Марганец в сточных водах

Марганец – черный металл, который в обычном состоянии имеет серебристо-белый цвет. Усыновлено пять аллотропных модификаций, которые отличаются формой кристаллической решетки – она может быть кубической или тетрагональной. По уровню содержания в среде марганец занимает второе место среди тяжелых металлов, уступая только железу.

С учетом особенностей структуры, а также физико-химических свойств, марганец имеет широкое применение в промышленных отраслях, в том числе металлургии. Как ферромарганец, он используется с целью удаления кислорода и серы. Также вещество активно используют в виде легирующего компонента, повышающего прочностные характеристики стали. Помимо стали посредством марганца дополняют бронзовые и латунные сплавы.

Марганец в воде

Деятельность человека, а также непрерывный рост потребления привели к началу процесса деградации источников пресной воды. В частности, это привело к повышению концентрации соединений марганца и, как следствие, снижению качества поверхностных источников. В некоторых случаях в целях получения более чистой воды приходится обращаться к подземным источникам, состав которых менее подвержен сезонным изменениям и воздействию поверхностных загрязнений. Однако, из-за нарушений формирования подземные воды также могут оказаться непригодными для питьевых нужд.

Это касается и артезианских источников. Даже при высоком очищающем эффекте фильтрационных систем, вода, которая проходит через грунт, часто отличается повышенным процентным содержанием марганца и железа. Нередки случаи, когда концентрация загрязнителей растет и превышает ПДК. Согласно действующим нормам СанПиН, ПДК марганца в питьевой воде составляет 0,1 мг/дм3. Это касается только применения в быту – требования на производствах, в том числе в пищевой отрасли, значительно строже.

Как марганец оказывается в сточных водах?

Риск превышенной концентрации марганца существует не только для пресной воды. Проблема также касается и сточных вод, поступающих в значительных количествах как следствие деятельности многочисленных предприятий. Среди самых распространенных причин попадания металла в стоки можно назвать процессы обогащения марганцевых окисленных руд, производство гальванических элементов и органический синтез. Также к накоплению металла приводит недостаточно эффективная работа водоочистных систем.

Воздействие марганца на организм человека

Определенная концентрация марганца необходима человеческому организму. В среднем его суточное потребление вместе с едой должно составлять 3,7 г, с водой – до 0,064 мг. Недостаток вещества в организме оказывает негативное влияние на работу репродуктивной, слуховой и нервной систем, вызывая сбои в их функционировании. Также это может привести к нарушениям, связанным с процессами формирования скелета.

Превышенное содержание при этом также вредит человеку, оказывая мутагенное действие. Это связано с наличием у марганца ярко выраженных кумулятивных свойств. Он способен накапливаться в разных органах, в том числе печени, почках и поджелудочной железе, и вызывать резкие реакции, связанные с ухудшением общего состояния. Так, у детей большое содержание марганца вызывает нейротоксикоз, у взрослых – нарушения умственной активности. Таким образом, употребление воды, в которой изначально обнаружено большое содержание вещества, возможно только при установке эффективной системы очистки.

Как снизить уровень марганца в воде?

Основной причиной повышенного содержания марганца в воде является способность его соединений растворяться в жидкости. По причине многообразия этих соединений, а также факторов, которые влияют на состав природных вод и их изменчивость, разработать и внедрить универсальный способ их удаления или снижения концентрации сложно. Для достижения результата практикуется объединение всех ныне существующих технологий водоподготовки, что позволяет объединить их преимущества.

Таким образом, при удалении марганца учитывается особенность всех компонентов, а также их текущее состояние. Для выведения ионов марганца изначально двухвалентные частицы окисляются до трех и даже четырехвалентных, после чего в ходе реакции отделяются от жидкости. В рамках проведения таких процедур происходят самопроизвольные процессы, в числе которых адсорбция и каталитическое окисление.

