Iron and manganese removal effects using zeolites

Ground water has been a perfect source of drinking water from the earliest ages. Its basic asset is the highest quality, however iron and manganese elimination has always been a problem of the highest priority. Natural source of these elements in the ground water are elution processes washing them out from rocks and ground. One of the man - induced source of iron in that type of water is a metallurgy industry, whilst manganese comes from wastewater from the main industry, steelworks, ceramics and chemical fertilizers. Groundwater that has anaerobic conditions contains dissolved iron compounds as ions {II} of concentrations from traces to few mg/dm3. Manganese compounds usually go along with iron compounds, which in anaerobic conditions appear as dissolved compounds as well {II}. Their values are much lower and usually do not exceed 10 mg/dm3 [1,2]. Removal of iron and manganese compounds is particularly important for the septic reasons. They cause unpleasant taste of water, in aerobic conditions they form sediments: dark brown (manganese) or brown-red (iron). Those compounds precipitate also in water-pipe network. Their removal is being done by oxidation to ions 3+, which are water - insoluble, whereas manganese compounds are oxidated to water - insoluble 4+ ions. Oxidation is run on suitable beds, where filtration and adsorption take place simultaneously. The most often used bed are sand beds, which are often enriched in other materials. The works over searching for more effective materials as bed media for iron and manganese removal are still in progress. One of such materials are zeolites, which are the object of this paper [1.3]. Current regulations over permissible iron concentration in drinking water in Poland are more restrictive than from other European Union countries (3 mg/dm3). That is due to oversize water-pipe network which was designed for to high unitary water intake per inhabitant. That situation causes slower water flow in water-pipe network, which may result in iron bacteria growth. According to Health Minister Regulation from 19th of November 2002 about demands for drinking water quality, permissible iron concentration is 0.2 mg/dm3 and manganese concentration is 0.05 mg/dm3. The aim of this paper was analysis of usefulness of natural and modified zeolites as adsorption material for iron and manganese removal purposes.

Wody podziemne są doskonałym źródłem wody pitnej od najwcześniejszych wieków. Ich podstawową zaletą jest najwyższa jakość, jakkolwiek eliminacja żelaza i manganu zawsze była zadaniem najwyższego priorytetu. Naturalnym źródłem tych pierwiastków w wodach podziemnych są procesy elucji wymywające je ze skał i gruntu. Jednym z antropopochodnych źródeł żelaza w tym typie wód jest przemysłem metalurgiczny, podczas gdy mangan pochodzi z ścieków głównie przemysłowych, hut stali, ceramiki i nawozów chemicznych. Woda gruntowa, w warunkach beztlenowych zawiera rozpuszczone związki żelaza jakowo jony {II} o stężeniach od śladowych do kilku mg/dm3. Związki manganu zwykle pojawiają się wraz ze związkami żelaza, które w beztlenowych warunkach występują również jako związki rozpuszczone {II}. Ich ilości są dużo niższe i zwykle nie przekraczają 10 mg/dm3. Usunięcie związków żelaza i manganu jest szczególnie ważne z septycznych powodów. Powodują one nieprzyjemny smak wody, w warunkach aerobowych tworzą osady: ciemno brązowy (mangan) lub brązowo-czerwony (żelazo). Związki te wytrącają się w sieci wodociągowej. Celem badań była analiza przydatności naturalnego i zmodyfikowanego zeolitu jako materiał adsorpcyjnego do usuwania żelaza i manganu. Materiałem analizowanym był roztwór wodny przygotowanym na bazie wody destylowanej, którego skład chemiczny modyfikowano przez dodawanie soli: FeSO4ź7H2O i MnSO4źH2O. Analizowane adsorbenty to: zeolit naturalny, zawierający 55% klinoptylolitu, 26% popiołu wulkanicznego, 6% kwarcu i 13% montmorylonitu o granulacja od 0,5 do 1,00 mm oraz zeolit modyfikowany, którego skład został oparty na naturalnym zeolicie zmodyfikowanym w celu lepszej selektywności w stosunku do usuwanych jonów. Wprowadzenie zmodyfikowanego zeolitu umożliwiło uzyskanie dużej poprawy usunięcia manganu (przeciętny procent usunięcia wynosił ponad 94), bez względu na jego początkowe stężenie w roztworze. Jednakże metoda ta spowodowała wzrost pH w roztworze do wartości > 9.0. Naturalny zeolit wykazał lepsze rezultaty w usuwania związków żelaza, jednakże procent usuniętego żelaza malał wraz ze wzrostem jego początkowego stężenia w roztworze. Zeolit naturalny nie powodował wzrostu pH roztworu, a nawet zaobserwowano lekki spadek