Admin Admin
عدد المساهمات : 3762 تاريخ التسجيل : 15/09/2009 العمر : 57 الموقع : مصر
| موضوع: معالجة مياه الشرب(جرعات برمنجنات البوتاسيوم فى ازالة الطعم/الرائحة/اللون/الحديد/المنجنيز/الفيروسات/الطحالب من المياه) الثلاثاء ديسمبر 07, 2010 12:44 pm | |
| POTASSIUM PERMANGANATE Potassium permanganate (KMnO4) is used primarily to control taste and odors, remove color, control biological growth in treatment plants, and remove iron and manganese In a secondary role potassium permanganate may be useful in controlling the formation of THMs and other DBPs by oxidizing precursors and reducing the demand for other disinfectants potassium permanganate using to control taste and odors, color, algae, etc. instead of chlorine
Potassium Permanganate Chemistry Oxidation Potential Potassium permanganate is highly reactive under conditions found in the water industry
It will oxidize a wide variety of inorganic and organic substances Potassium permanganate (Mn 7+) is reduced to manganese dioxide (MnO2) (Mn 4+) which precipitates out of solution All reactions are exothermic Under acidic conditions the oxidation half-reactions MnO4 + 4H + 3e MnO2 + 2H2O E = 1.68V MnO4 + 8H + 5e Mn + 4H2O E = 1.51V Under alkaline conditions, the half-reaction is MnO4 + 2H2O + 3e MnO2 + 4OH E = 0.60V Reaction rates for the oxidation of constituents found in natural waters are relatively fast and depend on temperature, pH, and dosage
Ability To Form a Residual It is not desirable to maintain a residual of KMnO4 because of its tendency to give water a pink color
Generation Potassium permanganate is only supplied in dry form A concentrated KMnO4 solution (typically 1 to 4 percent) is generated on-site for water treatment applications; the solution is pink or purple in color KMnO4 has a bulk density of approximately 100 lb/ft and its solubility in water is 6.4 g/mL at 20oC
Primary Uses and Points of Application Although potassium permanganate can inactivate various bacteria and viruses, it is not used as a primary or secondary disinfectant when applied at commonly used treatment levels
Potassium permanganate levels that may be required to obtain primary or secondary disinfection could be cost prohibitive
However, potassium permanganate is used in drinking water treatment to achieve a variety of other purposes including
Oxidation of iron and manganese Oxidation of taste and odor compound Control of nuisance organisms; and Control of DBP formation
Primary Uses Iron and Manganese Oxidation
Permanganate will oxidize iron and manganese to convert ferrous (2+) iron into the ferric (3+) state and 2+ manganese to the 4+ state The oxidized forms will precipitate as ferric hydroxide and manganese hydroxide The precise chemical composition of the precipitate will depend on the nature of the water temperature, and pH
The classic reactions for the oxidation of iron and manganese are: 3Fe + KMnO4 + 7H2O 3Fe(OH)3(s) + MnO2(s) + K + 5H 3Mn + 2KMnO4 + 2H2O 5MnO2(s) + 2K + 4H
These reactions show that alkalinity is consumed through acid production at the rate of 1.49 mg/L as CaCO3 per mg/L of Fe and 1.21 mg/L as CaCO3 per mg/L of Mn oxidized
This consumption of alkalinity should be considered when permanganate treatment is used along with alum coagulation which also requires alkalinity to form precipitates
The potassium permanganate dose required for oxidation is 0.94 mg/mg iron and 1.92 mg/mg manganes In practice, the actual amount of potassium permanganate used has been found to be less than that indicated by stoichiometry
It is thought that this is because of the catalytic influence of MnO2 on the reactions
The oxidation time ranges from 5 to 10 minutes, provided that the pH is over 7.0
Oxidation of Taste and Odor Compounds
Potassium permanganate is used to remove taste and odor causing compounds
used permanganate to treat earthy-musty smelling compounds in drinking water
