Észak-Dakota Állami Egyetem

Publikációk

Felülvizsgált: Tom Scherer, Ph.D., mezőgazdasági mérnök, NDSU Extension

Elérhetőség: Csak az interneten

Amint az esővíz beszivárog a talajba és az alatta lévő kőzetekbe, oldja az ásványi anyagokat, valamint kis mennyiségű vasat és mangánt. Ez az esővíz végül talajvízzé válik.

Oldott vasat és mangánt tartalmazó talajvíz Észak-Dakotában gyakori. A vas és a mangán koncentrációja a talajvízben nagymértékben változhat, a helyi geológiától és a gleccserek által az utolsó jégkorszakban hordozott anyagok összetételétől függően.

Teszteld a vizet

Fontos, hogy a víztisztító rendszer telepítése előtt ellenőrizzék a vizet. A teszt azonosítja a jelenlévő baktériumokat és az ásványi anyagok szintjét. A vizsgálati eredmények értelmezése segít meghatározni, hogy szükség van-e kezelésre, és milyen típusú rendszert vagy rendszereket kell figyelembe venni. A víz rendeltetésszerű felhasználása (csak ivás, ivás és főzés, mosoda vagy minden háztartási használat) szintén segít meghatározni a szükséges kezelés mértékét és a kiválasztandó rendszer típusát.

A vízteszt elemzése és értelmezése információt nyújt a természetben előforduló és az emberi tevékenységből származó anyagokról. A szennyezett vízkészletek kezelését csak átmeneti megoldásnak kell tekinteni. A legjobb megoldás a szennyeződés forrásának eltávolítása és/vagy új vízellátás megszerzése.

Vízvizsgálat vas és mangán számára

A magánvízrendszerekre nem vonatkoznak állami vagy szövetségi ivóvíz-előírások, és a kút tulajdonosán kívül senki más nem teszteli azokat. Ha a háztartási vizet évente tesztelik, megkapja a vízkezeléssel kapcsolatos megfelelő döntések meghozatalához szükséges információkat. Az Egyesült Államok által meghatározott másodlagos ivóvíz-szabvány A Környezetvédelmi Ügynökség (EPA) vas és mangán esetében 0,3 mg/l, illetve 0,05 mg/l.

A vízben lévő vas és mangán vizsgálatának szükségessége nem olyan kritikus, mint más típusú szennyező anyagok esetében, amelyek egészségügyi problémákat okozhatnak. Valójában mindkét elem alacsony szintje fontos az egészség megőrzéséhez.

A vas és a mangán nem jelent problémát a háztartási vízben, amíg az érzékek által észlelhetővé nem válnak. A probléma számszerűsítéséhez a vas és a mangán laboratóriumi elemzéseire volt szükség.

A vas- és mangánmintavétel előtt hitelesített laboratóriummal kell konzultálni. A tanúsított laboratóriumok aktuális listája elérhető az NDSU WQ1341 kiadványában, „Ivóvízminőség: Az eredmények tesztelése és értelmezése” elérhető.

A laboratórium munkatársai ajánlanak egy mintavételi eljárást, amely pontos becslést nyújt a forrásvízben oldott vas és mangán mennyiségéről.

A vízmintát a kút közvetlen közelében vagy közvetlenül a csapból kell venni. Hagyja a vizet 15 percig futni a mintavétel előtt, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a vizet a víztartóból húzza. Ha házában vannak fémcsövek vagy horganyzott nyomástartály, akkor a házon belül további mintát kell benyújtani.

A vas és a mangán által okozott problémák a háztartási vízben

Sem az ivóvízben lévő vas, sem a mangán nem jelent veszélyt az egész népességre. Mindazonáltal a lakosság kis százaléka érintett lehet, ha a szervezetben a vas feleslegében szenved (hemochromatosis).

