กรองน้ำฮาก1

การกําจัดเหล็กและแมงกานีสการกําจัดเหล็กและแมงกานีส

1. ชือ่ : พรศักดิ์ สมรไกรสรกจิ

1.1.

ระดับปริญญาตรีระดับปริญญาตรี สาขาสาขา วิทยาศาสตรสุขาภบิาลวิทยาศาสตรสุขาภบิาล จากจาก มหาวทิยาลัยมหิดลมหาวทิยาลัยมหิดล

2.2.

ระดับปริญญาโทระดับปริญญาโท สาขาสาขา วศิวกรรมสิ่งแวดลอมวศิวกรรมสิ่งแวดลอม จากจาก มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตรมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร

- การศึกษา :

- การฝกอบรมตางประเทศ 1.

Training course Yokohama Training Program 2001Yokohama Training Program 2001

in Japan

2. ตาํแหนง :

นักวทิยาศาสตร 63. สถานที่ทํางาน : ฝายคุณภาพน้ํา

การประปานครหลวง

คุณภาพน้ําผิวดิน(Surface Water Quality)

1. ความขุ่น (Turbidity)

นิยมใชความขุนในการออกแบบและเปนเครื่องชี้วัดประสิทธิภาพของกระบวนการ ผลิตน้ํา เชน การตกตะกอนและการกรองน้ํา เปนผลมาจากที่มีอนุภาคคอลลอยด

(Colloidals) อยูในน้ํา การประปานครหลวงกําหนดความขุนน้ําดิบตองไมเกิน 250 NTU (Nephelo-metric Turbidity Units) สามารถกําจัดโดยการตกตะกอนและกรอง

2. ค่า pHเปนคาที่แสดงถึงความเปนกรด-ดางของน้ํา วามีมากนอยเพียงใด คา pH ขึ้นกับ

ปริมาณของไฮโดรเจนอิออนที่แตกตัวในน้ําถา pH นอยกวา 7 แสดงวาน้ําเปนกรด

ถา pH มากกวา 7 แสดงวาน้ําเปนดาง

โดยปกติน้ําธรรมชาติสวนใหญจะมีคา pH อยูในชวง 6.5

– 8.5 22

3. ค่าความเป็นด่าง (Alkalinity)

เปนคาที่แสดงถึงความสามารถที่จะทําลายฤทธิ์กรด ความเปนดางเกิดจากเกลือ ของกรดออนและบางครั้งก็เกิดจากดางออนหรือดางแก ประกอบดวยอิออน ตางๆ เชน คารบอเนต (CO3

2-),ไบคารบอเนต (HCO3-) และไฮดรอกไซด(OH-)

การประปานครหลวงกําหนดคาความเปนดางของน้ําที่ออกจากถังตกตะกอนตอง มากกวา 50 มิลลิกรัม/ลิตร เนื่องจากเปนคุณสมบัติที่เกี่ยวเนื่องกับการรวมตัว ของตะกอน โดยน้ําที่มีระดับค่าความเป็นด่างสูงจะช่วยให้ปฎิกิริยาระหว่าง สารเคมีที่เติมในน้ํากับตะกอนได้ดี นอกจากนั้นยังมีบทบาทสําคัญตอการกําจัด ความกระดางและปองกันการกัดกรอนของน้ําอีกดวย

4. คลอไรด์ (Chloride)

เปนสารที่ละลายน้ําไดดีมีอยูในน้ําตามธรรมชาติ ถามีมากจะทําใหน้ํากรอยหรือ เค็มและจะทําใหภาชนะบรรจุที่เปนโลหะเกิดสนิมไดรวดเร็ว การกําจัดหรือลด ปริมาณคลอไรดออกจากน้ําคอนขางยุงยาก

3

5. ค่าความนําไฟฟ้า (Conductivity)

เปนคาที่แสดงถึงปริมาณเกลือแรตางๆที่ละลายอยูในน้ําโดยเฉพาะสารละลายใน น้ําทั้งหมด (Total Dissolved Solid or TDS) น้ําบริสุทธิ์จะมีคาความนําไฟฟา ตั้งแต 0.04

– 2.0 ไมโครโมส/ซม.

6. สี (Color)

สีที่เกิดขึ้นในน้ํามีอยู 2 ชนิด ไดแกสีที่เกิดขึ้นจากการมีสารแขวนลอยเรียกวาส

ีปรากฎ(Apparent Color) สามารถกําจัดดวยการกรองธรรมดา และสีที่เกิดขึ้นจาก

สารละลายในน้ํา เรียกวาสีจริง(True Color) ซึ่งตองกําจัดโดยการดูดซึมดวย ถานกัมมันตหรือการกรองดวยแผนเมมเบรน

7. ปริมาณสารอินทรีย์(Organic Compound)

เปนคาที่บงบอกถึงปริมาณสารอาหารที่จุลินทรียสามารถใชในการสร้าง พลังงานและสร้างเซลล์ใหม่ เชน แปง ไขมัน โปรตีน ซึ่งมาจากการยอย สลายซากพืช ซากสัตวที่ตกลงในน้ําและสารอินทรียที่จุลินทรียไมสามารถยอย สลายได เชน กรดแทนนิค กรดลิกนิค เซลลูโลส เปนตน

4

8. จุลินทรีย์ประเภทแบคทีเรีย(Bacteria)

เปนคาที่บงบอกถึงความสกปรกในรูปของสิ่งมีชีวิตซึ่งจะทําใหเกิดโรคที่มีน้ํา เปนสื่อหรือเปนพาหะ เรียกวา โรคติดต่อทางน้ํา แบคทีเรีย กลุมที่เปนตัวชี้ความสกปรกเรียกวา โคลิฟอรแบคทีเรีย(coliform bacteria) จะ อาศัยอยูในทางเดินอาหารของสัตวเลือดอุนและพบเปนจํานวนมากในอุจจาระ

