تقليل كمية برمنجنات البوتاسيوم المستخدمة فى إزالة المنجنيز والحديد من المياة

الملخص

*-إزالة المنجنيز من المياه الجوفية عن طريق الأكسدة مع (KMNO4) يكلف الكثير من المال.

*-تكاليف عالية تجعل الشركات تعانى من خسائر مالية فى عملية  معالجة المياه .

* ونحن سوف تظهر كيفية القيام بهذا العمل مع خفض التكاليف.

* سوف يتم ذلك بطريقة تقلل من التكلفة المالية.

مقدمة

الحديد، والمنغنيز إلى ، هي بعض من العناصر الأكثر وفرة في القشرة الأرضية. وهي توجد في المياه المنبثقة من الرشح التربة والتلوث الصناعي. هذه العناصر لا تشكل أي خطر على صحة الإنسان أو على البيئة. لكنها تسبب الازعاج .

 الحديد والمنجنيز يعطي لون المياه التي يمكن وصمة على  الكتان والأدوات الصحية. ، وعندما لايتم  القضاء عليها، يمكن أن تتأكسد تدريجيا في شبكة التوزيع إعطاء لون الماء، الطعم، والرائحة، والتعكر لصالح التنمية من الكائنات الحية الدقيقة مع عواقب وخيمة بالنسبة للمستخدمين. في المياه السطحية أو الأرض، يجد المرء الحديد والمنجنيز في أشكال كيميائية مختلفة (المنحلة،  أو المعقد) في تركيزات متغير (مينت وباري، 1999؛ أوموريجي وآخرون، 2002؛. موانجا وBarifaidjo، 2006). ويمكن أن تكون موجودة في تركيزات من أجل من 2-5 ملجم / لتر من الحديد و0،5-2 ملغ / لتر من المنغنيز (إليس وآخرون، 2000؛. Roccaro وآخرون، 2007) أو التي هي أعلى بشكل ملحوظ وقادرة على تحقيق 20ملغم / لتر الحديد و 5 ملغم / لتر المنجنيز (Berbenni وآخرون، 2000). طرق إزالة  الحديد والمنجنيز من المياه الإزالة عبارة عن  تحويل الأشكال الذائبة  من الحديد الثنائى والمنجنيز الثنائى عن طريق الأكسدة، إلى رواسب هيدروكسيد الحديد وثانى أكسيد المنجنيز ، يليه عن طريق الترشيح.

 يمكن أن يتم أكسدة خارجية  باستخدام عوامل  تأكسد كيميائية قوية مثل الأكسجين والكلور وثاني أكسيد الكلور، والأوزون أو برمنجنات البوتاسيوم (العربى وآخرون، 2009؛. Katsoyiannisa وآخرون، 2008) أو بيولوجيا (Katsoyiannisa وآخرون، 2008؛. تشين وآخرون .، 2009؛ Tekerlekopoulou وآخرون، 2008؛. Tekerlekopoulou وVayenas، 2007؛ Burgera وآخرون، 2008). .

وكان الهدف من هذا العمل إلى دراسة عملية لوجدت طريقة للحد من تكاليف إزالة الحديد والمنجنيز .أكسدة المنغنيز والحديد الاستخدام الرئيسي للبرمنجنات هو إزالة الحديد والمنجنيز. سوف تقوم  برمنجنات البوتاسيم بأكسدة   الحديد والمنجنيز لتحويل الحديد (2 +) إلى  الحديديك (3 +)  والمنغنيز الثنائى  إلى المنجنيز الرباعى. فإن الأشكال تتأكسد و تترسب كما فى هيدروكسيد الحديديك وهيدروكسيد المنغنيز (عوا، 1991).

فإن التركيب الكيميائي الدقيق للراسب تعتمد على طبيعة الماء، ودرجة الحرارة، ودرجة الحموضة.

المعادلة الكيميائية الكلاسكية لعملية الأكسدة للحديد والمنجنيز هى

 

ويستهلك ذلك من خلال إنتاج حامض يتفاعل مع  القلوية بمعدل 1.49 ملغم / لتر كما كربونات الكالسيوم CaCO3 لكل ملغم / لتر من الحديد +2 و1.21 ملغم / لتر كما كربونات الكالسيوم CaCO3 لكل ملغم / لتر من المنجنيز +2 أكسدة. وينبغي النظر في هذا الاستهلاك من القلوية عندما يتم استخدام العلاج ببرمنغنات جنبا إلى جنب مع الشبة ، الأمر الذي يتطلب أيضا القلوية لتشكيل رواسب.