Doses of potassium permanganate used to treat taste and odor causing compounds range from 0.25 to 20 mg/L
Control of Nuisance Organisms
The adult Asiatic clam the effectiveness of potassium permanganate to control the The adult Asiatic clam was found to be much more resistant to permanganate than the juvenile form
Potassium permanganate doses used to control the juvenile Asiatic clam range from 1.1 to 4.8 mg/L
Zebra Mussels
The effectiveness of permanganate against adult zebra mussels by Continuous potassium permanganate dosing of 0.5 to 2.5 mg/L proved to be the most effective
DBP Control
It is anticipated that potassium permanganate may play a role in disinfection and DBP control strategies in water treatment Potassium permanganate could be used to oxidize organic precursors at the head of the treatment plant minimizing the formation of byproducts at the downstream disinfection stage of the plant
Test results from a study conducted at two water treatment plants showed that pretreatment with permanganate reduced chloroform formation; however, the reduction was small at doses typically used at water treatment plants The study also indicated that pre-oxidation with permanganate had no net effect on the chlorine demand of the water
Points of Application
In conventional treatment plants, potassium permanganate solution is added to the raw water intake at the rapid mix tank in conjunction with coagulants, or at clarifiers upstream of filters
In direct filtration plants, this oxidant is typically added at the raw water intake to increase the contact time upstream of the filter units
In all cases, potassium permanganate is added prior to filtration
Potassium permanganate solution is typically pumped from the concentrated solution tank to the injection point If the injection point is a pipeline, a standard injection nozzle protruding midway into the pipe section is used Injection nozzles can also be used to supply the solution to mixing chambers and clarifiers
Permanganate is a reactive, fast-acting oxidizer and does not require special mixing equipment at the point of injection to be effective
Impact on Other Treatment Processes
The use of potassium permanganate has little impact on other treatment processes at the water treatment facility Pathogen Inactivation and Disinfection Efficacy Potassium permanganate is an oxidizing agent widely used throughout the water industry
While it is not considered a primary disinfectant, potassium permanganate has an effect on the development of a disinfection strategy by serving as an alternative to pre-chlorination or other oxidants at locations in a treatment plant where chemical oxidation is desired for control of color, taste and odor, and algae
Inactivation Mechanisms
The primary mode of pathogen inactivation by potassium permanganate is direct oxidation of cell material or specific enzyme destruction In the same fashion, the permanganate ion (MnO4 ) attacks a wide range of microorganisms such as bacteria, fungi, viruses and algae
Application of potassium permanganate results in the precipitation of manganese dioxide
This mechanism represents an additional method for the removal of microorganisms from potable water exposed OH groups These groups are capable of adsorbing charged species and particles in addition to neutral molecules In colloidal form, the manganese dioxide precipitant has an outer layer of
As the precipitant is formed, microorganisms can be adsorbed into the colloids and settled
Environmental Effects
Inactivation efficiency depends upon the permanganate concentration, contact time, temperature, pH and presence of other oxidizable material pH
Alkaline conditions enhance the capability of potassium permanganate to oxidize organic matter however, the opposite is true for its disinfecting power Typically, potassium permanganate is a better biocide under acidic conditions than under alkaline conditions
