Naslov
Mehanizmi kemijskih pretvorbi pri uklanjanju mangana iz podzemnih voda
(Process mechanisms of manganese removal from groundwater)

Autori
Štembal, Tamara

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije

Mjesto
Zagreb

Datum
17.06

Godina
2008

Stranica
145

Mentor
Sipos, Laszlo

Ključne riječi
amonijak; kinetika; mangan; mehanizam uklanjanja; voda
(ammonium; kinetic; manganese; removal mechanisms; water)

Sažetak
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.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Kemija, Kemijsko inženjerstvo, Biotehnologija

POVEZANOST RADA