คุณภาพน้ําใตดนิ(Ground Water Quality)

1. เหล็ก (Iron)

เหล็กในแหลงน้ําใตดินจะอยูในรูปของเฟอร์รัสไบคาร์บอเนต(Fe(HCO3

)2 ซึ่ง ละลายน้ําแตเมื่อนําขึ้นมาจากใตดินทิ้งไวในบรรยากาศสักครูก็จะขุนและ ตกตะกอนกลายเปนเฟอร์ริคไฮดรอกไซด์ Fe(OH)3 มีสีเหลืองแดง

9. สาหร่าย(Algae)

5

3. ความกระด้าง (Hardness)

ความกระดางเกิดจากธาตุที่มีประจุบวกสอง เชน แคลเซียม(Ca2+), แมกนีเซียม (Mg2+), สตรอนเตียม(Sr2+), แบเรียม(Ba2+), เหล็กเฟอรรัส(Fe2+) และแมงกานีส

อิออน(Mn2+)

- ทําใหเกิดตะกรันในหมอไอน้าํ- เกิดปญหากับสุขภัณฑตางๆ เชน เกิดคราบสีขาวเกาะอยูตามเครื่องสุขภัณฑ- รสชาติของน้ําไมนาดื่ม

2. แมงกานีส (Manganese)

แมงกานีสในแหลงน้ํ า ใตดินจะอยู ในรูปของแมงกานัสไบคาร์บอเนต (Mn(HCO3

)2 ซึ่งละลายน้ํา แตจะปรากฎอยูสองรูปแบบคือ แมงกานัส(Mn2+)

และแมงกานิก(Mn3+) เมื่อสัมผัสกับอากาศหรือออกซิเจนจะถูกเปลี่ยนสภาพเปน แมงกานีส(Mn+4) ซึ่งไมละลายน้ําและตกตะกอนเปนสีน้ําตาลดํา

6

สภาพปัญหาจากแหล่งน้ําบาดาลสภาพปัญหาจากแหล่งน้ําบาดาล

1.1. สนมิเหลก็สนมิเหลก็

2.2. สนมิแมงกานีสสนมิแมงกานีส

3.3. ตะกรันหนิปูนเกาะบนสุขภัณฑ์ตะกรันหนิปูนเกาะบนสุขภัณฑ์

77

สภาพปัญหาที่เกิดจาก Fe และ Mn

การอุดตนัในระบบทอจายน้ําการอุดตนัในระบบทอจายน้ํา

เกิดสีในน้ําประปาเกิดสีในน้ําประปา

กลิ่นสนิมเหล็กหรือกลิ่นคาวกลิ่นสนิมเหล็กหรือกลิ่นคาว

เกิดคราบสกปรกบนเสื้อผาเกิดคราบสกปรกบนเสื้อผา

เกิดคราบสกปรกบนเครื่องสุขภัณฑเกิดคราบสกปรกบนเครื่องสุขภัณฑ

88

ตะกรัน MnO2

99

สภาพปัญหาสนิมเหล็กสภาพปัญหาสนิมเหล็ก และและ แมงกานีสแมงกานีส

•• ทอสงน้ําอุดตันทอสงน้ําอุดตัน

•• สูญเสียคาน้ําจากวาลวที่ปดไมสนิทสูญเสียคาน้ําจากวาลวที่ปดไมสนิท

•• ปริมาณการสูบปริมาณการสูบ -- จายน้ําลดลงจายน้ําลดลง

1010

เกิดสนิมเหล็กและแมงกานีสอุดตันในระบบกรองน้ําและใบพัดเกิดสนิมเหล็กและแมงกานีสอุดตันในระบบกรองน้ําและใบพัด

1111

•• เกิดคราบที่สุขภณัทเกิดคราบที่สุขภัณท

ปัญหาสนิมเหล็กปัญหาสนิมเหล็ก และและ แมงกานีสแมงกานีส ในน้ําใช้ในน้ําใช้

1212

ปัญหาสนิมเหล็กปัญหาสนิมเหล็ก และและ แมงกานีสแมงกานีส ในระบบหล่อเย็นในระบบหล่อเย็น

•• สูญเสียพลังงานในการถายเทความรอนสูญเสียพลังงานในการถายเทความรอน

1313

จากความขุนใน น้ําประปา

จากการ หลงเหลือใน

น้ําประปา

จากการหลงเหลือใน น้ําประปาและปฎิกริยาการกัด

กรอนในระบบทอ

ความดันใน ระบทอจาย น้ําลดลง

ปริมาณและ คุณภาพน้ํา

ดอยลง

น้ําประปามีการ ปนเปอน

ตะกอนเหล็ก แมงกานีส และ

อลูมิเนียม

เกิดการรองเรียน จากผูใชน้ํา

1414

ความนารังเกียจของ Mn และ Fe

ชนิดธาตุชนิดธาตุ รสชาติรสชาติ การเกิดสีการเกิดสี

MnMn กลิ่นคาวกลิ่นคาว น้ําตาลดาํน้ําตาลดาํ ( (MnOMnO22

))

FeFe กลิ่นคาวกลิ่นคาว แดงอมเหลอืงแดงอมเหลือง

Fe(OH)Fe(OH)331515

มาตรฐานในน้ําดื่ม

ประเทศประเทศ MnMn MCL MCL

(mg/L)(mg/L)

Fe MCL Fe MCL

(mg/L)(mg/L)

AgencyAgency

ThailandThailand 0.050.05 0.30.3 TISTIS

JapanJapan 0.050.05 0.30.3 MHWMHW

USAUSA 0.050.05 0.30.3 USEPAUSEPA

UNUN 0.40.4 0.30.3 WHOWHO

1616

MCL :