A nagyon alacsony vas és mangán hozzájárulhat a kellemetlen ízhez, foltokhoz és ásványi anyagok felhalmozódásához az otthoni vízrendszerekben (1. kép). Látható problémákat tapasztalhatunk, ha az oldott vas mennyisége meghaladja a 0,2 milligramm/liter értéket (ugyanaz, mint a millió rész), és ha az oldott mangán meghaladja a körülbelül 0,05 milligramm/liter mennyiséget.

1. kép. Vasfoltok a WC-tartályban. (Thomas Scherer, NDSU)

A kútvízben a vas és a mangán koncentrációja általában nem haladja meg a 10 mg/l, illetve a 2 mg/l értéket. A vas és a mangán magasabb koncentrációja ritka.

Mivel a vas és a mangán kémiailag hasonló, hasonló problémákat okoznak. A vas vörösesbarna foltokat okoz a ruhaneműkben, mosogatókban, WC-kben, kádakban, edényekben, edényekben, sőt üvegárukban is. A mangán hasonló módon viselkedik, de barnásfekete foltot okoz. A szappanok és mosószerek nem távolítják el ezeket a foltokat, és klór fehérítő és alkáli építők (például nátrium-karbonát) használata fokozhatja a foltokat.

A csővezetékekben, a nyomástartó tartályokban, a vízmelegítőkben és a vízlágyítókban vas- és mangánlerakódások épülnek fel. Ez csökkenti a vízellátás rendelkezésre álló mennyiségét és nyomását. A vas- és mangánfelhalmozódás gazdasági problémává válik, amikor a vízellátó vagy lágyító berendezéseket ki kell cserélni. Ezek a felhalmozódások az ehhez kapcsolódó megnövekedett energiaköltségeket is eredményezik, például a víz szivattyúzása megszorult csöveken keresztül vagy a víz fűtése vas vagy mangán ásványokkal bevont fűtőrudak segítségével.

Vas és mangán forrásai

A vas és a mangán bizonyos kőzetekkel és ásványi anyagokkal, és esetenként mesterséges anyagokkal, például vas- és acélcsövekkel érintkezve koncentrálódik a vízben. Minél hosszabb az érintkezési idő a kőzetekkel és az ásványi anyagokkal, annál magasabb a koncentráció szintje. A talajvíz-ellátás általában a magas vas- és mangánszint kezelését igényli.

Levegőnek kitéve a vas és a mangán nagyon reaktív és gyorsan lebomlik. Ezért nem találja őket patakokban vagy folyókban; oxigénnel reagálva részecskéket képeznek, és a patak aljára hullanak (kicsapódnak).

A talajvíz reagál az oxigénnel, ha a kút felszínére kerül, és ekkor látható vörös/barna/fekete részecskékké alakul át, és otthonának csövén keresztül mozog.

Gyakran a vas és a mangán tartalmú vízben hidrogén-szulfid is van (amelyet korhadt tojásszag jelez). Ha a hidrogén-szulfid kis mennyiségben van jelen, azt gyakran kimutatják, miután kémiai változáson megy keresztül a melegvíz-melegítőben.

Vas baktériumok

Egyes baktériumtípusok energiájukat a vízben oldott vas és mangán formáival táplálják. Bár ezek a baktériumok nem okoznak egészségügyi problémákat az emberek számára, barna (vas) vagy fekete-barna (mangán) nyálkás anyagot termelnek víztartályokban, WC-tartályokban vagy más helyeken, ahol a víz áll. A „kellemetlen” szag mellett a kocsonyás anyag eltömítheti a víz- és vízkezelő berendezéseket, a festés pedig koncentrációja miatt kifejezettebb.

Ha vasbaktériumokat észlel a ház bármely víztestében, akkor valószínűleg a kútban is jelen van. A ház kútjának és csőrendszerének sokkklórozására van szükség annak megsemmisítéséhez és eltávolításához a csövekből és a vízvezeték-szerelvényekből. Az alapvető eljárás egy adag fehérítő hozzáadása a kúthoz, majd a klórozott víz bepumpálása a házba, csapok kinyitása addig, amíg a klór szaga nem lesz. Ezután hagyja a klórozott vizet 8–12 órán át a csövekben ülni, hogy elegendő érintkezési ideje legyen a baktériumok elpusztításához.

