Demir ve Mangan doğal sularda şu şekilde bulunur:
- Çözünür ferrous iyonları,
- Ferrik iyonları (çok asitli sularda çözünür),
- Ferrik hidroksit (doğal veya alkalin sularda çözünmez),
- Ferrik oksit,
- Organik bileşiklerde kombinasyon halinde veya demir bakterisi.
Demir mangan filtreler, genel olarak 4 ppm in altındaki konsantrasyonlarda yeterli olurlar.
Ancak bu filtrelerin önüne bir dozaj sistemi ile oksidant ilave edilmelidir. Daha yüksek kirlenmelerde ise; mutlaka bağımsız bir ön arıtma ve çökeltme sistemi kurulmalıdır.
Demir ve manganı arıtmanın bir çok yolu vardır. Düşük konsantrasyonlarda en basit yöntemler, demir ve mangan havalandırma ve kimyasallarla oksitleyerek filtre etmektir.
Daha yüksek (< 4 ppm) konsantrasyonlarda ise; filtreye girmeden önce oksitleyerek, filtre yatağında bulunan mineralin yapısından ileri gelen absorbe özelliği sayesinde, demir ve mangan giderilir. Burada arıtma işlemini gerçekleştiren mineralin yapısıdır. Bu aşamada kullanılan mineral için bir çok alternatif bulunmaktadır.
Demir mangan filtrelerde de diğer sistemlerde olduğu gibi, PE gövdeli tanklar yada epoksi kaplı çelik tanklar kullanılmaktadır. Sistemlerde değişen tek nokta ise otomasyon sistemlerinin çalışma prensipleridir. Zaman kontrollü, hacim kontrollü, elektronik panel kontrollü (mikroprosesör), pnömatik yada manuel olabilen bu sistemler her iki tank modelinde de kullanılabilmektedir.
Otomasyonu sağlayan Fleck, Sieta, Autotrol vb otomasyon valfleri yada pnömatik vanalar kullanılmaktadır. Sistemler tekli yada dublex olarak kurulabilirler.
Sulardaki Demir Problemi
Bir sudaki demir içeriği rahatlıkla anlaşılabilir. Demir, su tesisatında, yemek kaplarında lekelere neden olur. Demirli su ev temizlemede kullanılırsa da yine lekeler bırakır. Demir suya metalik bir tat verir. Çözünmez formda olan demir; basınç tanklarında, boru hatlarında, su ısıtıcılarında, vb donanımlarda tabakalar oluşturur. Demir elemental formda; Ferrous (Fe+2) ve ferrik (Fe+3) olarak bulunur. Yeraltında, çözünür ferrus bikarbonat olarak bulunur ki bu da karbondioksitin demir depositleri ile reaksiyonu sonucu oluşur. Bunlar yeryüzüne çıktığı zaman hava ile temas eder, suya dumanlıymış gibi bir renk verir ve sonradanda kırmızımsı bir kahverengiye dönüşür. Burada kimyasal olarak ne oluşur? Hava ile temas başlayınca CO2 havaya gitmeye başlarken moleküler oksijen suya karışmaya başlar. Oksijen ferrus (Fe+2) iyonlarını oksitleyerek Fe+3’e dönüştürür. Ferrik (Fe+3) iyonlarıda serbest hidroksil iyonlarıyla (OH-) reaksiyona girerek çözünmez jelatinimsi bileşik olan ferrik hidroksit [Fe(OH)3] oluşturur. Bunlarda birikim yapar. Çözünür ferrous (Fe+2) iyonları çözünmez ferrikhidroksite dönüşür.
Demir Bakterisi
Demir bakterileri kırmızımsı kahverengi bir renk verir ve boruları tıkayarak debiyi düşürür. Kötü tat ve kokuya sebep olur. Ferrous (Fe+2) ve serbest oksijene ihtiyaç duyarlar. Demir ve mangan bakteri isimleri; crenothrix, gallionella, leptothrix.
Mangan
Mangan, sularda tek başına nadir olarak bulunur. Manganın, etkisi demirle oldukça benzerdir. Mangan genelde Mn+2 iyonu olarak bulunur. Mangan tuzları, asitli sularda, alkalin sulara göre daha çözünürdür. Bazı sular organik ve kolloidal mangan bileşikleri içerir. Mangan bakterisi, demir bakterisine benzer şekilde, su sistemlerine zarar verir.