Maximum Contaminant Level

MCLG :

Maximum Contaminant Level Goal

MHW = Ministry of Health, Labour

and Welfare

TIS = สํานักงานมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม

คําแนะนําขององคการอนามัยโลก ป 2549

ชนิดธาตุ มิลลกิรัม/ลิตร

MnMn 0.40.4

FeFe 0.30.3

1717

ความเปนพษิของ Mn และ Fe

ชนิดธาตุชนิดธาตุ ปริมาณความเปนพิษปริมาณความเปนพิษ รูปแบบรูปแบบ

MnMn 28 mg/L28 mg/L เซื่องซึมเซื่องซึม

ฟุงซานฟุงซาน

ใจสั่นใจสั่น

กลามเนื้อกระตุกกลามเนื้อกระตุก

FeFe 40 mg/Kg40 mg/Kg ตกเลือดตกเลือด

แหลงกําเนิดของธาตุ เหล็ก และ แมงกานีส

เปลอืกโลก : Mn 0.1 % , Fe 5 %แรธาตุทีม่าจากแมงกานีส

Manganite

: MnO(OH)

Housmannite

: Mn3

O4

Pyrolusite

: MnO2

Alabandite

: MnS

Rhodochrosite

: MnCO3

แรธาตุทีม่ากเหล็ก

Hematite : Fe2

O3

Magnetite : Fe3

O4

Pyrite : FeS2

Siderite : FeCO3

1919

รูปแบบของเหล็กในรูปละลายน้ํา

FeCO3

(S) Fe2+

+ CO32-

Fe(OH)2

(S) Fe2+

+ 2OH-

Fe2+

+ OH- FeOH+

Fe2++ 3OH- Fe(OH)3+

2020

MnCO3

(S) Mn2+

+ CO3-

Mn(OH)2

(S) Mn2+

+ 2OH-

Mn2+

+ OH- MnOH+

Mn2++ 3OH- Mn(OH)3+

รูปแบบของแมงกานีสในรูปละลายน้าํ

CO2

+ H2

O

H2

CO3

Iron and Manganese Minerals

MnCO3(s)

+ H2

CO3

Mn(HCO3

)2FeCO3(s)

+ H2

CO3

Fe(HCO3

)2

Precipitation

รูปแบบของเหล็กและแมงกานีสในนํ้าบาดาลรูปแบบของเหล็กและแมงกานีสในนํ้าบาดาล

ละลายน้ําไมละลายน้ํา

2222

Organics + O2 + Bacteria CO2 + H2 O + NH3 + Energy

Organics + Combined oxygen + Bacteria CO2 + H2 O + N2 + CH4 + H2 S +Energy

MnCO3

: manganous

carbonate

FeCO3 : ferrous carbonateMn(HCO3

)2 : manganous

bicarbonate

Fe(HCO3

)2 : ferrous bicarbonate

ปฎิกริยาทางเคมีของ Fe และ Mn ในน้าํ

Mn2+

ละลายน้ํา

Manganese ion

MnO2

ไม่ละลายน้ํา

Manganese Dioxide

Oxidation

Reduction

Fe2+

ละลายน้ํา

Ferrous ion

Fe(OH)3

ไม่ละลายน้ํา

Ferric Hydroxide

Oxidation

Reduction

2323

ชนิด รูปแบบของเหล็กและแมงกานีสในน้ําธรรมชาติ

แหลงน้ําแหลงน้ํา MnMn FeFe

น้ําบาดาลน้ําบาดาล MnMn2+2+ FeFe2+2+

สระหรือบึงสระหรือบึง MnMn2+2+ , MnO, MnO22 FeFe2+2+ , Fe(OH), Fe(OH)33

แมน้ําแมน้ํา MnOMnO22 Fe(OH)Fe(OH)33

2424

Fe(OH)3 MnO2

Bottom Sludge

Fe2+ Mn2+

ปฎิกริยาลดออกซิเจน (Reduction)

Fe(OH)3MnO2

ปฎิกรยิาเพิ่มออกซิเจน (Oxidation)

สภาพมีออกซิเจน (Aerobic)

สภาพไรออกซิเจน (Anaerobic)

ปฎิกริยาเคมีการเปลี่ยนรูปของ Mn และ Fe ในสระน้ําหรือบึง

2525

วิธีการกําจัดเหล็กและแมงกานีสออกจากน้าํ

ปฎิกริยาการเพิ่มออกซิเจนปฎิกริยาการเพิ่มออกซิเจน ++

Liquid / Solid SeparationLiquid / Solid Separation

การกรองโดยใชสารกรองการกรองโดยใชสารกรอง

การปรับคาการปรับคา pH + Liquid / Solid SeparationpH + Liquid / Solid Separation

แลกเปลี่ยนประจุแลกเปลี่ยนประจุ ( (Resin)Resin)

ใชแบคทีเรียใชแบคทีเรีย Iron Bacteria (Iron Bacteria (ClonothrixClonothrix

, , LeptothrixLeptothrix))

ใชสารเคมีตกตะกอนผลึกใชสารเคมีตกตะกอนผลึก ( (polyphosphate)polyphosphate)

ใชเทคโนโลยีขั้นสูงใชเทคโนโลยีขั้นสูง (Membrane Separation)(Membrane Separation) 2727