Vízrendszer csővezetékei

Az oldott vas további forrása lehet a csővezeték, nyomástartó tartály és egyéb víztartó berendezés. Sok régebbi otthon horganyzott vas vízcsövekkel és szerelvényekkel rendelkezik. Az oldott szén-dioxidból vagy más savakból származó magas savtartalmú víz maró hatású lehet a fémcsövekre és szerelvényekre. Az egyensúly megteremtése érdekében a vas és más fémek feloldódnak a csővezetékekből. A víz savtartalma (pH-érték kevesebb, mint 7) csökkenthető lúgos ásványi anyagok, például nátrium-karbonát injektálásával, vagy a vizet lúgos anyaggal átitatott szűrőn keresztül vezetve.

Mivel a különböző fémek többé-kevésbé korrodálhatók, megoldást jelenthet a problémára egy ellenállóbb fém vagy műanyag cső használata. A helyi vízviszonyoknak legjobban megfelelő anyagokról konzultálni kell egy vízvezeték-szerelővel.

Vízkezelési módszerek a vas és a mangán eltávolításához

Sequestering szerek: polifoszfát kezelés

Sok terméket „elkülönítő” szerként forgalmaznak. Ezek a termékek valamilyen típusú polifoszfátot használnak. Ezek a termékek viszonylag olcsó módszerek a víz alacsony vas- és mangánszint-kezelésére.

A polifoszfátok a foszforsav és más vegyületek keverékei, amelyek körülveszik a vasat, így „elválasztják” vagy csapdába ejtik; ezért nem elérhető oxigénnel reagálni és problémává válni. Ez a kezelés nem távolítja el a fémes ízt, amely gyakran társul a túlzott vasszinttel, mivel a vasat nem távolítják el. Nem alkalmazható 2 mg/l feletti oldott vaskoncentrációt tartalmazó víz vagy 3 mg/l feletti vas és mangán kombináció esetén.

A polifoszfátot általában kémiai befecskendező szivattyú segítségével juttatják a vízrendszerbe. A befecskendezést a lehető legközelebb kell tartani a kút ürítési helyéhez, a nyomástartály vagy a melegvíz-melegítő előtt. A vas- és mangánszint csökkentéséhez szükséges foszfátmennyiség meghatározása kis kísérleteket és hibákat igényelhet. A víz csúszós lesz, ha túl sokat adunk hozzá.

Ezenkívül a főzés során keletkező hő felszabadítja a vasat és a mangánt, és lehetővé teszi, hogy reagáljon oxigénnel és részecskéket képezzen. Ne feledje, hogy a polifoszfátok foszforból származnak, és hozzájárulhatnak a rendelkezésre álló oxigén kimerüléséhez
a közeli víztestekben.

Ioncsere

A vízben oldott vas és mangán cserélhető gyantán vagy zeoliten nátriumra cserélhető. A vas és a mangán eltávolításának ez a folyamata ugyanaz az ioncserélő folyamat, amely eltávolítja a keménységet, illetve a kalciumot és a magnéziumot. Lásd az NDSU WQ1031 számú kiadványát: „Vízlágyítás (ioncsere)”.

A vas és a mangán eltávolítása a vízlágyító normál működése során történik. Ezeket a kalciummal és a magnéziummal együtt később eltávolítják a cseregözegből a regenerálás és a visszamosás során.

Néhány vízlágyító képes az 5 mg/l-ig terjedő vastartalmú víz megfelelő kezelésére. Mások azonban csak a víz 2 mg/l-nél nem nagyobb vastartalmú kezelésére korlátozódnak. Ha a vízben magasabb a vasszint, egyes lágyítószerekhez speciális sókeverékre van szükség, amely adalékanyagokat tartalmaz a vas eltávolításához a gyantából. Ha a keménység mellett el akarja távolítani a vasat és a mangánt is, ellenőrizze a gyártó ajánlásait.

