المياه القذرة

محفز مادوكس: معالجة عالية الأداء للمياه الملوثة

مقدمة لمحفز مادوكس


مادوكس هو محفز المنتجة
من خام المنغنيز النقي الذي تم التعامل معه في فرن خاص باستخدام تقنيات الملكية. ويستخدم كمحفز غير متجانس لإزالة و / أو الحد من بعض الملوثات من الماء. وتشمل هذه الملوثات الحديد والمنغنيز والألومنيوم والكلوريدات ومختلف الغازات الذائبة والحمضية. مادوكس يمكن أن تكون بمثابة أكسيد المعادن الانتقالية بمثابة محفز.

كيف يعمل

المفهوم المركزي المحيط بمحفز مادوكس القائم على السرير
لتنقية المياه
هو أن الحديد الذوبان والأيونات المعدنية الأخرى والغازات الذائبة تصبح مؤتأكسدة بواسطة محفز مادوكس المؤاكس للغاية ، مما يجعل البعض يعجل أو يتحلل على ملامسة.

ثم تتم تصفية الرواسب باستخدام فلتر مناسب ، والذي يتم إزالته من وسيط التصفية أو الوسائط عن طريق الغسيل الخلفي.

في حالة إزالة الحديد بواسطة محفز مادوكس (المنغنيز) ، تكون المعادلات الأيونية على النحو التالي.

2Fe2 + + MnO2 + 2H2O ⇌ 2Fe3 + + Mn2 + + 4OH-
Mn2+ + MnO2 + 2H2O ⇌ 2Mn3+ + 4OH-

المنغنيز في MnO2 في حالة الأكسدة +4. ويمكن رؤية أن الحديد القابل للذوبان في الماء في كثير من الأحيان (2) أيون تتأكسد إلى الحديد (3) من أكسيد المنغنيز من محفز مادوكس; الحديد (iii) مركبات عادة أقل ذوبانا في الماء من نظرائهم الحديد (ii). المنغنيز (2) مركبات / المجمعات لديها ميل إلى أن تكون قابلة للذوبان في الماء، ولكن مزيد من الأكسدة في المعادلة الثانية إلى المنغنيز (iii) أيون يجعل الذوبان أكثر فقرا. توازن الذوبان في الذوبان أمر بالغ الأهمية في إعدادات تنقية المياه، مع عدد أقل من المركبات المعدنية الذوبان تمر عبر النظام كلما كان ذلك أفضل. ومع ذلك، فإن بعض أملاح الحديد والمنغنيز شبه القابلة للذوبان أو غير القابلة للذوبان التي تنتج أثناء الأكسدة ستحتاج إلى إزالتها من المصب عن طريق الترشيح من 1 إلى 5 ميكرومتر.

الموافقة المسبقة عن علم مميزة

الرقم الهيدروجيني

pH هو، بشكل عام، مقياس مدى حمضية أو مادة أساسية. يتم تجربة قيم درجة الحموضة المنخفضة في البيئات الحمضية ، في حين يتم العثور على قيم درجة الحموضة الأعلى عندما يكون الوسط أساسيا / قلوية. واحدة من قدرات حمى الحموضة الأكثر عمقا هو تعديل قابلية الذوبان من المواد المختلفة.

قدرة مادوكس على العمل على مدى مجموعة واسعة من قيم درجة الحموضة تنتج عن قدرة الوسيط على إزالة الغازات الحمضية الذائبة أولا من المياه منخفضة درجة الحموضة ، مما تسبب في المعادن الذائبة أو بعضها (في حالة Fe و Mn و Al) للتعجيل بشكل طبيعي في نطاق هطول الأمطار العادي درجة الحموضة - يتم تعزيز عملية هطول الأمطار هذه من خلال قدرة الأكسدة في Maddox نفسها ، مما يؤدي تماما إلى معدلات إزالة / انخفاض عالية جدا.

في حالة ارتفاع درجة الحموضة المياه، أي في حالة عدم وجود الغازات الحمضية المذابة، ثم تتأكسد الجزء المذاب من المادة من قبل مادوكس وحدها، إلى درجة أقل أو أكبر من الكفاءة، اعتمادا على نوعية المياه عموما.

