Iron and Manganese removal

TREATMENT

For potable water treatment and industry

Iron (Fe) and manganese (Mn) musn’t exceed the authorised rate by standards :

Fe < 0,20 ppm

Mn < 0,05 ppm

In many places, iron et manganese contents exceeds those values and must be treated.

In order to respect standards of potability, protect electrical domestics and industriels equipments and answer to process requirements.

THE ORIGIN

They are present in the natural state according to the nature oh the geological layers :

  • – Surface waters (lakes, rivers)
  • – Deep waters (sources, drillings)

Iron can also be present in industrial distribution networks or clean water due of oxydation of the pipes.

PERFORM A WATER ANALYSIS

 

Before considering any treatment of its water, suspecting the presence of iron or manganese, it’s necessary to carry a water analysis, to qualified a need.

The minimum parameters to be checked  to carry out a study of your water treatment are :

LE FER

Fe expressed on ppm

Iron is gererally dived into two mains categories :

  • – A water-soluble iron or dissolved iron  (Fe++) : it’s the most standard form, usually the source of users complaints and problems.  If water withdrawn is in contact with the atmosphere, reddish brown particles appear after a few minutes.
  • – Insoluble iron or oxidized iron  (Fe+++) : if water withdrawn, it’s immediately rust-colored or red

However, iron can combine with different naturals components (acids, organic materials) and create intermediate shapes or complexes (yellow or brown colorings)

LE MANGANESE

Mn expressed on ppm.

It at least one of the twose contaminates (Fe or Mn) it’s necessary to do this analysis :

 

 

STUDY OF TREATMENTS

If possible carry out the analyzes on the site or sheltered of the atmosphere in a 100% filled plastic bottled and corked.

The sample should be taken as soon as possible to a specialized laboratory.

 

 

  • Hard water

    TH expressed on °F expresses the hard water

  • The potential of hydrogen

    Ph expressed on a scale of 0 to 14 (0 acid, 7 neutral, 14 basic)

  • Redox potential

    Re expressed on mV

  • Dissolved oxygen

    O2 expressed on ppm necessary for the catalytic reaction of iron and managanese oxidation

  • Sodium

    Na expressed on ppm. Can be calculated by difference if TH, TAC, Cl, SO4 and Ph are known

  • L’alcalinité ou le taux de bicarbonates

    HCO3 expressed on ppm or TAC expressed on °F

  • Sulfate

    SO4 expressed ppm

  • Chloride

    Cl expressed on ppm

  • Free chlorine

    Cl2 expressed on ppm

  • Hydrogen sulfide

    H2S expressed on ppm

     

  • Ammonia

    NH4 expressed on ppm

  • Suspended matters

    MES expressed on ppm

  • Turbidity

    Water colouring –  Water expressed on NTU

  • Bacteriology

    Content and nature of the germs presents expressed on CFU/ml

TO QUANTIFY NEEDS 

When the water analysis is performed, we have to do a precise assessment of water needs :

– Nominal flow (m3/h)

– Peak flow (m3/h)

– Daily consumption (m3/j)

– Need to provide treated water 24/24 or possible interruption of treatment at night to carry out a regeneration cycle or washinf a filter

– Water quality to be obtained  : faut-il impérativement réduire les teneurs en Fe et Mn pour obtenir les niveaux exigés par le législateur en matière d’eau potable ou faut-il réduire raisonnablement les teneurs pour un usage privé ou industriel.

– Faut-il garantir une potabilité d’un point de vue microbiologie ?

– Faut-il garantir d’autres paramètres physico-chimiques ?

LES METHODES DE TRAITEMENT

De nombreuses méthodes existent pour le traitement du Fer et du Manganèse.

Nous n’avons retenu que 4 méthodes permettant de répondre à 95% des applications tout en gardant des filières de traitement simple à mettre en œuvre et pouvant répondre à des critères techniques et financiers contrôlables.