permanganate generally was a more effective biocide for E. coli at lower pHs, exhibiting more than a 2-log removal at a pH of 5.9 and a water temperature of both 0 and 20°C
pH ishe major factor affecting disinfection effectiveness with potassium permanganate
As such, natural waters with pH values of 5.9 or less would be conducive to potassium permanganate disinfection particularly as a substitute for prechlorination potassium permanganate will inactivate Legionella pneumophila more rapidly at pH 6.0 than at pH 8.0 These results are consistent with earlier results concerning the effects of pH on commercial antiseptic performance
disinfection effectiveness of potassium permanganate increases with decreasing pH
Temperature
Higher temperatures slightly enhance bactericidal action of potassium permanganate
The results from a study conducted on polio virus showed that oxidation deactivation is enhanced by higher temperatures Dissolved Organics and Inorganics
The presence of oxidizable organics or inorganics in the water reduces the disinfection effectiveness of this disinfectant because some of the applied potassium permanganate will be consumed in the oxidation of organics and inorganics
Permanganate oxidizes a wide variety of inorganic and organic substances in the pH range of 4 to 9 Under typical water conditions, iron and manganese are oxidized and precipitated and most contaminants that cause odors and tastes, such as phenols and algae, are readily degraded by permanganate
Use as a Disinfectant
A number of investigations have been performed to determine the relative capability of potassium permanganate as a disinfectant
The following sections contain a description of the disinfection efficiency of potassium permanganate in regards to bacteria, virus, and protozoa inactivation
Bacteria Inactivation
Early research showed that a dose of 2.5 mg/L was required for complete inactivation of coliform bacteria
was dosed with potassium permanganate at concentrations of 0 to 2.5 mg/L. Following mixing, the samples were placed in a darkened room for 2 hours at a constant temperature of 19.8 C
the disinfectant ability of potassium permanganate on several waterborne pathogenic microorganisms( Vibrio cholerae, Salm. typhi, and Bact. flexner The results indicated that doses of 20 mg/L and contact times of 24 hours were necessary to deactivate these pathogens complete removal of coliform bacteria were accomplished at doses of 1, 2, 3, 4, 5, and 6 mg/L) Contact times of 30 minutes were provided with doses of 1 and 2 mg/L, and 10 minutes contact times were provided for higher dosages
Virus Inactivation
Potassium permanganate has been proven effective against certain viruses A dose of 50 mg/L of potassium permanganate and a contact time of 2 hours was required for inactivation of poliovirus strain MVA)
contact time of 33 minutes was needed for 1-log inactivation of type 1 poliovirus a A “potassium” permanganate dose of 5.0 mg/L and
Potassium permanganate doses from 0.5 to 5 mg/L were capable of obtaining at least a 2 log inactivation of the surrogate virus, MS-2 bacteriophage with E. coli as the host bacterium Results showed that at pH 6.0 and 8.0, a 2-log inactivation occurred after a contact time of at least 52 minutes and a residual of 0.5 mg/L At a residual of 5.0 mg/L, approximately 7 and 13 minutes were required for 2-log inactivation at pHs of 8.0 and 6.0, respectively
These results due to potassium permanganate becomes more effective as the pH decreases
Advantages and Disadvantages of Potassium
Permanganate Use The following list highlights selected advantages and disadvantages of using potassium
permanganate as a disinfection method for drinking water Because of the wide variation of system size, water quality, and dosages applied, some of these advantages and disadvantages may not apply to a particular system
Advantages
Potassium permanganate oxidizes iron and manganese.