وبما أنه لا يمكن تطبيق قواعد ثابتة وسريعة في حالات عديدة، أو في غياب قاعدة بيانات موثوقة أو تحليل مفصل، ينصح بإجراء عمل اختبار تجريبي مختبري أو صغير النطاق من أجل تحديد معايير تشغيل أكثر دقة وكفاءة عملية.

المياه النظيفة التي تجري فوق شلال

الجوانب التشغيلية

الإعداد الأساسي لسرير مادوكس هو مدخل المياه ومنفذ ، وسرير مادوكس نفسه ، ومرشحات المعالجة قبل و / أو بعد وبعض وسائل غسل الظهر لإزالة الملوثات المستردة.

يمكن تشغيل العمليات الحفازة لسرير Maddox بمعدلات مستمرة تتراوح بين 8-12 مترا مكعبا في الساعة لكل متر مربع من المحفز ، اعتمادا على خصائص معينة للمياه الخام. يتطلب غسل الظهر معدل تدفق أعلى بكثير من 30 إلى 50 م3ساعة- 1م-2.

تسمح الكثافة العالية للسوائب (1.8) من Maddox باستخدام الوسيط في نمط التدفق الأعلى - وهذا يؤدي إلى سوائل جزيئات Maddox جزئيا مما يحسن العملية المتاحة أكثر من مساحة السطح النشطة - فهو يعزز إطلاق الجسيمات المعجلة من الوسط ، مما يمنع الأخطاء ويسمح للمدوكس بعدم الأداء كمرشح جسيمات معلق.

التجديد

هناك حاجة إلى تجديد السرير المحفز Maddox بعد عدد معين من الدورات - أي بعد استنفاد قوة الأكسدة لسرير Maddox. والأهم من ذلك، أن هذه العملية يجب أن تكتمل قبل الإرهاق الكامل لسرير محفز مادوكس. يتم تنفيذ هذه العملية سهلة من خلال تطبيق برمنغنات البوتاسيوم (KMnO4، 1.75 إلى 3.5 ٪ حل) أو هيبوكلوريت الكالسيوم -- كل من هذه المواد هي الأكسدة القوية والعودة "المستهلكة" محفز المنغنيز مرة أخرى إلى المنغنيز حالة الأكسدة العالية لاستخدامها مرة أخرى. تتطلب علاجات التجديد الشائعة ساعة واحدة على الأقل من التعرض للتأكسد التجديدي ، وبعد ذلك يتم استخدام عملية غسل الظهر الصارمة لإزالة الأكسدة الزائدة وغيرها من المواد غير المرغوب فيها.

وقد تم مؤخرا تطوير التجديد المستمر ويستخدم مصابيح الأشعة فوق البنفسجية منخفضة ومتوسطة الكثافة المطبقة على السرير. وهذا يولد الأكسجين (كاليفورنيا 3 غرام في الساعة) والأوزون (كاليفورنيا 2 غرام في الساعة) كما المؤاكسات في الموقع، والتي توفر مستوى منخفض ولكن تجديد مستمر من السرير محفز مادوكس. مستويات الكفاءة من هذا العلاج في الموقع تعتمد على معدل تدفق المياه وحجم وطاقة المصباح.

الخصائص الفيزيائية للمحفز وسرير المحفز

عادة ما يتم نشر أسرة مادوكس في نطاق عمق 300 إلى 800 ملم ، اعتمادا على قدرة تدفق المياه المصممة وجودة المياه الخام. حاسم هو حقيقة أن وسائل الإعلام مادوكس لديها مستويات مناسبة من تحت الفراش عند الحاجة.

كما هو محفز غير متجانسة، مادوكس حجم الحبوب المسائل كما حجم الحبوب / الجسيمات هو وكيل لمساحة السطح. مساحة السطح هي واحدة من أهم جوانب محفز غير متجانسة. تتراوح أحجام الحبوب الفعالة لمحفز مادوكس من 0.25 إلى 3.3 مم - أي حجم عملي بسهولة - مع أحجام شبكية مناظرة تتراوح بين 0.3 إلى 3 مم. عند استخدامها على مقياس متعدد الكيلوغرام، تتناسب أحجام الجسيمات هذه مع مساحات سطحية كبيرة.