Определение марганца в сточной воде

Распространено несколько методов определения марганца в воде, как сточной, так и природной. Однако, самым популярным и наиболее точным является лабораторное исследование с применением фотометрического метода с персульфатом аммония. Он также называется ПНД Ф. Метод помогает выявить массовую концентрацию марганца, если ее диапазон составляет от 0,005 до 10 мг/дм3. Если уровень металла в пробе больше 5 мг/дм3, ее разбавляют, если меньше 0,05 мг/дм3 – концентрируют.

Для проведения анализа воды на наличие марганца требуются следующие виды оборудования:

• Спектрофотометр.
• Кюветы, толщина поглощающего слоя которых составляет 50 мм.
• Лабораторные весы высокого касса точности.
• Мерные колбы, цилиндры и пипетки.
• ГСО раствора с аттестованным уровнем ионов марганца.

Метод ПНД Ф основан на окислении ионов марганца с целью доведения их до состояния перманганат-ионов. Для этого применяется азотнокислая среда, а на само вещество воздействует персульфат аммония. В качестве катализатора используются ионы серебра. После завершения окисления производится замер оптической плотности окрашенного раствора. С целью устранения воздействия хлорид-ионов, которые могут негативно повлиять на результат исследований, может дополнительно вводиться раствор соли ртути. При их содержании выше 300 мг/дм3 проводится обработка азотной и серной кислотами.

Анализ образцов для дальнейшей градуировки осуществляется по росту концентрации. Чтобы построить градуировочный график, смесь трижды фотометрируется для исключения погрешностей и получения усредненных данных. При построении градуировочной таблицы по оси координат берется значение оптической плотности, по оси абсцисс – показатель массовой концентрации ионов марганца.

Особенности отбора проб

Для отбора и хранения проб используются специальные бутыли, изготавливающиеся из полимерного материала. Их вместимость может составлять 500-1000 см3. Перед тем, как приступать к наполнению емкости, ее необходимо предварительно ополоснуть водой из отбираемого источника. Количество жидкости при этом не должно быть меньше 200 см3. В случае, если пробы не удается проверить в день отбора, для их сохранности применяется консервация.

Способы очистки воды от марганца

Существует несколько способов очистки воды, которые позволяет удалить большую часть марганца, что позволяет вернуть ее к показателям, соответствующим нормам. Все они подразумевают использование специальных фильтров – систем, которые в свою очередь задействуют определенные процессы, направленные на постепенное выведение марганца. К ним относится:

• Аэрация. Это вакуумное очищение воды, сопровождающееся насыщением кислородом с последующей фильтрацией, в рамках которой используется песок или другой материал с сыпучей консистенцией. Основным механизмом выступает эжекционная вакуумная система, которая снабжает кислородом воду.
• Каталитическое окисление. Реализацией метода подразумевает использование гидроксида четырехвалентного марганца, а также растворенного кислорода. Это необходимо для создания нерастворимой формы.
• Метод обратного осмоса. Его лучше использовать для жидкостей, в которых примеси содержатся в больших количествах. Для проведения процесса используется несколько окислителей, включая диоксид и гипохлорит натрия.
• Ионный обмен. Это метод фильтрации с использованием смол. Лучше всего демонстрирует себя, если в воде обнаружено небольшое содержание марганца.

Перечисленные способы успешно применяются и дают результат в случае использования качественного оборудования, а также знания всех тонкостей подготовки и выполнения процедур. Современное оборудование отличается низкими энергозатратами, может работать в непрерывном режиме, а также позволяет избежать использования агрессивных химических реагентов. В итоге очистка способствует улучшению качества воды и подготовит ее к дальнейшим технологическим процессам.

Проведение анализа воды в лаборатории «НОРТЕСТ»

Московская лаборатория «НОРТЕСТ» оснащена всем необходимым для проведения тщательного анализа пробы сточной воды. Использование возможностей нашего испытательного центра позволит получить исчерпывающую информацию о составе образца. Мы работаем с клиентами не только в Москве, но и в Московской области, предоставляя услуги выезда специалистов для отбора образцов. Подобный подход лишний раз подтверждает серьезность намерений нашей лаборатории, касающихся улучшения качества воды в регионе.