الجرعة من  برمنجنات البوتاسيوم اللازمة للأكسدة هو 0.94 ملغ / ملغ حديد و 1.92 ملغ / ملغ المنغنيز (كولب / Wesner / كولب، 1986). في الممارسة العملية، تم العثور على القيمة الفعلية  من برمنجنات البوتاسيوم التى  تستخدم ليكون أقل من ذلك .

 ويعتقد أن هذا هو بسبب تأثير حفاز من MnO2 على ردود الفعل (أوكونيل، 1978). الوقت اللزم  للأكسدة تتراوح من 5 إلى 10 دقائق، شريطة أن يكون الرقم الهيدروجيني هو أكثر من 7.0 (كاوامورا، 1991).

مساهماتي هو لتقليل كمية من برمنجنات البوتاسيوم عن طريق تعديل PH بواسطة هيدروكسيد الصوديوم.

المشكلة محل البحث

فى المعادلة الكلاسيكية للتخلص من المنجنيز نلاحظ ما يلى

هذا يعنى أنة عندما يكون تركيز المنجنيز فى الماء( 1.2 جزء لكل مليون جزء) هذا يعنى أننا نحتاج( 0.0023 جم) للتر وهذا يترتب علية اننا نجتاج (2.3 كجم ) للمتر المكعب

ثمن كيلو البرمنجنات فى مصر حوالى 140 جنية مصرى مما يدل على مدى التكلفة المادية.

 

فكرتى فى هذا البحث

برمنجنات البوتاسيم لها أثران

  • أثر تعقيمى تزداد قيمتة فى الأوساط الحامضية.
  • أثر تأكسدى تزداد قيمتة فى الأوساط القاعدية.

(Cleasby et al., 1964 and Wagner, 1951).

 

التفاصيل

 يتم رفع الأس الهيدروجينى لتقليل كمية البرمنجنات المستخدمة فى الأكسدة

يتم إضافة برمنجنات البوتاسيم تركيز (1 مولارى) إلى مياة جوفية تركيز المنجنيز بها (1.2 جزة لكل مليون جزء)  ويتم قياس تركيز المنجنيز بعد رفع قيمة الاس الهيدروجينى عن طريق هيروكسيد صديوم (1 عيارى) .

 

 

 

لاحظ

تفاعل البرمنجنات مع المنجنيز والحديد يستهلك قلوية المياة بمعدل (1.49 جزء للمليون )فى حالة الحديد و 1.21( جزء للمليون) فى حالة المنجنيز هذا يعنى أنة لا توجد خطورة من عملية رفع الأس الهيدروجينى لأنة سوف ينخفض القليل من تلقاء نفسة

 

العملى بالرسم.

ولتقليل الإستهلاك أكثر تم عمل هذة التجربة بتركيزات أخرى قللت الأستهلاك سوف يتم عرضها لاحقا

. الاستنتاجات

. يمكن أن تقلل من كمية KMNO4 المستخدمة  لإزالة الحديد +2 والمنجنيز +2 في المياه الجوفية عن طريق إضافة هيدروكسيد الصوديوم إلى زيادة الأس الهيدروجينى والذى يؤدى الى زيادة  قدرة KMNO4 على الأكسدة.

 

References

*-Myint and Barry, 1999; Omoregie et al., 2002; Muwanga and Barifaidjo, 2006).

*-Ellis et al., 2000; Roccaro et al., 2007

*-Berbenni et al., 2000

*-El Araby et al., 2009; Katsoyiannisa et al., 2008

*-Katsoyiannisa et al., 2008; Qin et al., 2009; Tekerlekopoulou et al., 2008; Tekerlekopoulou and Vayenas, 2007; Burgera et al., 2008.

*-AWWA, 1991

*-Culp/Wesner/Culp, 1986

*-O’Connell, 1978

*-Kawamura, 1991

*-Cleasby et al., 1964 and Wagner, 1951).

*- potassium permanganate chapter 5.

 

إعداد كيميائى / علاء احمد محمد سيد

كيميائى بشركة مياة الشرب والصرف الصحى بسوهاج.