ปฎิกริยาการเพิ่มออกซิเจนในสารประกอบ

หลักพื้นฐาน

Mn2+

+

Oxidant MnO2

Fe2+

+

Oxidant Fe(OH)3

2828

ปฎิกริยา Oxidation ของ Mn และ Fe

Oxidation by O2

Oxidation by Cl2

Oxidation by ClO2

Oxidation by KMnO4

Oxidation by O3

การทดลอง

2929

Oxidation by O2

4 Fe2+

+ O2

+10 H2

O 4 Fe(OH)3

2 Mn2++ O2

+2 H2

O 2 MnO2 + 4 H+

+ 8 H+

หลักทฤษฎีพื้นฐาน Mn2+

: O2 = 1 : 0.29 mg/l

Fe2+

: O2 = 1 : 0.14 mg/l

Rate of Reaction : d[Mn+2]/dt =

k.[Mn+2].Po2

.[OH-] 2

Effective pH for Mn

is 9-9.53030

การสรางตะกอน (flash mixing)/การสมานตะกอน (slow mixing)

หอเติมอากาศน้ําดิบ

Alkali

การฆาเชื้อโรค(Chlorination)

การตกตะกอน การกรอง

Treatment Processes for Mn

and Fe Removalby O2

(from air) OxidationInterference : > 50 mg/l Silicic

acid (soluble silica)

สารสมสารสม

3131

Oxidation by Cl2

Mn2++Cl2

+2H2

O MnO2+ 2 Cl-

+4 H+

2Fe2++

Cl2

+ 6H2

O 2Fe(OH)3+2 Cl-

+6 H+


: Cl2 = 1 : 1.29 mg/l

Fe2+

: Cl2 = 1 : 0.64 mg/l

Reaction Time for Mn

>10hr. at pH 7(very slow)3434

Oxidation by ClO2

Mn2++2ClO2

+2H2

O MnO2 + 2 O2

+2 Cl-

+4 H+

Fe2++ClO2

+5 H2

O Fe(OH)3+2 O2

+ Cl-

+7 H+


: ClO2 = 1 : 2.50 mg/l

Fe2+

: ClO2 = 1 : 1.21 mg/l

3535

Oxidation by KMnO4

3Mn2++2KMnO4

+2H2

O 5 MnO2 + 2 K+

+4 H+

Mn2++ MnO2 + H2

O Mn2

O3 + 2 H+

Catalytic Reaction

3636

Oxidation by KMnO4

3Fe2++KMnO4

+7H2

O 3Fe(OH)3

+MnO2+K++5H+

Catalytic Reaction

2Fe2++2MnO2

+5H2

O 2Fe(OH)3

+Mn2

O3+4H+


: KMnO4 = 1 : 1.92 mg/l

Fe2+

: KMnO4 = 1 : 0.94 mg/l

3737

การสรางตะกอน (flash mixing)/การสมานตะกอน (slow mixing)น้ําดิบ


การตกตะกอน การกรอง


and Fe Removalby Oxidant

Cl2ClO2KMnO4

Alum

3838

การหาปรมิาณสารเคมทีี่เหมาะสมในการกาํจดัการหาปรมิาณสารเคมทีี่เหมาะสมในการกาํจดั เหลก็และแมงกานีสดวยเครือ่งมอืเหลก็และแมงกานีสดวยเครือ่งมอื Jar TestJar Test

ClCl2 Dose (mg/L)Dose (mg/L) 0.00.0 2.02.0 2.52.5 3.03.0 3.53.5 4.04.0

pHpH 8.118.11 7.957.95 7.907.90 7.837.83 7.777.77 7.727.72

Initial Initial MnMn 1.01.0 1.01.0 1.01.0 1.01.0 1.01.0 1.01.0

Final Final MnMn 0.510.51 0.510.51 0.560.56 0.520.52 0.530.53 0.540.54

% Removal% Removal 00 00 00 00 00 00

ผลการทดลองการกาํจดั Mn โดยใช Cl2

4242

ClOClO2 Dose (mg/L)Dose (mg/L) 0.00.0 0.90.9 1.11.1 1.31.3 1.51.5 1.71.7

pHpH 7.157.15 7.007.00 6.956.95 6.946.94 6.876.87 6.796.79


Final Final MnMn 0.790.79 0.400.40 0.310.31 0.190.19 0.100.10 0.050.05

% Removal% Removal 00 49.449.4 60.860.8 75.975.9 87.387.3 93.793.7

ผลการทดลองกาํจดั Mn โดยใช ClO2

4343

KMnOKMnO4 Dose (mg/L)Dose (mg/L) 0.00.0 0.80.8 1.01.0 1.21.2 1.41.4 1.61.6

pHpH 7.177.17 7.177.17 7.177.17 7.187.18 7.207.20 7.227.22


Final Final MnMn 0.610.61 0.080.08 0.000.00 0.000.00 0.000.00 0.000.00

% Removal% Removal 00 86.986.9 100100 100100 100100 100100

ผลการทดลองกาํจดั Mn โดยใช KMnO4

4444

Jar Test Jar Test ดางทับทิมกาํจดัเหล็กและแมงกานสีดางทับทิมกาํจดัเหล็กและแมงกานสี

Mn2+ 1 mg/l = 1.92 mg/l KMnO4

Fe2+ 1 mg/l = 0.94 mg/l KMnO4

ขั้นตอนการทาํ Jar Test

1. ทดลองน้าํดบิสังเคราะห

2. ทดลองน้าํดิบจรงิ

- สังเคราะหปรมิาณเหลก็และแมงกานสีขึน้มาทาํการทดลอง- ไมปรบัและปรบัคา pH ใหน้าํดบิสงัเคราะหใหไดคาประมาณ 7.5- สารเคมทีีน่าํมาใชทดลอง เลอืก ดางทบัทมิ