الاستنزاف هو مصدر قلق طفيف مع أسرة محفز مادوكس، مع خسائر في المنطقة من 3 إلى 5٪ سنويا، يمكن أن تعمل عمليات قابلة للحياة لفترات طويلة من الزمن قبل أن يتطلب الأمر استبدال وسائل الإعلام الإجمالية. مثل طول العمر هو سلسلة أخرى في القوس من أسرة مادوكس كنظام قوي وعالي الأداء.

مصنع استخراج المذيبات

المعالجة المسبقة للمواد السائلة المنبع

ما قبل أكسدة السوائل المنبع كاستراتيجية مشتركة يستخدمها مهندسو العمليات حيث يتم أكسدة المياه الخام الواردة المنبع مع غاز الكلور أو الصوديوم أو هيبوكلوريت الكالسيوم؛ أو بشكل مباشر أكثر مع الأوزون والأوكسجين أو برمنغنات البوتاسيوم. إلى حد ما ، يمكن أن يزيل ما قبل الأكسدة الملوثات التي سيتم إزالتها من قبل Maddox ، ولكن استخدام هذه العلاجات المسبقة ليس عملية سهلة مثل السماح للمياه الملوثة بالمرور عبر سرير Maddox كما هو مصمم.

ولذلك يمكن القول أن استخدام محفز مادوكس ينفي الحاجة إلى معالجة إمدادات المياه في وقت مبكر باستخدام هيبوكلوريت الصوديوم أو البوتاسيوم، أو أي من المؤأكسدات السابقة للعلاج المذكورة أعلاه.

العكر (المقياس الواسع لالمواد الصلبة المعلقة في السائل ، والعكر العالي يعني أن هناك مستويات عالية من المواد المعلقة ، وبالتالي أقل نقية / نظيفة السائل) هو اعتبار مهم في أي عملية تتعامل مع هطول الأمطار والترشيح.

سيتم أكسدة الأملاح المعدنية في المواد الصلبة المعلقة باستخدام عملية ما قبل العلاج ، والتي تتطلب في حد ذاتها عملية ترشيح قبل سرير Maddox لتصفية المواد الصلبة المعلقة المتولدة بحيث يتم تقليل العكر ، مما يسمح بوظيفة محفزة مثالية. تتطلب المستويات العالية من العكر الغسل المتكرر للظهر ، وبالتالي فإن حجم الفلتر و / أو المرشحات التسلسلية هي عوامل مهمة يجب أخذها في الاعتبار.

تأثير الكلور

العديد من محفزات أكسيد المنغنيز عرضة للتسمم بسبب وجود مستويات مرتفعة من الكلور ، مما يسبب انخفاض مستويات نشاط المحفز (1). التكلس الذي يحدث أثناء إطلاق النار الأولي / التدفئة في تصنيع محفز مادوكس الذي من المرجح أن يسبب المحفز أن يكون مساحة سطح عالية يؤدي إلى محفز أكثر نشاطا بشكل عام ، مع المزيد من "المواقع النشطة" ، وبالتالي سيتطلب مستويات عالية من الكلور الحالي للسم بما فيه الكفاية.

مصنع وسائط التصفية المزدوج

تطبيقات محددة في الحديد، والمعادن الأخرى (والمركبات ذات الصلة) إزالة

نظرا لنشر محفز مادوكس في هيكل "السرير" ، فإنه يستخدم الأكثر شيوعا لإزالة الملوثات المختلفة من السوائل ، مثل كبريتيد الهيدروجين والحديد ومجموعة متنوعة من الأملاح المعدنية. ويمكن أن يؤدي التخفيض إلى تتبع المستويات أو القضاء التام على الملوثات إلى الفرق بين إمدادات المياه القابلة للحياة والإمدادات الخطرة.

