Mangan to naturalnie występujący składnik wód podziemnych i powierzchniowych. Najczęściej bierze się ze źródeł naturalnych, jednak zdarza się też, że jego pochodzenie może mieć charakter antropogeny. Wysokie stężenia manganu obecne w wodzie najczęściej występują wraz z przekroczeniami żelaza. Do rzadkich należą sytuacje, w których mangan jest wyizolowanym zanieczyszczeniem.
Mangan jest substancją, której obecność w wodzie wynika głównie z przedostawania się z utworów geologicznych (najczęściej skał magmowych oraz osadowych, które rozpuszczają się pod wpływem obecności jonów siarczanowych). Rzadziej zdarza się, że jego obecność w wodzie jest związana z działalnością człowieka, taką jak choćby przemysł. Mangan jest stosowany między innymi w przemyśle metalurgicznym, do produkcji baterii, szkła, sztucznych ogni. Związki manganu wchodzą także w skład nawozów mineralnych, lakierów, środków grzybobójczych.
W wodach podziemnych o odczynie pH wynoszącym od 4 do 7 przeważa forma dwuwartościowa manganu. To postać charakteryzująca się dużą rozpuszczalnością. W wodach o większym potencjale utleniającym , mangan przejmuje wyższy stopień utleniania i jest zazwyczaj obecny w postaci na czwartym stopniu utleniania. Ta forma wykazuje dużą tendencję do wytrącania się z roztworów w formie osadów. Zjawisko przekształcania się manganu jest wykorzystywane w uzdatnianiu wody, celem którego jest redukcja wyższych stężeń. Utlenianie manganu ma jednak także swoje negatywne skutki w postaci wytrącania się nierozpuszczalnych osadów związków manganu w instalacji i wynikających z tego problemów technicznych.
W Polsce dopuszczalne w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi normy mówią o tym, że stężenie manganu obecnego w wodzie nie powinno być wyższe niż 0,05 mg/l.
Dlaczego warto usuwać mangan z wody?
Wysokie stężenia manganu w wodzie mają wpływ na:
- Właściwości organoleptyczne wody – zmieniają jej barwę oraz powodują mętność. Dodatkowo problemem może być także zmiana smaku i zapachu wody
- Na pranych tkaninach mogą pozostawać przebarwienia – mangan brudzi tkaniny, powoduje, że szarzeją, tracą swój naturalny kolor, pozostają na nich odbarwienia i plamy
- Smolisty osad – mangan pod wpływem kontaktu z tlenem wytrąca się z wody pod postacią drobnych, smolistych cząsteczek, tworzących osad. Często pozostaje na armaturze, w urządzeniach AGD korzystających z wody oraz w instalacji
- Bakterie manganowe – podobnie jak w osadzie żelazowym mogą występować bakterie żelazowe, tak i w osadzie po manganie mogą zbierać się bakterie manganowe. Stanowią one idealne środowisko do rozwoju i bytowania innych gatunków, w tym również niebezpiecznych dla zdrowia.
- Niedrożność instalacji, spadki wydajności – osad po manganie może gromadzić się w instalacji oraz urządzeniach, na istotnych komponentach, powodując tym samym spadki wydajności, kłopoty z prawidłowym działaniem, może zatykać światło rur, prowadzić do drogich napraw
- Koszty utrzymania – obecność manganu w wodzie może generować spore koszty związane z codziennym życiem i funkcjonowaniem. Niekiedy użytkownicy nie chcą pić wody, której właściwości organoleptyczne uległy zmianie właśnie przez mangan. Z tego względu zaczynają kupować wodę butelkowaną, co znacznie podnosi koszty związane z codziennym życiem. Te są generowane także przez potrzebę zakupu nowych ubrań, ponieważ stare uległy zabrudzeniu w praniu oraz o wiele większego zużycia środków czyszczących potrzebnych na usuwanie smolistego osadu
Jak usuwać mangan z wody?
