Мn(ОН)4+Мn (ОН) 2 → Mn203 + ЗН20,

2Мn203 + 02 + 8Н20 → Mn(ОН)4

Таким образом, в результате снова образуется гидроксид марганца (IV), который опять участвует в процессе окисления в качестве катализатора. Использование этого свойства оксидов марганца дало возможность применить в практике кондиционирования воды метод ее фильтрования через песок, зерна которого предварительно покрыты пленкой оксида марганца (так называемый «черный песок»). Для этого обычный кварцевый песок крупностью 0,5 . 1,2 мм обрабатывают последовательно 0,5%-ным раствором хлорида марганца и перманганата калия.

При использовании такой загрузки фильтров окисление марганца растворенным в воде кислородом воздуха возможно осуществить при значениях рН, значительно меньших, чем обычно (рН>7,5).

В практике водоподготовки за рубежом в качестве катализатора окисления марганца кислородом воздуха или хлором получили распространение соли меди, медно-никелевые сплавы.

Деманганация воды перманганатом калия. Основана на его способности окислять марганец (II) с образованием малорастворимого оксида марганца:

вода марганец деманганация

ЗМn2+ + 2МnО4- + 2Н20 → 5Мn02 + 4Н+

Очень важным аспектом применения перманганата калия для очистки воды от марганца является образование дисперсного осадка оксида марганца Мп02, 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. Кроме того, осадок оксида марганца, как это указывалось выше, обладает каталитическими свойствами по отношению к процессу окисления иона марганца (II) кислородом воздуха.

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 частицы гидроксида марганца Мп(ОН)4 в интервале рН=5 .11 имеют заряд, противоположный зарядам коллоидов коагулянтов Fe(OH)3 и А1(0Н)3, поэтому добавление перманганата калия к воде интенсифицирует процесс коагуляции. Таким образом, пермангаиат 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.

Эксперименты показали, что максимальное снижение концентрации марганца(II) в воде (до 97%) достигается при обработке воды перманганатом калия дозой 2 мг КМп04 на I мг марганца(II) с дальнейшим добавлением коагулянта для удаления продуктов окисления и взвешенных веществ. Остаточное содержание марганца в воде при этом не превышало 0,1 мг/л, а после фильтрования воды на песчаных фильтрах она практически не содержала ионов марганца (II), одновременно наблюдалось полное удаление железа.

В настоящее время разработана технология применения перманганата калия для удаления марганца, а также привкусов и запахов воды в промышленном производстве. Достоинством этого метода является возможность использования его на уже действующих сооружениях очистки без изменения существующей технологической схемы.

На фильтровальных комплексах очистки воды из поверхностных источников раствор перманганат калия вводится в воду до коагулирования в смеситель или на насосной станции I подъема. При удалении марганца из подземных вод для увеличения фильтроцикла одновременно с раствором КМп04 в обрабатываемую воду рекомендуется вводить активированную кремнекислоту в количестве 3 .4 мг/л или флокулянт К-4. В этом случае укрупняются хлопья образующихся при окислении соединений марганца(IV), которые медленнее проникают в фильтрующую загрузку.

Деманганация воды фильтрованием через модифицированную загрузку. Метод фильтрования аэрированной воды через загрузку, обработанную оксидами марганца, имеет недостаток, заключающийся в постепенном измельчении частиц, образующих покрытие зерен загрузки, и проскоке их в фильтрат. Попытки исправить этот недостаток заключались в растворении этих частиц до того, как они обретали способность проскакивать в фильтрат, что усложняет процесс очистки воды. Другим недостатком деманганации фильтрованием через «черный песок» является значительный расход перманганата калия. Для исключения указанных недостатков в МГСУ (Г. И. Николадзе, А. И. Назаров и др.) был запатентован метод деманганации воды фильтрованием через модифицированную загрузку, приготавливаемую последовательным пропуском снизу вверх через кварцевый песок растворов железного купороса и перманганата калия, что позволяет достичь экономики последнего. Для закрепления образующей пленки из гидроксида железа и оксида марганца на зернах фильтрующей загрузки последнюю затем дополнительно обрабатывают тринатрийфосфатом или сульфитом натрия. Обрабатываемая вода фильтруется сверху вниз со скоростью 8 . 10 м/ч. Производственные испытания указанного метода подтвердили его универсальность и высокие технико-экономические показатели.

Очистка воды, от марганца с использованием сильных окислителей. Скорость окисления ионов марганца (II) хлором, озоном, оксидом хлора зависит от величины рН среды. Хлор — сильный окислитель, однако эффект окисления им марганца может быть достаточно полным при значениях рН=8 .8,5, что чаще всего требует подщелачивания воды. На окисление 1 мг Mn(II) в Mn(IV) требуется 1,3 мг хлора. Экспериментальные исследования показали, что хлор окисляет марганец(II) при рН=7 за 60 . 90 мин всего на 50%. В отсутствии ионов NH4+ при рН=8 окисление марганца (II) хлором за 60 . 90 мин завершается полностью, остаточное содержание марганца в воде составляет 0,05 . 0,1 мг/л. Остаточное содержание марганца (И) в воде, подвергнутой хлорированию и фильтрованию, через 60 мин при исходной концентрации марганца 10 мг/л составило: при рН воды — 9 . 5,0 мг/л; при рН=9,45 ~ .1,3 мг/л; при рН=10 — менее 0,02 мг/л, т. е. эффект окисления хлором был намного ниже эффекта окисления кислородом воздуха в присутствии катализатора. Окисление марганца (II) озоном или оксидом хлора(IV) при рН=6,5 .7,0 завершается в течение 10 .15 мин, при этом расход озона составляет 1,45, а оксида хлора(^) — 1,35 мг/мг марганца(П).

Исследования А. И. Назарова показали, что слабый окислитель (кислород) в присутствии более сильного (хлора) активизируется. Это позволило разработать технологию деманганации воды, сущность которой сводится к глубокой аэрации воды, что влечет за собой повышение рН, обогащение воды кислородом воздуха, окисление железа(II) с образованием гидроксида. Затем в «водяную подушку» фильтра вводится хлор, воздействующий как окислитель и как катализатор окислительного действия растворенного кислорода. В результате в поровом пространстве фильтрующей загрузки формируется гидроксид железа (III), на поверхности которого адсорбируется, а затем окисляется марганец (II). Образующийся оксид марганца (IV) также катализирует процесс окисления марганца(II).