Potassium permanganate oxidizes odor and taste-causing compounds.
Potassium permanganate is easy to transport, store, and apply.
Potassium permanganate is useful in controlling the formation of THMs and other DBPs.
Potassium permanganate controls nuisance organisms.
Treatment facility The use of potassium permanganate has little impact on other treatment processes at the water
Potassium permanganate has been proven effective against certain viruses.
Disadvantages
Long contact time is required.
Potassium permanganate has a tendency to give water a pink color.
Potassium permanganate is toxic and irritating to skin and mucous membranes.
No byproducts are generated when preparing the feed solution, however this dark purple/black crystalline solid can cause serious eye injury, is a skin and inhalation irritant, and can be fatal if swallowed
Over-dosing is dangerous and may cause health problems such as chemical jaundice and drop in blood pressure
technolab el-bahaa group colonel.dr bahaa badr -
| |
|
Admin Admin
عدد المساهمات : 3762 تاريخ التسجيل : 15/09/2009 العمر : 57 الموقع : مصر
| موضوع: portable water treatment by potassium permangnate as oxidant and disinfictant الخميس ديسمبر 09, 2010 1:47 am | |
| برمنجنات البوتاسيوم تستعمل مبدئيا لازالة الرائحة والطعم واللون والبكتريا الضارة والتخلص من المعادن الثقيلة كالحديد والمنجنيز وتستعمل خصيصا للسيطرة على المركبات الهالوجينية العضوية المعقدة والزيادات فى نسب مشتقات الكلور المستخدمة لتطهير المياه بواسطة استخدامها كعامل مؤكسد ومختزل فى نفس الوقت فعامة هى مادة تستخدم كمزيل للرائحة والطعم واللون والطحالب والميكروبات الضارة وبديلا عن الكلور الخواص الكيميائية لبرمنجنات البوتاسيوم خاصية الاكسدة تعتبر من المواد ذات التفاعلية العالية فى الاستخدامات الصناعية فاها خواص اكسدة عالية على المركبات العضوية وغير العضوية على حد سواء فهى تحتوى على ايون المنجنيز السباعى الذى يختزل الى ثانى اكسيد المنجنيز ذو ايون المنجنيز الرباعى الذى يترسب خارج محلول التفاعل مسببا كل خواص الاكسدة المطلوبة مع العلم ان التفاعل دائما طارد للحرارة وتحت ظروف تفاعلية حمضية وان الاكسدة تعتبر نصف التفاعل تقريبا فتقدر كميه الحرارة الناتجة=1.51-1.68 فولت بينما اذا كان التفاعل تحت ظروف قلوية فتقدر الحرارة الناتجة=0.60 فولت وهذا فى غاية الاهمية فى معالجة المياه فالاحتياج الى مادة سريعة التفاعل مطلوب ولكنه مقرون بدرجة الحرارة والاس الهيدروجينى للمياه والمادة والجرعة المضافة من المادة القابلية لتكوين رواسب لاتؤثر البواقى او الرواسب من برمنجنات بوتاسيوم على المعالجة المطلوبة لانها تتميز باعطاء المياه اللون البمبى الى البنفسجى عند اضافتها للمياه تورد برمنجنات البوتاسيوم فى الحالة الصلبة الجافة بتركيز=1-4% حسب الاحتياج فى المعالجة وعلى هذا كلما زاد التركيز المطلوب كلما اختلف اللون من بمبى الى بنفسجى فاتح الى بنفسجى غامق فكثافتها كمادة صلبة=100باوند/قدم وذوبانيتها فى المياه=6.4 جم/مل عند 20 درجة مئوية الاستخدامات الاولية لبرمنجنات البوتاسيوم هى عامل مباشر لتثبيط انواع مختلفة من البكتريا والفيروسات فهى مزيله للفطريات والميكروبات اولى وثانوى عند استخدامها بصورة عامه فى المعالجة فهى تستخدم كمؤكسد للحديد والمنحميز وترسيبهم وتستخدم كمؤكسد للمركبات المسببة الطعم والرائحة وترسيبهم وتستخدم لتحديد والسيطرة على الميكروبات الضارة وعدم انتشارها وتستخدم للتخلص من اثار مشتقات الكلور الزائدة المستخدمة فى المعالجة
-ازالة الحديد والمنجنيز تؤكسد برمنجنات البوتاسيوم الحديد الثنائى الى ثلاثى والمنجنيز الثنائى الى رباعى ويترسب الجزء الءكسد على هيئة هيروكسيد حديديك وهيروكسيد منجنيز حيث تعتمد ظروف التفاعل على طبيعة المياه ودرجة حرارتها واسها الهيدروجينى ومن خطوات التفاعل يتضح القلوية الناتجة من نفاعل حمضى وتقدر نسب المواد المرسبة بناءا على القلوية الناتجة 1.49 محم/لتر من كربونات الكالسيوم/1مجم/لتر من الحديد 1.21 مجم/لتر من كربونات الكالسيوم/1مجم/لتر من المنجنيز وتجرى الحسابات دائما معتمدا على القلوية الناتجة اذا كان المجلط المستخدم فى المرحلة الاولى واحد من مشتقات الالوم وحساب كمية السلدج الناتج جرعة برمنجنات البوتاسيوم اللازمة لاكسدة 1مجم من الحديد= 0.94مجم/1مجم من الحديد جرعة برمنجنات البوتاسيوم اللازمة لاكسدة 1 مجم من المنجنيز=1.92مجم/1مجم من المنجنيز وتتم فى وقت يتراوح مابين 5-10 دقائق وعند اس هيروجينى=7