Związki manganu można usuwać z wody w taki sam sposób, co żelaza. Najczęściej proces odżelaziania i odmanganiania przeprowadzany jest łącznie. Pierwszym krokiem do wyboru właściwej metody usuwania manganu z wody jest przeprowadzenie fizykochemicznej analizy wody. Dzięki temu badaniu będzie wiadomo ile dokładnie manganu znajduje się w wodzie oraz jakie woda ma parametry i czy jej właściwości pozwolą na zastosowanie konkretnych metod uzdatniania wody. Znaczenie będzie miało między innymi: stężenie żelaza, jonu amonowego, odczyn pH, mętność, utlenialność.
Mangan wytrąca się znacznie gorzej z wody niż żelazo. Co ciekawe, mniejsze stężenia manganu jest znacznie trudniej zredukować z wody niż te duże. Aby zażegnać problem, najczęściej stosowane są silne utleniacze, jak nadmanganian potasu, chlor, ozon. Rekomendowane jest też zastosowanie złóż katalitycznych.
Dobór właściwej metody uzdatniania wody i usuwania z niej manganu jest uzależniony od:
- Parametrów wody
- Wydajności pomp tłoczących wodę
- Rodzaju zbiornika ciśnieniowego
- Preferencji użytkowników
- Warunków panujących w danym gospodarstwie domowym
Poniżej najczęściej wykorzystywane w gospodarstwach domowych metody usuwania manganu z wody. Zostaną one dokładnie omówione. Wśród nich można wymienić:
- Odwróconą osmozę
- Usuwanie manganu z wody ze wstępnym napowietrzaniem
- Usuwanie manganu z wody na złożach jonowymiennych
- Usuwanie manganu na złożu regenerowanym nadmanganianem potasu
Odwrócona osmoza
To przykład na punktowe uzdatnianie wody z zastosowaniem filtra kuchennego. Odwrócona osmoza to bardzo dokładny filtr kuchenny, który pozwoli na redukcję nie tylko manganu, ale i innych substancji, nawet o wielkości niewielkich jonów z wody spożywczej. To doskonała opcja, jeśli potrzeba uzdatnić na przykład wodę w domku letniskowym na działce. System odwróconej osmozy montuje się w miejscu poboru wody, najczęściej w kuchni, w okolicy zlewozmywaka.
Odwrócona osmoza jest w stanie bardzo dobrze przygotować wodę do celów spożywczych, wśród których można wymienić między innymi: przygotowanie napojów gorących, przygotowanie dań, przemywanie delikatnych powierzchni, przygotowanie odżywek dla dzieci.
Membrana osmotyczna to bardzo dokładny komponent, na którym z wody usuwany jest nie tylko mangan, ale i cały szereg innych substancji, jak: metale ciężkie, pestycydy, chlor i jego pochodne, związki organiczne, bakterie, wirusy. Dodatkowo z wody usuwane są zanieczyszczenia mechaniczne oraz poprawie ulegają jej właściwości organoleptyczne. Mimo wszystko jest to dość rzadko wybierana metoda w kontekście usuwania manganu z wody ze względu na fakt, że o wiele więcej korzyści przynosi założenie urządzenia uzdatniającego wodę w całej instalacji.
Usuwanie manganu z wody ze wstępnym napowietrzaniem
Jedną z najpopularniejszych i najczęściej stosowanych metod usuwania manganu z wody w gospodarstwach domowych jest zastosowanie urządzeń wykorzystujących wstępne napowietrzanie wody. Wynika to z kilku względów. Przede wszystkim jest to sposób w pełni skuteczny niezależnie od pierwotnych przekroczeń manganu w wodzie. Mogą być naprawdę wysokie, a dzięki tej metodzie po problemie pozostanie jedynie wspomnienie. Jest to też metoda w pełnie ekologiczna. Do regeneracji nie ma potrzeby wykorzystywania żadnych dodatkowych środków chemicznych, dzięki czemu nic nie oddziałuje negatywnie na środowisko. Po trzecie jest to metoda naprawdę tania w eksploatacji. Na proces płukania złoża wykorzystywane jest jedynie woda, a samo urządzenie jest bardzo proste w użytkowaniu i tanie w utrzymaniu. Do tego praktycznie nie wymaga uwagi ze strony właściciela.