ازالة الملوثات من الماء بالتهوية

  1. مقدمة

يعتبر أسلوب تهوية الماء من أشهر هذه الأساليب وأكثرها فعالية، حيث  يمكن باستخدامه التخلص من الغازات الذائبة فى الماء مثل كبريتيد الهيدروجين وثانى أكسيد الكربون، بالإضافة إلى إزالة الروائح من الماء.

  1. عمليات ونظم التهوية

التهوية عبارة عن عملية خلط الماء والهواء معا من خلال عدة وسائل. واستخدام عملية التهوية فى السيطرة على الطعم والرائحة تكون مؤثرة فقط فى التخلص من الغازات والمركبات العضوية القابلة للتطاير نسبيا، وعلى ذلك فعملية التهوية تكون ناجحة أحيانًا فى معالجة الرائحة أكثر من معالجة الطعم وحيث أن المركبات المطلوب إزالتها بالتطاير تتواجد بتركيز منخفض فى الهواء عنها فى الماء فإنها تميل إلى ترك الماء وتتحرك إلى الهواء.

وكلما زاد معدل التهوية كلما زادت كمية المواد الطيارة التى تترك الماء إلى الهواء. وبزيادة معدلات التهوية فإن تركيز المركبات غير المرغوب فيها  فى المياه قد تنخفض إلى المستوي الذى لا يسبب أى مشكلة وكما سبق القول فإن هذه العملية تعمل فقط إذا كانت المركبات لها خاصية تطاير كافية.

والتهوية أيضا لها خاصية إتلاف بعض المركبات عن طريق الأكسدة وإن كانت هذه العملية فعالة فقط مع الحديد والمنجنيز. وعادة فإن عملية التهوية لا توفر أكسدة كاملة للتغلب على الطعم والرائحة، وتوجد عدة وسائل لزيادة معدلات التهوية منها ما يلى:

  • نوافخ الهواء لزيادة كمية الهواء التى سيتم خلطها مع الماء.
  • التهوية بالتتابع والرش (مرور الماء بأكثر من درجة كدرجات السلم  مع الرش بالماء).
  • التجريد الهوائى ويتم ذلك بإدخال المياه من أعلى البرج وإدخال الهواء من الجانبين أسفل البرج فتتطاير المركبات خلال فتحات أعلى البرج.
  1. اكسدة الحديد والمنجنيز

يتسبب وجود أملاح الحديد والمنجنيز  في الماء كثير من المتاعب أهمها:

١- تواجد طعم غير مستساغ للمياه.

٢- تلوين الملابس والأدوات المنزلية والأجهزة الصحية للحمامات.

٣- تكوين قشور من الصدأ داخل المواسير الحديدية مما يتسبب فى تقليل مساحة مقطعها.

٤- توالد بكتيريا الحديد فى المياه المحتوية على تركيزات عالية من مركبات الحديد مما يتسبب فى سرعة تكون القشور داخل المواسير ويقلل من مساحة مقطعها.

٥- تأكسد المنجيز الذائب فى الماء مكوناً رواسب فى المواسير مما يقلل من مساحة مقطعها وبالتالى من كفاءتها فى نقل الماء.

باستخدام أسلوب تهوية الماء تتم أكسدة أملاح الحديد والمنجنيز وتحويلها إلى أكاسيد الحديد والمنجنيز التى تترسب وتسهل إزالتها بالترشيح.

والأكسجين اللازم لإزالة مركبات الحديد من الماء هو 0.14 جزء فى المليون لكل جزء فى المليون من الحديد المطلوب إزالته. وتتوقف كفاءة عملية التهوية على مساحة المسطح المائى ومدة بقاء هذا السطح معرضاً للهواء

  1. نظم تهوية الماء

تستخدم الطرق الآتية فى تهوية الماء:

١- التهوية باستخدام النافورات.

٢- التهوية باستخدام الشلالات المتتالية.

٣- استخدام الهوايات ذات الصوانى المتعددة.

٤- التهوية بالهواء المضغوط.