- ปรบัคา pH ใหน้าํดบิใหไดคาประมาณ 7.5- สารเคมทีีน่าํมาใชทดลอง เลอืก ดางทบัทมิ

ขั้นตอนการทาํ Jar Test 1. ทดลองน้ําดิบสงัเคราะห

น้าํดบิสงัเคราะหวิเคราะหปริมาณเหลก็ แมงกานีส pH Alkalinity

ปรบัและไมปรบัคา pH น้าํดบิสงัเคราะห

ปรบัความเรว็รอบ Jar Test 100 rpm ที ่1 minuteจายดางทับทิม

ปรบัความเรว็รอบ Jar Test 100 rpm ที ่1 minuteจายสารสรางตะกอน เชน สารสม หรือ PACl

ปรบัความเรว็รอบ Jar Test 50 rpm ที ่5 minute



วิเคราะหคณุภาพน้าํสวนใส พารามิเตอร เหลก็ แมงกานสี pH Alkalinity

ขั้นตอนการทาํ Jar Test 2. ทดลองน้ําดิบจริง

น้าํดบิจริงวิเคราะหปริมาณเหลก็ แมงกานีส pH Alkalinity

ปรบัคา pH น้าํดบิจริง

ปรบัความเรว็รอบ Jar Test 100 rpm ที ่1 minuteจายดางทับทิม

ปรบัความเรว็รอบ Jar Test 100 rpm ที ่1 minuteจายสารสรางตะกอน เชน สารสม หรือ PACl




วิเคราะหคณุภาพน้าํสวนใส พารามิเตอร เหลก็ แมงกานสี pH Alkalinity

การทดลองน้าํดบิสงัเคราะห

สังเคราะหปริมาณเหล็ก = 20 mg/l

สังเคราะหปริมาณแมงกานีส = 6 mg/l

KMnOKMnO4 Dose (mg/L)Dose (mg/L) 0.00.0 1010 1515

2020 2525 3030KMnOKMnO4 Dose (mg/L)Dose (mg/L)

PAClPACl Dose (mg/l)Dose (mg/l) 2020 2020 2020

PAClPACl Dose (mg/l)Dose (mg/l) 2020 2020 2020

KMnOKMnO4 Dose (mg/L)Dose (mg/L) 0.00.0 1010 1515 2020 2525 3030

PAClPACl Dose (mg/l)Dose (mg/l) 2020 2020 2020 2020 2020 2020

Initial MnInitial Mn2+ 2+ (mg/l)(mg/l) 66 66 66 66 66 66

Initial FeInitial Fe2+ 2+ (mg/l)(mg/l) 2020 2020 2020 2020 2020 2020

Final MnFinal Mn2+ 2+ (mg/l)(mg/l) -- >>33 2.732.73 0.230.23 0.020.02 over over dosedose

Final FeFinal Fe2+ 2+ (mg/l)(mg/l) -- 0.260.26 0.070.07 0.050.05 0.030.03 over over dosedose

ผลการทดลองกาํจดั Fe2+,Mn2+ โดยใช KMnO4

5353

Raw Water Quality : pH = 6.7 (ไมปรบัคา pH)

Alkalinity = 52 mg/l

Mn+4

Mn+7

KMnOKMnO4 Dose (mg/L)Dose (mg/L) 2020 2525

Alum Alum Dose (mg/l)Dose (mg/l) 3030 3030

Initial MnInitial Mn2+ 2+ (mg/l)(mg/l) 66 66

Initial FeInitial Fe2+ 2+ (mg/l)(mg/l) 2020 2020

Final MnFinal Mn2+ 2+ (mg/l)(mg/l) 0.000.00 over over dosedose

Final FeFinal Fe2+ 2+ (mg/l)(mg/l) 0.000.00 over over dosedose

5656

Raw Water Quality : pH = 7.5 (ปรับคา pH)


ผลการทดลองกาํจดั Fe2+,Mn2+ โดยใช KMnO4

การทดลองน้าํดบิจรงิ

ปริมาณเหล็ก = 43 mg/l

ปริมาณแมงกานีส = 2.12 mg/l

เปรยีบเทยีบตวัอยางน้าํดบิชนดิเดยีวกนัแตเกบ็โดยการรกัษา ตวัอยางน้าํดวยกรด H2

SO4

และไมใสกรด H2

SO4

การเกบ็ตวัอยางน้าํดบิเพือ่วเิคราะหเหลก็และแมงกานสีรกัษา

ตวัอยางน้าํดวยกรด H2

SO4 รกัษา pH ใหต่าํกกวา 2

Jar Test RESULT NO.1

KMnOKMnO4 Dose (mg/L)Dose (mg/L) 0.00.0 55 1010 1515 2020 2525AlUMAlUM Dose (mg/l)Dose (mg/l) 2020 2020 2020 2020 2020 2020Initial MnInitial Mn2+ 2+ (mg/l)(mg/l) 2.122.12 2.122.12 2.122.12 2.122.12 2.122.12 2.122.12Initial FeInitial Fe2+ 2+ (mg/l)(mg/l) 4343 4343 4343 4343 4343 4343

Final MnFinal Mn2+ 2+ (mg/l)(mg/l) 1.941.94 0.190.19 over over dosedose

over over dosedose

over over dosedose

over over dosedose

Final FeFinal Fe2+ 2+ (mg/l)(mg/l) 0.10.1 0.000.00 over over dosedose

over over dosedose

over over dosedose

over over dosedose

% Mn% Mn2+ 2+ RemovalRemoval -- 90.290.2 -- -- -- --% Fe % Fe 2+2+ RemovalRemoval -- 100100 -- -- -- --pH FinalpH Final 7.477.47 7.457.45 7.437.43 -- -- --

Raw Water Quality : pH = 6.08 ปรับ pH ใหได 7.5 โดยใช Na2

CO3


หมายเหต ุ: ใชดางทับทิมเพิม่ขึ้น 0.36

mg/l

(จากการคาํนวณ Dose ควรเปน 5+0.36

=

5.36 mg/l)

