hrvatski

Mehanizmi kemijskih pretvorbi pri uklanjanju mangana iz podzemnih voda

Procesi uklanjanja mangana iz podzemnih voda filtracijom kroz biološki aktivnu filtarsku ispunu od kvarcnog pijeska izuzetno su složeni jer uključuju niz međusobno povezanih fizičko kemijskih, kemijskih, katalitičkih, a i bioloških procesa. Razjašnjenje mehanizma tih procesa predstavlja izazov od posebnog znanstvenog značenja. Provedena su, stoga, istraživanja kinetike i mehanizma procesa uklanjanja mangana na materijalu filtarske ispune te identifikacija temeljnih adsorpcijskih, kemijskih, kemijsko-katalitičkih i bioloških procesa koji se odvijaju na površini. Potvrđeno je da kvarcni pijesak, korišten kao filtarski materijal u uređajima za obradu vode, sa slojem istaloženih Mn i Fe oksida te imobiliziranim mikroorganizmima značajno ubrzava oksidaciju u vodi prisutnih Mn2+ iona te amonijaka koji se često pojavljuje uz mangan u podzemnim vodama. Karakterizacijom filtarskog materijala pokazano je da je pijesak amorfne strukture ; s 24 % mangana i 14 % željeza u talogu ; točka nultog naboja iznosi pHTNN=7, 4. Mikrobiološkim analizama na površini pijeska su identificirane mangan-oksidirajuće bakterije iz rodova Siderocapsa i Leptothrix te nitrifikacijske bakterije iz rodova Nitrosomonas i Nitrobacter. Prvi korak u mehanizmu uklanjanja mangana iz vode je adsorpcija na površinu pijeska, a potom dolazi do njegove oksidacije bilo kemijskim bilo biološkim putem. Faza oksidacije je korak koji određuje brzinu ukupne reakcije pod uvjetom da je broj aktivnih mjesta za adsorpciju Mn2+ iona mnogo veći od koncentracije tih iona. Biološko-kemijska oksidacija mangana je brža u odnosu na kemijsku/katalitičku oksidaciju. Prednost biološko-kemijskog procesa se naročito uočava pri niskim vrijednostima pH kada je brzina uklanjanja mangana i do tri puta veća u odnosu na kemijsku oksidaciju. I biološko-kemijska i kemijska oksidacija mangana su reakcije prvog reda. S obzirom na čestu pojavu već spomenutog amonijaka u podzemnim vodama, istražena je i kinetika uklanjanja NH4+ iona iz vode kao i međusobni utjecaj mangana i amonijaka. Oksidacija amonijaka prati Michaelis-Mentenovu kinetiku. U rasponu koncentracija  (NH4+-N) = 1-10 mg/L to je reakcija nultog reda. Povećanjem vrijednosti pH vode od pH=6, 5 do pH=8, 5 dolazi do linearnog povećanja brzine oksidacije amonijaka. Amonijak ne utječe na brzinu uklanjanja mangana dok prisutnost mangana povećava brzinu oksidacije amonijaka. Mangan se, u rasponu koncentracija koje su od praktičnog interesa s obzirom na aktualne koncentracije u podzemnim vodama,  (Mn) = 0, 4 do 2, 5 mg/L, i pri brzinama filtracije v = 5 – 22 m/h u potpunosti ukloni u filtarskoj koloni visine pijeska 160 cm. Maksimalna koncentracija amonijaka oksidiranog u istoj koloni pri otvorenoj aeraciji je  (NH4+-N) = 1, 5 mg/L. Rezultati dobiveni tijekom izrade ovoga rada neosporno ukazuju na prednosti biološkog procesa u odnosu na kemijski/katalitički te doprinose, kako razumijevanju procesa koji se odvijaju na površini filtarske ispune tijekom obrade podzemne vode s povećanom koncentracijom mangana i/ili amonijaka, tako mogu biti od koristi i pri projektiranju uređaja za pripravu vode za piće.

amonijak; kinetika; mangan; mehanizam uklanjanja; voda

nije evidentirano