A vas- és mangáneltávolítás ioncseréjétől függő egyik hátránya az oxigénnel történő kicsapás. Ha vasbaktériumok vannak jelen, a probléma még rosszabb. Ha problémái vannak a vasbaktériumokkal, klór vagy valamilyen más oxidálószer alkalmazásával szabályozhatók.

A klórozás, majd a szűrés még azelőtt megtörténik, hogy a víz elérné az lágyítót. Továbbá, ha a vízben lágyulás előtt a vasban vagy a mangánban oldhatatlan formák szuszpendált részecskéi vannak, akkor azokat a gyantán kiszűrik, és duguláshoz vezetnek. Kérje meg a gyártót, hogy meghatározza a vas és a mangán szintjét, amelyet a berendezés eltávolít. Ha a vas és a mangán szintje meghaladja a gyártó által ajánlottakat, akkor a lágyítás előtt elő- szűrővel kell eltávolítani a vasat és a mangánt.

Mindaddig, amíg a vízben a vas és a mangán szintje nem haladja meg a gyártó ajánlásait, a lágyító gyanta eltömődése nem jelenthet jelentős problémát. Az eltömődött vízlágyító savas regenerálással tisztítható, ha az egységet úgy állítják elő, hogy ellenálljon a savas korróziónak. Mielőtt megkísérelné, konzultáljon a gyártóval.

Greensand (adszorptív/oxidatív) szűrés

Az egyik első típusú szűrő, amelyet vasat és mangánt tartalmazó víz kezelésére használtak, a „zöldhomok” szűrő volt (1.ábra). A „zöldföld” hatóanyaga a glaukonit. A glaukonit egy zöld agyagásvány, amely vasat tartalmaz és ioncserélő tulajdonságokkal rendelkezik. A glaukonit gyakran más anyagokkal keverve fordul elő, mint apró pellet, így a "zöldhomok" elnevezés. A glaukonitot bányászzák, mossák, szitálják és különféle vegyszerekkel kezelik, így tartós zöldesfekete terméket állítanak elő, amelynek tulajdonságai lehetővé teszik az oldható vas és mangán adszorpcióját.

1. ábra: Greensand szűrő.

(Az Excel Water Technologies, Inc. cégtől adaptálva)

Amint a víz áthalad a zöld- és homokszűrőn, oldható vasat és mangánt húznak ki az oldatból, és később reagálva oldhatatlan vasat és mangánt képeznek. A vas és a mangán oldhatatlan formáinak eltávolításához a gyártó által ajánlott rendszeres visszamosás szükséges. Ezenkívül a zöld- és homokszűrőt periodikusan regenerálni kell kálium-permanganát-oldattal. Kövesse a gyártó ajánlásait erre az eljárásra.

A legtöbb zöld és homokszűrőt úgy ítélik meg, hogy hatékonyan kezeli a vizet legfeljebb 10 mg/l vaskoncentrációval. Ha a víz pH-ja 6,8 alatt van, akkor a zöldhomok valószínűleg nem fogja kiszűrni a vasat és a mangánt megfelelően. A pH-t 7,0 fölé emelhetjük, ha a vizet kalcit előkezeléssel vezetjük.

A szűrőben összegyűlt részecskék eltávolítására egy automatizált takarítási eljárást alkalmaznak, amelyet visszmosásnak neveznek. A rendszeres visszamosás elengedhetetlen a szűrő hatékony működéséhez, és olyan áramlási sebességet igényel, amely gyakran három-négyszerese a háztartási szokásos használati aránynak. Körülbelül 8 gallon/perc/négyzetméter szűrőágy visszamosási aránya ajánlott. Ha a háztartási rendszer nem tudja támogatni a megfelelő átmosáshoz szükséges áramlási sebességet, akkor a szűrő gyenge teljesítménye és meghibásodása valószínű.