เหลือจากน้ําดิบ

ภาพการทดลองที ่1

น้าํดบิจรงิ(ไมใสกรด)ปรบั pH

โดยใช Na2

CO3 เพือ่คาํนวณหา

คาสารเคมจีรงิ

น้าํดบิจรงิ(ใสกรด)ปรบั pH

โดยใช Na2

CO3 เพือ่ทดลอง

Jar Test

ภาพการทดลองที ่1 ชวง Flash Mix 100 rpm 1 min

2. เติม Alum หลัง ที่ Flash Mix 100 rpm 1 min1. เติม KMnO4

กอน ที่ Flash Mix 100 rpm 1 min

ภาพการทดลองที ่1 ชวง Slow Mix 50 และ 20

rpm 5 min

ภาพการทดลองที ่1 ชวง Setting 5 min

KMnOKMnO4 Dose (mg/L)Dose (mg/L)AlUMAlUM Dose (mg/l)Dose (mg/l)

0.00.02020 2020 2020

55 1010

AlUMAlUM Dose (mg/l)Dose (mg/l) 2020 2020 2020KMnOKMnO4 Dose (mg/L)Dose (mg/L) 2020 25251515

Jar Test RESULT NO.2

Raw Water Quality : pH = 6.08 ปรับ pH ใหได 7.5 โดยใช Na2

CO3

Alkalinity = 68 mg/lKMnOKMnO4 Dose (mg/L)Dose (mg/L) 0.00.0 66 88

AlUMAlUM Dose (mg/l)Dose (mg/l) 3030 3030 3030Initial MnInitial Mn2+ 2+ (mg/l)(mg/l) 2.122.12 2.122.12 2.122.12Initial FeInitial Fe2+ 2+ (mg/l)(mg/l) 4343 4343 4343

Final MnFinal Mn2+ 2+ (mg/l)(mg/l) 1.941.940.50.5

(over)(over)over over dosedose

Final FeFinal Fe2+ 2+ (mg/l)(mg/l) 0.10.1 0.000.00 over over dosedose

% Mn% Mn2+ 2+ RemovalRemoval -- over over dosedose -- -- -- --

% Fe % Fe 2+2+ RemovalRemoval -- 100100 -- -- -- --pH FinalpH Final 7.57.5 7.457.45 7.437.43 -- -- --

หมายเหต ุ: ใชดางทับทมิเกนิ 1.43

mg/l ซึ่งเกดิจากดางทบัทมิ(KMNO4

) (จากการคาํนวณ Dose ควรเปน 6-1.43

=

4.53 mg/l)

จากดางทับทิม (KMnO4

)M.W

KMnO4

= 157.996

M.W

Mn

= 54.938

ภาพการทดลองที ่2 ชวง Flash Mix 100 rpm 1 min

2. เติม Alum หลัง ที่ Flash Mix 100 rpm 1 min1. เติม KMnO4

กอน ที่ Flash Mix 100 rpm 1 min

ภาพการทดลองที ่2 ชวง Slow Mix 50 และ 20

rpm 5 min

ภาพการทดลองที ่2 ชวง Setting 5 min

KMnOKMnO4 Dose (mg/L)Dose (mg/L)

AlUMAlUM Dose (mg/l)Dose (mg/l)

0.00.0

3030 3030 3030

66 88

Oxidation by O3

Mn2++

O3

+ H2

O MnO2+ O2

+2 H+

2Fe2++

O3

+5H2

O 2Fe(OH)3+ 2 O2

+4 H+


: O3 = 1 : 0.87 mg/l

Fe2+

: O3 = 1 : 0.43 mg/l

7070

น้ําดิบ

การฆาเชือ้โรค(Chlorination)การตกตะกอน การกรอง


and Fe Removalby O3

Oxidation

Alum

Ozonizer

O3

Contact Chamber

น้ําสะอาด

การสรางตะกอน (flash mix)/การสมานตะกอน (slow mix)

7171

ชนิดสารเคมี ปริมาณสารเคมี (มก.) สําหรับกําจัด 1 มก.

Fe MnO2 0.14 0.29

Cl2 0.64 1.29ClO2 1.21 2.50

KMnO4 0.94 1.92O3 0.43 0.87

ตารางสรุปการกําจัดเหล็กและแมงกานีส

7373

การกําจัดเหล็กและแมงกานีส โดยใช้สารกรอง

(Contact Oxidation)

ËÅa¡¾ืé¹°Ò¹

Mn

, Fe WaterPass Through

Mn

, Fe Sand Mn

, Fe Free Water

Mechanism : Contact Oxidation

7474

คุณลักษณะของ Mn และ Fe Sand

Mn

–

Sand (greensand)

sand

MnO2

coating material

Fe –

Sand

sand

FeooH

coating material

7575

(goethite)

การสราง Mn-Sand

1. สรางโดยปฎิกริยาเคมี

1. Add MnCl2

Mix

2. Add KMnO4

Mix

Leave 24 Hr.

