Eliminación de Hierro y Manganeso Mediante Ozono

La eliminación de hierro y manganeso  es uno de los usos más comunes del ozono en los sistemas de agua potable. El hierro y el manganeso se oxidan fácilmente con el ozono. Este documento servirá para ayudar a comprender los fundamentos de la oxidación de hierro y manganeso con ozono. También cubriremos la aplicación práctica del ozono en esta aplicación mientras ofrecemos consejos útiles aprendidos a lo largo de los años.

La oxidación del hierro y el manganeso con ozono es una reacción extremadamente rápida. En muchas aplicaciones de ozono, los niveles elevados de hierro y manganeso pueden causar problemas molestos debido a que el hierro y el manganeso solubles se oxidan inadvertidamente por el ozono y se eliminan de la solución en lugares menos que ideales. Si esas inquietudes son las que lo trajeron aquí, siga leyendo, le ofreceremos consejos útiles para mitigar estos problemas lo mejor posible.

Química

El hierro y el manganeso en el agua no causan problemas relacionados con la salud, el objetivo principal de la eliminación del hierro y el manganeso es la estética debido a la decoloración del agua. La eliminación también puede ser necesaria debido a la acumulación de hierro y manganeso en tuberías, accesorios y otras superficies.

Tanto el Hierro Fe(II) como el Manganeso Mn(II) son solubles (no removibles) en agua, lo que hace que fluyan directamente a través de la filtración convencional sin alguna forma de oxidación para transformarlos en partículas (removibles).

Eliminación de hierro

El hierro soluble Fe(II) se llama hierro ferroso. El hierro ferroso Fe(II) se oxida a hierro férrico Fe(III) por medio del ozono. Este hierro férrico Fe(III) luego se hidrolizará para formar Fe(OH)3, que es una partícula y puede eliminarse mediante filtración estándar. La reacción de hierro ferroso Fe(II) a hierro férrico Fe(II) consume 0,43 mg de ozono por mg de Fe(II). El hierro también puede ser oxidado por el oxígeno. Debido a la oxidación del hierro por el oxígeno, un sistema de ozono para la eliminación de hierro puede ser más eficiente que la demanda de ozono calculada de 0,43 mg de ozono por mg de hierro. La oxidación del hierro ferroso requiere solo un intercambio de electrones y, por lo tanto, es una reacción rápida. La velocidad de esta reacción normalmente consumirá casi todo el ozono en una reacción de oxidación de hierro antes de cualquier oxidación de manganeso.

Eliminación de manganeso

El manganeso Mn(II) soluble se oxida con ozono para formar dióxido de manganeso MnO2, que es una partícula y se puede eliminar fácilmente mediante filtración estándar. Este proceso consume 0,88 mg de ozono por mg de Manganeso Mn(II). Sin embargo, la oxidación excesiva del manganeso formará permanganato MnO4- soluble. Si bien el permanganato normalmente volverá a convertirse en dióxido de manganeso MnO2 con el tiempo (20-30 minutos), es mejor diseñar un sistema de eliminación de manganeso con las dosis adecuadas de ozono e integrar controles para evitar la oxidación excesiva.

Filtración

El ozono oxidará el hierro y el manganeso para formar partículas insolubles que se pueden filtrar fácilmente del agua. El hierro y el manganeso se acumularán en el filtro con el tiempo y deben eliminarse del agua de proceso. Se recomienda encarecidamente un filtro lavable a contracorriente para estas aplicaciones. Los filtros de arena son ampliamente utilizados para la eliminación de hierro y manganeso debido al diseño simple y al medio filtrante de larga duración. En los sistemas de uso continuo, será necesario usar dos (2) filtros en paralelo y cronometrar los ciclos de retrolavado para que ocurran en momentos opuestos.

El agua de retrolavado de estos filtros tendrá niveles extremadamente altos de hierro y manganeso y debe desecharse con cuidado. Si bien ni el hierro ni el manganeso tienen ningún riesgo para la salud o la seguridad, hay consideraciones de plomería a tener en cuenta, ya que las tuberías de drenaje pueden obstruirse con la acumulación de hierro y manganeso con el tiempo.

Aplicación práctica

El uso de ozono para la eliminación de hierro y manganeso es muy común y ha estado en uso durante muchos años. La reacción del ozono y estos metales es bastante simple y directa. Hay algunas consideraciones de diseño que deben tenerse en cuenta antes de instalar un sistema de ozono para la eliminación de hierro y manganeso.

Dimensionamiento del sistema

Un sistema típico de inyección de ozono

Dimensionar un sistema de ozono para la eliminación de hierro y manganeso puede ser bastante sencillo. Se debe calcular la demanda básica de ozono para determinar cuánto ozono se necesita para oxidar tanto el hierro como el manganeso. Tenga en cuenta que todos los demás elementos del agua pueden reaccionar con el ozono y consumir algo de ozono. Otras posibles reacciones deben tenerse en cuenta e ingresarse en los cálculos. Para simplificar, supondremos que solo hay hierro y manganeso en nuestra muestra de agua.

Las tasas estequiométricas de demanda de ozono se cubrieron en la sección de química de este documento. Son 0,43 mg de hierro y 0,88 mg de manganeso.

La dosis de ozono en el agua se calcula mediante la siguiente fórmula:

Si, por ejemplo, el agua entrante de 10 galones por minuto (GPM) tiene 3 ppm de hierro y 0,5 ppm de manganeso, se utilizarían los siguientes cálculos

3 ppm Hierro x 0,43 = 1,29 ppm consumo de ozono
0,5 ppm Manganeso x 0,44 ppm consumo de ozono
1,29 + 0,44 = 1,73 ppm consumo total de ozono
(3,78 * 60 * 10 GPM * 1,73 ppm) / 1000 = 3,9 g/h demanda de ozono

Este cálculo proporciona el ozono necesario en gramos por hora (g/h) para oxidar el hierro y el manganeso. Puede ser necesaria una producción adicional de ozono para superar las ineficiencias del sistema, la temperatura del agua u otros factores. (Esto es solo para fines de demostración).

Fórmulas y ecuaciones de ozono adicionales

Resumen

El uso de ozono para la oxidación de hierro y manganeso puede ser una gran solución para lo que puede haber sido un problema difícil de resolver con otras tecnologías. El ozono se puede implementar de manera muy fácil y confiable sin mayores costos de mantenimiento u operación. Sin embargo, el ozono también puede ser difícil de administrar si no se instala correctamente. El hierro puede precipitar de la solución en lugares no deseados, y el manganeso puede sobreoxidarse y pasar por la filtración incluso después del tratamiento con ozono. Este documento informativo sirve para ofrecer algunos consejos útiles e información útil. Si cree que el ozono puede ser una solución para su aplicación, llame a nuestra oficina y hable con uno de nuestros ingenieros de aplicaciones para ayudarlo a diseñar una solución adecuada para usted.