Klórozás (oxidáció) plusz szűrés

A kémiai oxidáció, majd a szűrés az elfogadott módszer a vas és a mangán eltávolítására, ha a koncentráció nagyobb, mint 10 mg/l. Az otthoni vízkezelés magas vasszint esetén gyakran klórt vagy más oxidálószert, például hidrogén-peroxidot használ.

Klóroldatot injektálnak egy vegyi adagolószivattyúval egy homokszűrő előtt. Az oldható vas és a mangán szinte azonnal elkezd leülepedni a klóroldattal való érintkezés után. A szűrhető részecskék kialakításához azonban körülbelül 20 perc érintkezési időre van szükség.

Gyakran a sok háztartási rendszerben használt szokásos 42 literes nyomástartály biztosítja a szükséges érintkezési időt, ha a vizet a tartályon keresztül kényszerítik. A csővezetéktől a nyomástartályig tartó egyszerű T-csatlakozás nem fog működni, mert a víz nagy része megkerüli a tartályt. További érintkezési idő biztosítható egy másik tartály soros csatlakoztatásával vagy műanyag csőtekercs használatával.

Ez a fajta rendszer eltávolítja az oldhatatlan vas és a mangán oldható és szuszpendált részecskéit a forrásvízből. A folytonos szűrés fontos része a homokszűrő visszamosása a kicsapódott vas és mangán eltávolítása érdekében. A zöld és homok szűrőhöz hasonlóan, a rendszer áramlási sebességét is ellenőrizni kell, hogy megbizonyosodjon arról, hogy képes-e biztosítani a visszamosáshoz szükséges sebességeket.

A klórozó rendszer alkalmazásának további előnye a baktériumölő hatása. A vas és a mangán baktériumok, valamint más baktériumok elpusztulnak. Megszűnik a homokszűrő lehetséges eltömődési problémái.

A klórozás trihalometánokat (THM) eredményez, ha szerves anyagok vannak jelen a vízben. A THM-ek rákkeltőnek tekinthetők (a közvízrendszerekben megengedett legnagyobb szennyezőanyag-szint 0,1 rész/millió), és szükség esetén aktivált szénszűrővel kiszűrhetők (lásd az NDSU WQ1029, Filtration című kiadványát, elérhető a www.ag. ndsu.edu/publications/environment-natural-resources/filtration-sediment-activated-carbon-and-mixed-media).

A vas és a mangán klórozással történő oxidációjának optimális sebessége körülbelül 8,0, illetve 8,5 pH-értéken van. A klórral injektált szóda (nátrium-karbonát) a pH-t az optimális szintre emeli. A pH-t lúgos szintre állítva csökken a víz marása a csövekre és a vízvezetékekre is.

További információ

További információkért vegye fel a kapcsolatot a helyi vízkezelési szakemberrel vagy a vízkezelő céggel.

Hivatkozások

Hem, J.D. 1967. A vas egyensúlyi kémiája a talajvízben. S.D. Faust és J.V. Hunter (szerk.) Pp. 625-643, A vízkémia alapelvei és alkalmazásai. John Wiley és Sons Inc., New York.

O’Connor, J.T. 1971. Vas és mangán. Bennem. Flentje és R.J. Faust (szerk.) Pp. 380-396, Vízminőség és -kezelés - kézikönyv a vízellátásról, 3. kiadás. Készítette: The American Water Works Association Inc. McGraw-Hill Book Co., New York.

Snoeyink, V. L. és D. Jenkins. 1980. Vízkémia. John Wiley és Sons Inc., New York.

Kapcsolódó információkért látogasson el ide:

A kiadvány nyomtatási és fejlesztési költségeit részben az Észak-Alföld és a Hegyek Regionális Vízprogramja fizette az USDA-NIFA-val partnerségben.

• A kiadvány tartalmáért kizárólag az NDSU Extension felel.