أولاً: التهوية باستخدام النافورات Spray Nozzles

يتم ضخ المياه تحت ضغط عالٍ من خلال ماسورة مثقبة موجودة أعلى  الوحدة، فتندفع المياه من هذه الثقوب (الرشاشات) مختلطة بالهواء الجوى حيث تتم عملية التأكسد، كما هو موضح بالشكل وكلما صغرت قطرات الماء كلما زادت المساحة الكلية المعرضة للتهوية مما يزيد

من كفاءتها. إلا أن بقاء قطرات الماء لثوان معدودة يحد من فاعلية هذه الطريقة. ومن عيوب هذه الطريقة احتياجها إلى مساحات كبيرة تشغلها النافورات بالإضافة إلى احتياجها لضغط عالٍ لدفع المياه فى النافورات.

ثانياً: التهوية باستخدام الشلالات المتتالية Cascade Falls

تتدفق المياه على مدرجات متتالية (سلالم) ينكسر عليها الماء فى طبقات رقيقة تساعد على اختلاط الهواء بالماء وتحدث عملية الأكسدة لمركبات الحديد والمنجنيز كما هو موضح بالشكل.

ثالثاً: استخدام الهوايات ذات الصوانى المتعددة Multiple Tray Aerator

يتكون هذا النظام من عدد من الصوانى المثقبة تعلو بعضها البعض بمسافة بينية قدرها نصف متر تقريباً. تحتوى كل من هذه الصوانى على طبقة من فحم الكوك أو الخبث المتخلف من صهر المعادن أو الحجارة أو الكرات الخزفية   بارتفاع من 20 الي 30 سم وتتراوح أحجام هذه الكرات من 5 الي 10 سم يرش الماء على الصينية العليا على هيئة قطرات وذلك بمعدل ٢50-500 لتر/دقيقة  فتتساقط المياه على طبقة الفحم وتمر من ثقوب الصينية العليا إلى التالية لها وهكذا، وتختلط بالهواء الذي يعمل على أكسدة الحديد والمنجنيز

رابعاً: التهوية بواسطة الهواء المضغوط Compressed Air

هذا المنشأ من أحواض خرسانية بأعماق ٣ -5 متر تدخل فيها المياه من اعلي وتمكث فيها ما بين 5 – 30 دقيقة  في أسفل هذه الأحواض توضع شبكة من المواسير المثقبة أو الأقراص المسامية. ويخرج الهواء المضغوط من هذه الثقوب أو المسام على شكل فقاقيع، كلما صغر حجمها زادت فعاليتها في التهوية.

تتميز هذه الطريقة بإمكان التحكم فى فترة بقاء الماء فى الحوض، كما أنها تساعد على ترويب المواد العالقة إذا أضيفت المروبات فى نفس الحوض مما يعمل على ترسيب أملاح الحديد.

 

 

أحــمــد السـروي

إستشاري معالجة المياه والبيئة

 

المراجع العلمية

  • احمد السروي ,العمليات الاساسية لتنقية مياه الشرب , دار الكتب العلمية , 2012.
  • احمد السيد خليل ,عملية تنقية الماء للاستخدام المنزلي , 2008.
  • البرنامج التدريبي لمشغلي محطات تنقية مياه الشرب المستوى (أ) دليل المتدرب ,الجزء الاول الاختبارات المعملية , مشروع دعم قطاع مياه الشرب والصرف الصحي , الوآالة الأمريكية للتنمية الدولية , 2012.

التقنيات الحديثة في إزالة الاصباغ

تعتبر الصبغات من الملوثات العضوية الأكثر تأثيراً وهي معروفة جيداً بآثارها الخطرة على الحياة المائية بشكل عام والبشر على وجه الخصوص. من أجل الحد من الآثار السلبية لمياه الصرف الملوثة بالأصباغ على البشر والبيئة ، يجب معالجة مياه الصرف الصحي بعناية قبل صرفها في المجاري الرئيسية.

أدى التقدم في العلوم والتكنولوجيا إلى تطور العديد من التقنيات لإزالة الأصباغ من النفايات السائلة الصناعية والمنزلية.

تعتبر المياه ثاني أهم مكون لللحياه في النظام البيئي للكائنات الحية. إن النمو السكاني الهندسي ، وتطور الحضارات ، والتصنيع المكثف ، والأنشطة المنزلية والزراعية ، والعديد من التغيرات الجيولوجية والبيئية تسمم بشكل ثابت نوعية المياه لموارد المياه الطبيعية. يمثل تلوث المياه بسبب العديد من الأنشطة الطبيعية وتلك التي من صنع الإنسان مشكلة خطيرة في العصر الحالي ، وبالتالي ، تبذل السلطات الحكومية والعلماء والأكاديميون جهودًا مستمرة للحد من هذه المشكلة أو القضاء عليها تمامًا.