3. Wash with water

2. สรางโดยการ regenerate Cl2 ในกระบวนการผลิตน้ําCondition : Continuous Chlorination

Raw Water containing

Mn+2

( 0.05 mg/L Mn+2

in Raw Water Mn-Sand develop in 3 months)

7676

การสราง Mn-Sand โดยปฎิกริยาทางเคมี

วัตถุดิบทีใ่ชเปนวัตถุดิบทีใ่ชเปน MediaMedia

1. Zeolite

( Glauconite)

( ( K,N,CaK,N,Ca

))

0.5 0.5 ––

11

( Fe( Fe+3+3

, Al , Fe, Al , Fe+2+2

,Mg ),Mg )

2 2 ( Si,Al)( Si,Al)

44

OO

1010

(OH)(OH)

22

.nH.nH

22

OO

2. Graded Sand

7777

การสราง Mn-Sand โดยปฎกิรยิาทางเคมี

1 m3

Sand

Add 150 L 3% MnCl2 Mix well

Add 75 L 3% KMnO4 Mix well

Mn–

Sand Develop

Leave 24 hr. and Wash Well

7878

ปฎิกริยาทางเคมีเมื่อวัสดุเปน graded sand

s + 3 MnCl2

+ 2KMnO4

+ 2H2

O

s MnO2

MnO2MnO2

MnO2

MnO2

+ 4 HCl

+ 2 KCl

( 5 MnO2

)

7979

ปฎิกริยาทางเคมีเมื่อวัสดุเปน Zeolite (Glauconite)

Step 1. Ion Exchange :

2NaZ + MnSManganese sulfide or manganese sulfate(MnSO4

)

ZMn2+ + 2Na+ + S2+

Step 2. Activation :

ZMn2+ + KMnO4ZMnOx

Greensand

Z

Z

+ MnS ZMn2+

Na+

Na++ 2Na+ + S2+

Mn2+

+ KMnO4Z

MnOx

ปฎิกริยาการสราง Green Sand ดวยวัสดุ Zeolite

(Glauconite)

ปฎิกริยาทางเคมีเมื่อวัสดุเปน Zeolite (Glauconite)

Step 3. Deactivation :

Fe2++ ZMn2

Ox +

Step 4. Regeneration :

Z + KMnO4ZMnOx

Greensand

Z MnOxMn2+

S2-

As2+

Fe3+

Mn4+

As5+S0

+ H+

Acid

Mn2

Ox

กลไกการเกดิปฎกิริยา Contact Oxidation (Mn)

sand

MnO2

.H2

O

Active

sand

Inactive

MnO2

.MnO

Mn+2

+

MnO2

.H2

O MnO2

.MnO

+ 2H+

Mn+2

8585

กลไกการฟนฟูสภาพ Mn-Sand ที่หมดประสิทธิภาพ

sand

MnO2

.H2

O

Active

sand

Inactive

MnO2

.MnO

MnO2

.MnO + Cl2 + 3H2

O 2MnO2

.H2

O

+ 2HCl

Cl2

8686

Mn+2

+

MnO2

.H2

O + HH22

OO MnO2

.MnO

+ 2H+

MnO2

.MnO

+ Cl2

+ 3H2

O 2MnO2

.H2

O

+ 2HCl

8787


การฆาเชื้อโรค(Chlorination)การตกตะกอน

Contact Filtration


Removalby Contact Filtration

Alum Chlorine (intermediate)

Mn

Sand

8888

Formation of Manganese greensand by Residual Chlorine in Operation

ปจจัยที่มีอิทธิพลตอการกําจัดแมงกานีสดวยแมงกานีสกรีนแซนด

1.

ปริมาณแมงกานีสในน้ําเมื่อปริมาณแมงกานีสในน้ําเพิม่มากขึน้ อาํนาจในการออกซิไดซของแมงกานีสกรีน

แซนดจะหมดลงเร็ว ทําใหอายุของสารกรองสั้นลง ซึ่งจะทําใหเปลืองสารเคมีที่ใชใน การรีเจเนอเรชั่น นอกจากนี้ อตัราการกรองที่ใชจะต่ําลง เพื่อใหแมงกานีสถูกกําจัด ออกจากน้ําไดอยางมีประสิทธภิาพ

2.

คาพีเอชคาพีเอชจะมีผลตออัตราเร็วของปฏิกริิยาออกซิเดชั่นแมงกานีส โดยอัตราเร็วของ

ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นจะเพิ่มตามการเพิ่มของคาพีเอชหรือลดลงเมื่อคาพีเอชลดและท

ี่คาพีเอชเปนกรดอาจทําใหแมงกานีไดออกไซดที่เคลือบบนสารกรองหลุดออก สําหรับ

พีเอชที่เหมาะในการกําจัดแมงกานีสในน้ําดวยกรีนแซนด คอื พีเอชในชวง 7.5

–

8 สําหรับกระบวนการรีเจเนอเรชั่นแบบทีละครั้ง สวนรีเจเนอรชั่นแบบตอเนื่อง

สารละลายโปตัสเซียมเปอรแมงกาเนตสามารถออกซิไดซแมงกานีสที่กวางกวา

3.

อัตราการกรอง

อัตราการกรองต่ําจะทําใหเวลาสัมผัสระหวางน้ําดบิกับชั้นกรองมีมากขึ้น แมงกานีส ถูกออกซิไดซโดยชั้นกรองของแมงกานีสกรีนแซนดไดมาก ทําใหประสิทธิภาพใน

การกําจัดแมงกานีสเพิ่มขึ้น แตถาอัตราการกรองสูง เวลาสัมผัสระหวางน้าํดบิกับ ชั้นกรองนอย โอกาสที่แมงกานีสจะถูกออกซิไดซสั้นลง ทําใหประสิทธิภาพในการ กําจัดแมงกานีสลดลง อัตราการกรองระหวาง 5 – 12 เมตร/ชั่วโมง

4.

สารที่เจือปนในน้ําดิบ

สารที่เจือปนในน้ําดบิ เชน เหล็ก สารอินทรีย สารประกอบไนโตรเจน ไฮโดรเจนซัลไฟด สี และความขุน จะมีผลทําใหความตองการปริมาณสารละลาย

โปตัสเซียมเปอรแมงกาเนตเพื่อใชในการออกซิไดซเพิ่มมากขึน้ และทําใหอาํนาจใน การออกซิไดซของแมงกานีสกรีนแซนดลดลงดวย

5.