ازالة المركبات المسببة للطعم والرائحة جرعة برمنجنات البوتاسيوم اللازمة للتخلص من مسببات الطعم والرائحة=0.25-20مجم/لتر بناءا على كميه المواد المسببة للطعم والرائحة جرعة برمنجنات البوتاسيوم اللازمة للتخلص من الانفلونزا الاسيوية=1.1-4.8مجم/لتر جرعة برمنجنات البوتاسيوم اللازمة للتخلص من ميكروب الزيبرا ماسيلز=0.5-2.5مجم/لتر كاضافة متصلة التحكم فى مشتقات الكلور للتطهير تلعب برمنجنات البوتاسيوم دورا كبيرا فى مساعدة مشتقات الكلور فى اجراء عملية تطهير مثالية .فعند استخدامها فى اول مراجل المعالجة تقوم باكسدة كل المركبات العضوية وتحويلها الى صورة مبسطة سهل التخلص منها نهائيا فى اخر مراحل المعالجة الا وهى عملية التطهير بمشتقات الكلور وهى عملية لاتؤثر على مستوى الكلور المطلوب لاجراء عملية التطهير والمعالجة النهائية خطوات التجربة تضاف برمنجنات البوتاسيوم المحلولة الى خزانات مياه التغذية الاولية عند منطقة الخلط السريع اما مع المجلطات او مع المروقات قبل الدخول الى الفلاتر فتؤدى الى زيادة فترة التلامس بين المياه ووسط الفلتر لزيادة فترة الترشيح وعادة يجهز خزان منفصل لتحضير برمنجنات البوتاسيوم ويضخ عبر طلمبة حقن كيماويات الى منطقة المجلطات او المروقات عبر المرور والاتصال بشبكة من المواسير وبرمنجنات البوتاسيوم لاتحتاج الى احتياطات معينة من الادوات او المعدات للمزج والتحضير فهى مادة سريعة التفاعل والاكسدة لكفائتها فى مجال التطهير وازالة الميكروبات فتستخدم فى مجالات متعددة فى الصناعة كعامل مؤكسد وبديل للكلورة وللتخلص من الطحالب واللون والرائحة والطعم فهى تقوم مبدئيا باكسدة مباشرة لمواد الخلية البكتيرية او تكسير انزيمات النمو بها وذلك بترسيب رابع اكسيد المنجنيز/شانى اكسيد المنجنيز داخل الخلية ليقوم بتدميرها تماما باتحاده مع مجموعات الهيدروكسيل الموجودة عند تكسير انزيمات الخلية ليكون فلوكة تترسب الى قاع خزانات الترسيب تاثير درجة الاس الهيدروجينى على برمنجنات البوتاسيوم عندما يكون الوسط قلويا تصبح برمنجنات البوتاسيوم عامل مؤكسد قوى للمواد العضوية عندما يكون الوسط حامضيا تصبح برمنجنات البوتاسيوم عامل مطهر قوى وعلى هذا ندرك ان كلما زاد تاثير برمنجنات البوتاسيوم كعامل مطهر كلما قل الاس الهيدروجينى تاثير درجة الحرارة على برمنجنات البوتاسيوم كلما زادت الحرارة كان تاثيرها بسيطا على زيادة كفاءة برمنجنات البوتاسيوم كمزيل للبكتريا تاثير وجود المواد العضوية وغير العضوية الذائبة على برمنجنات البوتاسيوم كلما زادت المواد العضوية وغير العضوية المؤكسدة كلما قل تاثير برمنجنات البوتاسيوم كعامل مطهر وذلك لاستفادة هذه المواد من العوامل الؤكسدة لبرمنجنات البوتاسيوم لتزيد من قدرتها على الاكسدة والتكاثر ولذلك يجب ان تعمل برمنجنات البوتاسيوم فى وسط اسه الهيدروجينى يترواح مابين 4-9 لتحافظ على كفائتها كعامل مءكسد قوى ومطهر قوى ايضا قدرتها على السيطرة والتخلص من البكتريا والفيروسات الضارة تختلف جرعة برمنجنات البوتاسيوم بناءا على نوع البكتريا وقوتها وعددها الموجود وتتاثر ايضا بعدد لفات الخلاط وزمن الخلط وفترة التلامس وبوجود الضوء اوبمعزل عنه فتتراوح الجرعة من صفر-2.5 مجم وخلط 15 دقيقة ثم فترة تلامس لمدة 2 ساعة عند درجة حرارة ثابته=18.2-20درجة مئوسة وذلك لانواع من بكتريا الكلوروفورم وتتراوح بالنسبة لباقى انواع بكتريا الكلوروفورم الاقوى والمعقدة مابين 1/2/3/4/5/6 مجم/لتر بزمن تلامس 30 دقيقة بعد كل اضافة وعلى ان يحدث خلط لمدة 10 دقاثق بعد كل اضافة وبالنسبة للميكروبا ت القوية كالكوليرا والتيفود فالجرعة المطلوبة=20مجم/لتر بزمن تلامس 24 ساعة و خلط لمدة 15 دقيقة بعد الاضافة مباشرة وبالنسبة للفيروسات تترواح جرعة برمنجنات البوتاسيوم بناءا على نوع الفيروس الموجود والمطلوب التعامل معه ففيروس البوليوفيروس حسب نوعه وقوته وعدده تتراوح الجرعة المطلوبة لازالته كالتالى:- 50 مجم/لتر وزمن تلامس =2 ساعة لنوع الطولى(سترين) 5مجم/لتر وزمن تلامس=33 دقيقة لنوع البيلو فيروس 1 0.5-5 مجم/لتر وزمن تلامي=52 دقيقة انوع السورجات والبكتريوفيج واليكزلاى عند اس هيدروجينى=6-8
المميزات مؤكسد ومرسب قوى للحديد والمنجنيز مؤكسد قوى للمركبات المسببة للرائحة واللون والطعم سهلة النقل والتخزين والتشغيل مسيطر على زيادات مشتقات الكلور المستخدمة للتطهير مزيله للميكروبات المسببة لالام البطن والجهاز الهضمى مزيل للبكتريا والفيروسات المساوئ يلزم وقت تلامس طويل لانهاء التفاعل يعطى لون وردى للمياه لها تاثير سلبى وسام على الجلد والعين لها تاثير سلبى على الكبد وضغط الدم
| |
|