Udfordringer til fjernelse af mangan
Looking at specifications for a project earlier that had very tight targets for iron and manganese (combined target of >0,06 mg/L), men der var ingen pilotdata til at understøtte, at disse mål var opnåelige. Tilbudsgivere skulle garantere, at disse grænser ville blive opfyldt af det specificerede trykfiltersystem med Greensand Plus-medier.
Da der var pushback i at garantere systemets ydeevne (som ingeniøren havde designet) uden nogen forudgående test for at vise, at dette var opnåeligt, var svaret fra ingeniøren, at der var andre Greensand Plus-filtre i nærliggende anlæg, der nåede disse niveauer, så der skulle ikke være nogen problemer med at yde garantien.
I bund og grund betyder dette, at udførelsen af en behandlingsproces på én vandkilde skal forventes på et helt andet kildevand uden at tage hensyn til vandkvaliteten af de to kilder. Mens jern er relativt nemt at fjerne, er mangan en helt anden. Mens mangan kan være let at fjerne på én vandkilde, kan det være meget svært at fjerne på en anden.
I kapitel 3 i AWWA 'Iron and Manganese Removal Handbook, Second Edition' er følgende udtalelser:
Oxidation af Fe og Mn: Mangandioxid (mangan i oxideret form) danner en langt finere flok (end jernhydroxid), til tider så fin, at et granulært mediefilter ikke vil fjerne det.
Organisk kompleksdannelse af Fe og Mn: Operatører, der oplever problemer med at fjerne Fe og Mn (især Mn) har afsløret nogle almindelige faktorer:
o Et niveau af organisk kulstof (TOC) over 2 mg/L
o Et vist niveau af ammoniak eller svovlbrinte i fødevandet
Metoder til fjernelse af adsorption: Mangan fjernes bedst ved adsorption på et mangandioxidmedie som Greensand Plus eller Pyrolusite.
Jern fjernes bedst ved udfældning/filtrering, fordi jernadsorption blænder mediet. Derfor, når begge er til stede, er den bedste anvendte proces en kombination af jernoxidation/filtrering og manganadsorption.
Videre til det sidste punkt tager oxidation af mangan meget længere tid end jern, hvor man ser på fra sekunder til et minut for jern og op til op til 30 minutter eller længere for mangan. Derfor kan man i et filtersystem, hvor en oxidant doseres i tilførselsrøret til filtrene, have tilstrækkelig tid i rørene og plads i filtrene over mediet til jernoxidation (et par minutter), samtidig med at adsorptionsfjernelse af manganet tillades.
I AWWA's Opflow i december 2021 med titlen "Evaluate and Optimize Manganese Treatment", forklarer, at formen og niveauerne af mangan kan variere betydeligt mellem brøndene.
Alle manganfjernelsesmetoder beskrevet i denne artikel er baseret på sorption til filtermediet. Derfor skal betingelserne optimeres for sorptionsmekanismen på manganoxidbelagte medier, herunder at sikre, at der er en fri oxidantrest for at give en kontinuerligt regenereret adsorptiv overflade. pH-værdien påvirker også Mn-reaktionskinetikken med pH-værdier over 7,0 mere gunstig.
Som nævnt ovenfor skaber TOC, ammoniak og H2S et chlorbehov, som påvirker det tilgængelige klor til at oxidere Fe og regenerere filtermediet til Mn-adsorption. Fordi jernoxidationsreaktionen er meget hurtigere sammenlignet med TOC, får man typisk jernoxidation i nærvær af TOC, så længe jernet ikke er organisk bundet til TOC. Når ammoniak og H2S er til stede, kan man have brug for en højere klordosis for at overvinde efterspørgslen fra disse forbindelser og give tilstrækkelig jernoxidation.
Selvom man ikke forsøger at fjerne mangan ved oxidation/filtrering, har man stadig brug for en fri oxidantrest for at holde mangandioxidmediet regenereret, så det adsorberer manganet. Derfor kan et vand med et højt chlorbehov påvirke mediets evne til at adsorbere mangan. Hvis ammoniak er til stede, kan kaliumpermanganat være en god mulighed frem for klor som oxidationsmiddel, fordi det ikke reagerer med ammoniakken.
Hvis jern og/eller mangan er kompleksbundet med organiske stoffer, kan oxidationsprocessen blive væsentligt påvirket. Som minimum vil en højere oxidationsdosis og længere oxidationstid være påkrævet, og hvis dette virker, kan man stadig skabe endnu et problem med dannelsen af desinfektionsbiprodukter. Koagulering kan være en bedre mulighed for at fjerne organisk bundet mangan og muligvis også jern.
Så klart er kemien til fjernelse af jern og især mangan ikke enkel, og man kan ikke antage, at hvis Fe- og Mn-niveauerne på en vandkilde ligner en anden vandkilde, at en bestemt behandlingsteknologi vil fungere lige meget på begge. Andre bestanddele i vandkildens virkningsfjernelse skal tages i betragtning, og ideelt set bør der udføres bænk- og/eller pilottest for at bekræfte effektiviteten af en foreslået behandlingsproces.