การรีเจเนอเรชั่นการ Regeneration เปนการฟนฟูอํานาจการออกซิไดซของแมงกานีสกรีนแซนดใหม

ี

ประสิทธภิาพเชนเดิม การ Regeneration จึงเปนปจจัยสําคัญที่มีอิทธิพลตอ ประสิทธภิาพในการกําจัดแมงกานีสของแมงกานีสกรีนแซนด ดงันั้นในการ

Regeneration แบบทีละครั้ง จงึตองใชสารละลายโปตัสเซียมเปอรแมงกาเนตใน ปริมาณที่มากเกินพอเพื่อใหแนใจวาแมงกานีสกรีนแซนดมีประสิทธิภาพในการ

ออกซิไดซเหมือน เดิมสําหรับการรีเจเนอเรชั่นแบบตอเนื่องนั้นการเติมสารละลาย โปตัสเซียมเปอรแมงกาเนตควรใหมีเวลาสัมผัสระหวางน้าํดบิกับสารละลาย

ประมาณ 20

–

60 วนิาที กอนที่น้ําดบิจะเขาสูถังกรองเพื่อใหเกิดการออกซิไดซ

อยางสมบูรณ

6.

ความเปนดาง เนื่องจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของแมงกานีสที่เกิดขึ้น จะทําลายสภาพความเปนดาง

ของน้ําเนื่องจากมีกรดจากปฏกิิริยา ดังนั้นพีเอชของน้ําจะลดลงถาน้าํมีสภาพความ เปนดางไมเพียงพอที่จะทําลายกรดที่เกิดขึ้น ทําใหอตัราเร็วของการเกิดปฏิกิริยา

ออกซิเดชั่นจะชาลง

7.

อุณหภูมิ

อุณหภมูิจะมีผลตอคาคงที่ของอัตราเร็วของปฏิกิริยาออกซิเดชั่น และยังมีผล ตอสมดุลยของกรด-ดาง และการละลายน้ําของสารตางๆในน้ํา อตัราการทํา ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นระหวางแมงกานีสกับออกซิเจนจะชาลงเมื่ออุณหภมูิลดลง

กลไกการเกิดปฎิกริยา Contact Oxidation (Fe)

sand

FeOOH

Active

sand

Inactive

FeO(OFe)+

Fe+2

+

FeOOH FeO(OFe)+

+ H+

Fe+2

9595

¡Åä¡¡ÒÃ¿ ��¹¿ÙÊÀÒ¾ Fe-Sand ·ÕèËÁ´»ÃaÊi·¸iÀÒ¾

sand

FeOOH

Active

sand

Inactive

FeO(OFe)+

FeO(OFe)++2OH-+1/4O2

+H+ 2FeOOH+1/2H2

O

O2

9696

(goethite)



การตกตะกอน Contact Filtration

Treatment Processes for Fe Removalby Contact Filtration

Alum

Fe Sand

เติมอากาศ

9797

สภาพปญหาและวิธีการแกไข

สภาพปญหาสภาพปญหา ผลที่เกิดผลที่เกิด วิธีการแกไขวิธีการแกไข

Effective Size Effective Size and Uniformity and Uniformity เปลี่ยนไปเปลี่ยนไป

หนาที่ของทรายหนาที่ของทราย กรองทํางานไดไมกรองทํางานไดไม

เต็มที่เต็มที่

ปรับปรุงระบบการปรับปรุงระบบการ ลางยอนใหมลางยอนใหม

9898

การปรับปรุงระบบการลางยอน (Washing System)

9999

Alternate Manganese Dioxide Coated Media

1. BIRM Media (Burgess Iron Removal Method)

วัตถุดิบประกอบดวย

-

Aluminum Silicate Sand

(Al2

O3

.SiO2

)

-

Media

-

Manganous

salts –

MnCl2

or MnSO4

2. Pyrolusite

(pure manganese dioxide –

MnO2

)

-

Potassium permanganate –

KMnO4

ปฎิกริยาทางเคมี(BIRM)

ass + 3 MnCl2

+ 2KMnO4

+ 2H2

O

assMnO2

MnO2MnO2

MnO2

MnO2

+ 4 HCl

+ 2 KCl

( 5 MnO2

)

101101

Aluminum Silicate Sand

สภาวะการใชงาน BIRM

1.

ความเปนดาง (Alkalinity) ตองมากกวาความเขมขน ของซัลเฟต(Sulfate) และคลอไรด (Chloride) 2 เทา

2.

คา pH ตองอยูระหวาง 6.8

-

9

3.

ตองมีการจายอากาศเขาบริเวณดานหนา BIRM เพื่อใหมีคาออกซิเจนละลายน้ํามากกวาความเขมขน

ของเหล็ก 15

% เมื่อความเขมขนของเหล็กละลายน้ํา มากกวา 3 มิลลกิรัม/ลิตร

4.

อัตราการกรองผาน BIRM ระหวาง 8

–

12 เมตร/ชั่วโมง

สภาวะการใชงาน BIRM (ตอ)

5.

ความสูงของ BIRM ระหวาง 75 – 90 เซ็นติเมตร

6.

น้ําดิบทีม่ีคาไฮโดรเจนซัลไฟด(H2

S) หรือสารอินทรีย

มากกวา 4 มิลลกิรัม/ลิตร ไมเหมาะสําหรับการใช BIRM

7.

น้ําดิบไมควรมีคาโพลีฟอสเฟต(polyphosphates) เพราะจะ ไปเคลือบ BIRM ทําใหประสทิธิภาพลดลง

uestuestionsions ??

กรองน้ำฮาก1

Documents

Transcript of กรองน้ำฮาก1