إزالة الحديد

واحدة من التطبيقات الرائدة من المواد الحفازة السرير مادوكس لإزالة مركبات الحديد من الماء. ويرتبط ابتلاع الحديد في المستويات التي تلبي أو تتجاوز 60 ملغ لكل كيلوغرام من وزن الجسم مع سمية, خاصة في الأطفال(2). في حين أن السمية هي وظيفة الجرعة وبطانة الجهاز الهضمي للفرد، ينبغي تجنب الحديد القابل للذوبان (2) المركبات في الماء قدر الإمكان. ومن الأمور الحاسمة بالنسبة لفائدة مادوكس قدرتها على إزالة الحديد عبر مجموعة واسعة من قيم درجة الحموضة، اعتمادا على جودة المياه بشكل عام. وتجد مركبات الحديد طريقها إلى مصادر المياه بطرق عديدة، بما في ذلك، على سبيل المثال لا الحصر، الرشح من مرافق النفايات وتعزيز الوجود في التربة المحلية.

مسحوق أكسيد الحديد الأحمر في وعاء

إزالة الكبريتيد

يوصف كبريتيد الهيدروجين بأنه سم واسع الطيف وهو قابل للذوبان بشكل كبير في الماء. هناك عدة طرق لإزالته من الماء بما في ذلك الكلور المباشر (مع غاز الكلور) ، إضافة النترات إلى مصادر المياه الفاسدة أو عن طريق التهيج البسيط (الأكسجين المحتدم من خلال المياه الملوثة). هذه الأساليب فعالة في تركيزات معينة ، ولكن محفز مادوكس بنفس القدر من الفعالية. من خلال استخدام الأكسجين على المحفز - وليس المنغنيز ، إزالة المعادن c.f. - يتم أكسدة الكبريتيد إلى الكبريتات ، وهو غير قابل للذوبان ، وأقل سمية ويمكن إزالته بسهولة عن طريق الترشيح. إن الزيادة الطفيفة في الرقم الحموضة الممنوحة في المعادلات الأيونية للحديد والمنغنيز المذكورة سابقا، إذا كان الحديد موجودا، تعزز كفاءة عملية إزالة الكبريت(3). وقد يحدث كبريتيد الهيدروجين في دورات المياه بالقرب من مرافق معالجة مياه الصرف الصحي ومواقع دفن النفايات والمناطق التي تدار فيها النفايات الزراعية إدارة سيئة.

إزالة المنغنيز

وتجدر الإشارة إلى أن مركبات المنغنيز جزيء صغير تشكلت أثناء الأكسدة تحتاج أيضا إلى إزالتها، خشية المخاطرة بالتسبب في تسمم المنغنيز مزيد من المصب (4). وينبغي استخدام مرشح الوسائط المتعددة مناسبة أقرب إلى تلك المستخدمة لإزالة الحديد غير القابل للذوبان / غيرها من المعادن / الكبريتيد / الملح المركبات ، أو ما يعادلها.

مسحوق umber المنغنيز في وعاء

موجز

  • محفز مادوكس هو نوع أكسيد المنغنيز الذي يتشكل من التدفئة الملكية لخام المنغنيز ، مما يوفر محفزا لمساحة سطح عالية له العديد من الاستخدامات
  • واحدة من الاستخدامات الرائدة لمحفز مادوكس هو في شكل سرير لتنقية وإزالة التلوث من المياه
  • وهو يتصرف كمحفز غير متجانس ، وإزالة الملوثات مثل الحديد والمنغنيز وكبريتيد الهيدروجين بواسطة آلية الأكسدة التي يتبعها الترشيح الدقيق اللاحق
  • يعمل نظام مادوكس لحفز السرير على نطاق واسع من درجات الحرارة ودرجة الحموضة ومستوى التلوث، وهو محفز مرن وقوي وطويل الأمد يتم تجديده بسهولة (يمكن تحقيق التجديد في الموقع)
مادوكس

مراجع

1 W. Xu et al., محفزات, 2019, 9, 726

2 ت. ماديوالي وإ. ليبيلت، (كير) (أوبين) بيدياتر., 2006, 18, 174

3 م. ل. ماكفارلاند و ت. ل. بروفين، كبريتيد الهيدروجين في مياه الشرب،جامعة تكساس إيه أند إم، كوليدج ستيشن، تكساس، الولايات المتحدة، 1999

4 ج. إ. توبياسون وآخرون، (كير) استطلاع. النائب., 2016, 2, 168