Na rynku istnieją dwa rodzaje odżelaziaczy i odmanganiaczy wody wykorzystujących wstępne napowietrzanie wody. Jedne z nich wymagają obecności zewnętrznego aeratora oraz ocynkowanego zbiornika ciśnieniowego (na przykład Ecoperla Sanitower). Inne posiadają już wbudowaną poduszkę sprężonego powietrza (na przykład Ecoperla Oxytower) i mogą działać z każdym rodzajem hydroforu, jednak mają swoje ograniczenia związane z parametrami wody.
Usuwanie manganu z wody z wykorzystaniem wstępnego napowietrzania jest metodą w pełni naturalną, która wykorzystuje reakcję manganu z tlenem. Dochodzi do zamiany formy rozpuszczalnej manganu (II) na nierozpuszczalną (IV), a reakcja wygląda następująco:
Mn(II) + O2 → Mn(IV)↓
W tej metodzie woda jest wstępnie wzbogacana w tlen z zastosowaniem zewnętrznego aeratora lub wbudowanej poduszki sprężonego powietrza. Następnie trafia na złoże filtracyjne, na którym zachodzi kataliza. Cząsteczki manganu są wytrącane z wody i osiadają na złożu filtracyjnym. Oczyszczona woda trafia do użytkownika.
Usuwanie manganu z wody na złożach jonowymiennych
Istnieje możliwość usuwania manganu z wody dzięki zastosowaniu niektórych rodzajów złóż jonowymiennych. Z bardzo małymi przekroczeniami żelaza i manganu są w stanie poradzić sobie nawet niektóre złoża dostępne w zmiękczaczach wody. Do zatrzymania żelaza i manganu dochodzi w procesie wymiany jonowej, podczas której redukowany jest stopień twardości wody. Odradzane jest jednak wykorzystywanie zmiękczaczy wody w celu redukcji manganu i żelaza ze względu na to, że żywica jonowymienna szybko wytraca swoje właściwości i wymaga dość częstej wymiany, co w procesie użytkowania jest mało opłacalne.
Na rynku są dostępne specjalne mieszanki złóż, które radzą sobie w sposób w pełni efektywny z nadmiernym stężeniem żelaza i manganu. Są one bardzo często wykorzystywane w stacjach wielofunkcyjnych. Tego typu urządzenia są w stanie usuwać z wody nawet pięć zanieczyszczeń jednocześnie: żelazo, mangan, jon amonowy, związki organiczne, twardość wody.
Usuwanie manganu na złożu regenerowanym nadmanganianem potasu
Usuwanie manganu z wody może też przebiegać na złożach regenerowanych nadmanganianem potasu. Przykładem popularnego złoża działającego na tej zasadzie jest zielony glaukonit powszechnie znany pod nazwą Greensand. Ma właściwości pozwalające na wymianę jonową, jednak cały proces jest dość zbliżony do redukcji manganu na złożach ze wstępnym napowietrzaniem wody. Złoża typu Greensand mają zdolność do gromadzenia na swojej powierzchni wytrąconych z wody żelaza i manganu.
Podczas gdy woda przepływa przez filtr, rozpuszczone żelazo oraz mangan wytrącają się z roztworu na skutek utleniania. Przybierają formę nierozpuszczalną – drobnych, stałych cząsteczek. Te gromadzą się na złożu i po jakimś czasie muszą zostać wypłukane. Do regeneracji stosuje się nadmanganian potasu. Jest to substancja, której dozowanie i użytkowanie wymaga podjęcia szczególnych środków ostrożności. Dodatkowo jeśli podczas jakiegokolwiek z cyklów działania dojdzie do awarii, a nadmanganian potasu przedostanie się do instalacji, taka woda może stanowić zagrożenie dla ludzkiego zdrowia. Na skuteczność uzdatniania wody z zastosowaniem złoża typu Greensand duży wpływ ma odczyn pH wody