Natural and modified minerals in remediation of groundwaters

W artykule zsyntetyzowano wyniki badań dotyczących usuwania żelaza, manganu i azotu amonowego z wód podziemnych w procesie filtracji. Jako materiały filtracyjne stosowano minerały w formie naturalnej oraz zmodyfikowanej, takie jak: piasek kwarcowy, masa MZ-10, masa Defeman, modyfikowany klinoptylolit oraz przetworzony zeolit o nazwie Crystal-Right. Złoże z piasku kwarcowego usuwało żelazo łatwowytrącalne i stosowane było jako pierwszy stopień filtracji. Skutecznym procesem odmanganiania (drugi stopnień filtacji) okazała się filtracja przez masę uaktywnianą nadmanganianem potasu (VII) o nazwie MZ-10 oraz rudę manganową (złoże brausztynowe) o nazwie Defeman. Masy chemicznie aktywne zmniejszały również w pewnym stopniu zawartość azotu amonowego. Wysoka cena masy MZ-10 skłoniła autorów artykułu do poszukiwania jej zamiennika, którym mógłby być klinoptylolit. Porównując obydwa złoża można stwierdzić, że masa MZ-10 skuteczniej od klinoptylolitu usuwała z badanej wody podziemnej mangan oraz związki powodujące barwę i mętność. W odniesieniu do związków żelaza klinoptylolit i złoże MZ-10 pracowały porównywalnie. Porównując natomiast hydraulikę obu złóż można stwierdzić, że lepszym okazał się klinoptylolit. Na złożu MZ-10 szybciej wzrastały opory filtracyjne, co będzie skutkowało koniecznością częstszego płukania mechanicznego. Pomimo gorszych efektów uzyskiwanych z zastosowaniem modyfikowanego klinoptylolitu złoże to może być konkurencyjne w stosunku do masy MZ-10 z uwagi na jego niższą cenę. Należy liczyć się z lepszą pracą tego złoża w kolejnych cyklach filtracyjnych, po wytworzeniu się naturalnych powłok składających się z dwutlenku manganu i tlenków żelaza. Wysokim wymaganiom odnośnie usuwania związków żelaza i manganu oraz azotu amonowego sprostała przetworzona masa zeolitowa Crystal-Right 100. W I cyklu filtracyjnym złoże Crystal-Right 100 usuwało skutecznie żelazo, azot amonowy oraz do pewnego momentu mangan. W początkowej fazie pracy złoża nastąpiła znaczna obniżka twardości wody. Regeneracja zużytego złoża solanką przywróciła tylko w pewnym stopniu właściwości oczyszczające złoża (II cykl filtracyjny). Żelazo usuwane było skutecznie w całym cyklu, natomiast znacznie gorsze efekty uzyskiwano w zakresie usuwania manganu i azotu amonowego.The paper is a synthesis of results of research concerning removal of iron, manganese and ammonia nitrogen from groundwaters in filtration process. Minerals in both natural and modified forms, as: quartz sand, catalytic mineral masses, MZ-10 and Defeman, modified clinoptylolite and processed zeolite named Crystal-Right were applied as filtration materials. Quartz sand bed removed easily precipitable iron and it was applied as the first stage of filtration. Filtration through a bed mass, activated with potassium permanganate (VII) named MZ-10 and through manganese ore named Defeman (battery manganese bed), appeared to be effective process for removal of manganese (second stage of filtration). Active chemical masses reduced also the contents of ammonium nitrogen to some degree. High price of the MZ-10 mineral mass induced the authors of this paper to search for its substitute, with clinoptylolite as the likely candidate. From comparison study of both beds it can be concluded that the MZ-10 catalytic mineral masses is more effective than clinoptylolite in removing manganese and other coloring and turbidity-causing compounds from groundwaters. In respect to iron compounds, clinoptylolite and the MZ-10 bed showed comparable performance. However, in hydraulic terms, clinoptylolite exhibited better characteristics in comparison of both beds. Filtration resistance grew at much higher pace in MZ-10 bed, with a resulting need to apply mechanical rinsing operation more frequently. Despite inferior results obtained with modified clinoptylolite, the cheaper clinoptylolite bed may still be competitive to the MZ-10 catalytic mineral mass. One should expect better performance of the clinoptylolite bed in subsequent filtration cycles, i.e. once natural coats, consisting of manganese dioxide and iron oxides, have developed. Processed zeolite mass, Crystal-Right 100, met high requirements for removing iron and manganese compounds, as well as ammonium nitrogen. In its first filtration cycle, the bed of Crystal-Right 100, was effective in removing iron, ammonium nitrogen as well as, up to a certain moment, manganese as well. In the initial phase of bed operation water hardness became reduced considerably. Regeneration of spent bed with brine restored its purifying qualities only to a certain degree (2nd filtration cycle). Iron was effectively removed over the entire cycle, while the results of removing manganese and ammonium nitrogen were much poorer