вод в настоящее время.

Очень важным аспектом применения перманганата калия для очистки воды от марганца является образование дисперсного осадка оксида марганца MnO2, который, имея большую удельную поверхность порядка 300 м2/г, является эффективным сорбентом. При обработке воды перманганатом калия снижение привкусов и запахов происходит также вследствие частичной сорбции органических соединений образующимся мелкодисперсным хлопьевидным осадком гидроксида марганца. Таким образом, применение перманганата калия дает возможность удалить из воды, как марганец, так и железо независимо от форм их содержания в воде. В водах с повышенным содержанием органических веществ железо и марганец образуют устойчивые органические соединения (комплексы), медленно и трудно удаляемые при обычной обработке хлором и коагулянтом. Применение перманганата калия, сильного окислителя, позволяет разрушить эти комплексы с дальнейшим окислением ионов марганца (II) и железа (II) и коагуляцией продуктов окисления. Кроме того, коллоидные частички гидроксида марганца Mn(OH)4 в интервале рН=5….11 имеют заряд, противоположный зарядам коллоидов коагулянтов Fe(OH)3 и Al(OH)3, таким образом добавление перманганата калия воде интенсифицирует процесс коагуляции.
Поэтому считаю целесообразным начать процесс очистки от химического загрязнения на этапе очищения сточных вод от мелкодисперсных взвешенных веществ в процессе коагуляции.

Таким образом, перманганат калия, оказывая совокупное действие как окислителя, сорбента и вспомогательного средства коагуляции, является высокоэффективным реагентом для очистки воды от целого ряда загрязнений, в том числе и от марганца.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

горизонтальная песколовка→горизонтальный отстойник® перегородчатый смеситель® осветлитель коридорный®фильтр с плавающей загрузкой

Технологическая схема

1 – горизонтальная песколовка

2 - горизонтальный отстойник

3 – смеситель перегородчатый

4 – осветлитель коридорный

5 – фильтр с плавающей загрузкой

6 – резервуар очищенной воды

7 – растворный бак

8 – расходный бак