Kolloidal: Çözünmeyen partiküllerdir. Sıvılarda, askıda bulunurlar. Kolloitler, kaynama, donma veya buharlaşma sıcaklıklarını etkilemezler. Askıda çözünmez manganhidroksit (siyah su olarak bilinir) nadir olarak bulunur. Manganhidroksiti çöktürmede, ferrik hidroksite göre daha çok ihtiyaç bulunur. Çözeltideki manganbikarbonat nadirdir. Hava ile temas oluştuğu zaman çözünmüş mangan iyonları mangandiokside dönüşür;
Demir ve mangan arıtımı
- İyon değiştirme su yumuşatıcıları
-
Oksidasyon ve filtrasyon
- Demir filtresi
- Oksidasyon ajanı ile besleme (klor veya potasyum permanganat) ve filtre
- Seguestrasyon polifosfatlar gibi bazı maddelerin kullanımı.
Potasyum pemanganat (KmnO4): Oksidasyon ajanı olarak kullanılır. Koyu pembe, kristalimsi bir katıdır. Depolanılacaksa, kapalı ve nemsiz ortamda saklanmalıdır. Seguestrasyon: Kompleks molekülün iyonla forme edilerek, normal kimyasal reaksiyonun engellenmesi. Örn: polifosfatlar ferrous demiri bağlayarak, normal oksidasyonun gerçekleşmesini engeller.
Polifosfatlar: Molekül suyu alınmış fosfat grubudur.
İyon Değişim
Su yumuşatıcılarının kullanımı, sulardan belirli miktardaki demiri arıtmak açısından başarılı olabilir. Fakat demir miktarı hakkında kesin bir miktar söylemek mümkün değildir. Bu pekçok değişkene bağlıdır. İyon değiştirici materyaller ferrous iyonlarını, kalsiyum ve magnezyum iyonlarını uzaklaştırdıkları gibi uzaklaştırırlar. Bazı bilim adamları bu yöntemin ferrousları etkili bir biçimde uzaklaştırdığını söylerken, bazılarıda ferrous < 2ppm ise uzaklaştırdığını iddia etmektedir.
Ferrous demir iyon değişim prosesi açıklaması Suda, sertlik iyonlarıyla birlikte ferrous iyonları (çözünür demir) varsa, bunların hepsi sodyum iyon değişim prosesi boyunca uzaklaştırılır.
Not: Yumuşatıcının rejenerasyon sıklığı hesaplanırken, suda önemli miktarda demir var ise bu faktör göz önüne alınarak her 1 ppm demir için genelde 3-5 gpg sertlik eklenmelidir. Suda, çözünür ferrous iyonları ile birlikte bir miktar çözünmez ferrik demirde bulunur. Oksidasyon olmaması için demir içeren suların, havayla temas etmeyecek şekilde plastik basınç tanklarında tutulması gerekir.
Demirin bir kısmı, su yumuşatıcılarına girmeden önce çözünmeyen forma gelebilirler. Bu çözünmez ferrik hidroksit basit bir filtrasyon ile uzaklaştırılabilir. Fakat uzaklaştırmaları sırasında bazı ciddi problemler ortaya çıkar. Ferrik hidroksit reçine yatağında çökelti oluşturur. Ferrik hidroksitin bir kısmı, yumuşatıcıların geri yıkanması sırasında arıtılır. Aynı zamanda, çöken demirler birleşerek daha büyük partiküller oluşturulabilirler. Bu durum da bazı basınç farklılıkları ortaya çıkabilir.
Oksidasyon Filtreleri
Demirin normal konsantrasyonlarında, PH 6.8 ve üzerinde ise oksidasyon filtrelerinin kullanılması en etkili yöntemdir. Oksidasyon filtresi, yumuşatıcıdan önce kullanılmalıdır. Oksidasyon filtreleri normalde, mangandioksitle kaplanmış bir madde içerir. Manganoksitler, çözünür ferrous iyonu, ferrik iyonuna dönüştürülür. Ferrik hidroksit formu da tanktaki granüler materyal ile filtre edilir. Periyodik geri yıkama, çökelen demiri üniteden uzaklaştırmak açısından önemlidir. Daha az sıklıkla da filtre yatağını rejenere etmek gerekir. Rejenerasyon potasyum permanganat vb.. oksidasyon ajanı ile yapılır.