تتوفر تقنيات مختلفة فعالة لإزالة الأصباغ من المياه  ويتم تطوير العديد من التقنيات الأخرى. وقد أوضح بحث شامل للأبحاث المنشورة على SciFinder و Google ما يقرب من 950 ورقة بحثية حول التقنيات المناسبة لإزالة الأصباغ الضارة والمنتجات الصبغية من الماء. كانت هناك زيادة مطردة في الاهتمام بالعمل البحثي الذي يتم تنفيذه في هذا الاتجاه ، وهو ما يتضح من الزيادة في العدد السنوي للأوراق البحثية التي ظهرت حول هذه المسألة منذ عام 2010م وحتي الآن تعتبر معالجة وإزالة أنواع مختلفة من الأصباغ من الماء باستخدام مواد منخفضة التكلفة تقوم بإمتزاز الأصباغ، الكربون المنشط ، مواد نانونية أخري. ومع ذلك ، لم يتم العثور على بحث شامل  لجميع التقنيات المستخدمة لإزالة الأصباغ من مياه الصرف الصناعي . لذلك ، كان من المفيد كتابة هذا المقال وإستعراض التقدم في إزالة الأصباغ من مياه الصرف باستخدام الكربون المنشط ، الجسيمات النانوية ، بعض المواد الممتزة منخفضة التكلفة ، التبادل الأيوني ، الترسيب الكيميائي ، التخثر الكيميائي ، الترويب ، الأكسدة ، الأوزون ، التحلل الضوئي ، معالجة كهروكيميائية ، الترشيح الغشائي ، الترشيح الفائق ، الترشيح النانوي ، المعالجة البيولوجية ، استخلاص الميثيل العكسي وتقنيات مجمعة. وبالإضافة إلى ذلك ، بُذلت جهود لمناقشة التحديات الحالية التي تواجه تطوير تكنولوجيات للإزالة الفعالة للأصباغ من المياه المستعملة والمنظور المستقبلي لتطوير تكنولوجيات إزالة رخيصة وآمنة وغير سامة وفعالة لإعادة معالجة المياه.

مع تزايد الصناعات النسيجية ، يتزايد تدفق النفايات السامة والخطرة في النظام البيئي بسبب عدم توافر وسائل معالجة فعالة من حيث التكلفة ورخيصة الثمن. يقدم كتاب (Advances in Dye Removal Technologies , Mihir Kumar Purkait, Sirshendu De, and Sourav Mondal, 2017) فهمًا مفصلاً لمختلف تقنيات إزالة الصبغات المتقدمة. يتم تقديم تطبيق التقنيات المتقدمة في سياق معالجة مياه الصرف الصناعي. مع معايير بيئية صارمة ، هناك حاجة إلى الحاجة إلى خيار العلاج الفعال والاقتصادي. يصف الكتاب الأساس المنطقي وراء تطبيق تقنيات المعالجة مقارنةً بالعمليات التقليدية مثل التحلل الميكروبي ، التخثر ، التبادل الأيوني ، إلخ. اعتمادًا على نوع وتركيز الأصباغ في النفايات السائلة ، قد تكون التقنيات المختلفة مناسبة. تأثير مختلف ظروف المعالجة وظروف التشغيل هي العوامل الرئيسية في تحديد كفاءة عملية الإزالة. يتم أيضًا تحليل آلية النقل وراء عملية الفصل في هذا الكتاب.

وقد أجريت تجارب عديدة لإمتصاص الأصباغ المختلفة من وسط مائي باستخدام الفحم المنشط التجارية كتقنية ممتازة وموصوفة في الفصل الثاني.

كما أُستخدم محلول اصطناعي من ثلاثة أصباغ مختلفة في وسط مائي لدراسة الامتزاز. تمت دراسة تأثيرات الجرعة الممتزة والتركيز الأولي للصبغة ووقت التماس ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة لامتصاص كل صبغة تحت ظروف التشغيل الفعلي.

بقلم / أمل سالم

تمهيدي ماجستير كيمياء عضوية