Oksidasyon ve Filtrasyon
Demir, potasyum permanganat veya klor gibi oksidasyon ajanları ile okside edilebilir. Bu metod, demir organik madde ile birlikte olduğu zaman demir bakterisi olduğu zaman ve demir konsantrasyonu çok yüksek olduğu zaman kullanılan bir yöntemdir.
Seguestrasyon (ayırma)
Çözünmüş demiri sudan ayırmada pek çok teknik bulunmaktadır. Polifosfatlar sudan demiri uzaklaştırmazlar. Bundan öte, demir stabil hale getirirler ve dağıtırlar bu yüzden su temiz kalır ve demir lekeleri oluşturmaz. Bununla birlikte polifosfat arıtımı, su kaynatılırsa, demirin çökelmesini engellemez. Su, yemek yapmak ve kahve, çay yapmak vb… nedenlerle kaynatıldığı zaman polifosfatlar, ortafosfatlara döner ve sequesterin eylemi oluşmaz.
Ortofosfat: Basit fosfat bileşiğidir. Molekül başına sadece bir fosfat (PO4-3) grubu bulunur. Buna karşılık, polifosfatlar, tek bir molekül içerisinde çeşitli gruplar içerebilir. Polifosfat arıtımı, tank ve vanalardaki demir tabakaları üzerinde dağıtma eylemini gerçekleştirir. Bu tabakaların, uzaklaştırılmasında, bu durum bir avantaj olmakla birlikte, demir problemi geçici olarak artar ve basınç tanklarıyla, sıcak su tanklarının çalkalanmasında bir problem haline gelir.
Polifosfat arıtımı, belediye vb arıtımlarda kullanılan demir arıtım metodu değildir. Çünkü, bazı demirler, çökelti oluşturabilir ve çözünmez hale gelebilir. Polifosfatlar, çökelen demirin, organik demirin ve demir bakterilerinin arıtımında etkili değildir. Çözünür polifosfat çözeltisi, suya beslenir.
Sulardan demiri uzaklaştırmada belirlenen bütün teknikler, pH nötr iken gerçekleştirilir. Yanlızca polifosfatlar pH 5-8 iken etkilidirler. Asitli sularda su arıtım metodları kullanılabilir. Daha yüksek demir ve asit durumlarında ise kimyasal besleme ve ardındanda filtrasyon gerekir. Demirin arıtılmasında en çok kullanılan teknik ise asitli suyun pH’ını soda gibi bir alkali ile yükselttikten sonra, klorla demiri çöktürmektir. Daha sonra ise, oluşan çözünmez demiri sudan uzaklaştırmak için AC filtre kullanılır. Alternatif yöntem olarak ise yine pH yükseltmek için alkali kullandıktan sonra (asitli sularda), demir için permanganat kullanmaktır.
Paslı su lekelenme, arıtma sonucu ortadan kalkmazsa, demir bakterisi veya korozyon ortaya çıkabilir. Demir bakterisinin varlığı mikroskopik olarak veya kırmızımsı kahverengi görüntülerden anlaşılabilir.
Sodyumhipoklarit formundaki klor, bakteriyi öldürmede kullanılır. Bununla birlikte, ölü demir bakterisini sudan uzaklaştırmak için filtreye ihtiyaç duyulur.
Mangan Uzaklaştırma
Manganın düşük konsantrasyonları, su yumuşatıcıları ile uzaklaştırılabilir. Daha yüksek konsantrasyonları ise oksidasyon filtreleri ile uzaklaştırılır. Çok yüksek mangan konsantrasyonları veya organik madde ile komplike halde olanları demir ile aynı yöntemlerle arıtılır. pH 9.5 üzerine çıkana kadar, klor, manganı tam olarak oxide etmez. Potasyum permanganat ise pH 7.5’den yüksek olduğunda etkisini gösterir. Bu yüzden potasyum permanganat tercih edilir.
Demir ve mangan arıtımının yöntemlerini özetlersek;
- İyon değişim
- Oksidasyon ve filtrasyon
- Demir filtreleri
- Oksidasyon ajanı ile besleme (klor + permanganat) + filtre
-
Sequestrasyon (polifosfatlar)
- Potlar (Pot: kavanoz, yığın vb…)
- Çözelti besleme