LE BIRM

Le mot BIRM ® est un acronyme de « Backwashing Iron Removal Filter ». C’est un dioxyde de Manganèse imprégné d’un silicate d’alumine utilisé comme média dans les filtres à oxydation catalytique pour le Fer principalement mais aussi pour le manganèse lorsqu’il est présent en faible concentration.

Le Birm ® agit comme un catalyseur entre l’oxygène dissous et le fer soluble engendrant une réaction d’oxydation du Fer dissous (Fe++) en Fer insoluble (Fe+++) et produit un hydroxyde de Fer qui précipite et peut être facilement filtré sur le lit de Birm ® dont les propriétés physiques en font un excellent filtre qui est facilement contre lavable permettant  ainsi d’évacuer les précipités.

Le coût d’exploitation du Birm ® est particulièrement faible car il ne nécessite pas de produit chimique  pour sa régénération, un simple contre lavage suffit.

Cependant le Birm ® a ses limites : l’eau ne doit contenir ni huile, ni sulfure d’hydrogène et le taux de matières organiques ne doit pas excéder 4 à 5 ppm..

De plus, l’eau doit contenir au moins l’équivalent en oxygène dissous de 15% de la valeur de Fer et Manganèse à traiter, il faut donc dans de nombreux cas procéder à une injection d’air permettant c’est apport en oxygène absolument indispensable.

La teneur en sulfure d’hydrogène (H2S) doit être inférieure à 1 ppm.

La présence d’ammoniaque (NH4) perturbe fortement le fonctionnement du Birm ®.

Enfin, la plage de Ph de fonctionnement doit se situer impérativement au-dessus de 6,8 et en dessous de 9,0 pour un bon fonctionnement.

En cas de présence de Manganèse seul, la plage de Ph se situe entre 8,0 et 9,0.

En cas de Fe couplé à du Manganèse, le Ph doit être inférieur à 8,5 sous peine de création d’un colloïde de Fer quasiment impossible à filtrer.

Le Birm ® peut être utilisé pour des eaux contenant 0,3 à 8,0 ppm de Fer et 0,2 à 0,4  ppm de Manganèse maximum.

Attention : la présence de chlore réduit l’efficacité  Birm ®.

LE MANGANESE GREEN SAND

Le Manganèse Green Sand ® est une zéolite de manganèse obtenue à partir d’un silicate naturel la « glauconite » plus connue sous le nom de sable vert (Green Sand).

Le Manganèse Green Sand ® est utilisé dans les applications de traitement du Fer et du Manganèse qui sont oxydés et précipités par le contact avec la couche externe de la zéolite constituée d’oxydes de haut degré d’oxydation qui sont alors réduits en oxydes insolubles de degrés d’oxydation inférieure.

Lorsque la zéolite est saturée c’est à dire qu’elle n’est plus capable de libérer des électrons autorisant l’oxydation, elle doit être régénérée avec une solution de Permanganate de Potassium (KMnO4) au même titre qu’un adoucisseur est régénéré avec de la saumure.

Le Manganèse Green Sand ® connaît aussi ses limites : L’eau ne doit contenir ni huile, ni sulfure d’hydrogène et le taux de matières organiques ne doit pas excéder 4 à 5 ppm..

La teneur en sulfure d’hydrogène (H2S) doit être inférieure à 3 ppm.

La présence d’ammoniaque (NH4) perturbe fortement le fonctionnement du Manganèse Green Sand ®.

Enfin, la plage de Ph de fonctionnement doit se situer impérativement au-dessus de 6,5 et en dessous de 8,5 pour un bon fonctionnement.

Le Manganèse Green Sand ® ® peut être utilisé pour des eaux contenant 0,3 à 15,0 ppm de Fer et 0,2 à 0,5  ppm de Manganèse maximum.

Attention : continuer à utiliser le Green Sand @ après son épuisement peut endommager le média

LE MTM 

Ce produit est une zéolite de manganèse au même titre que le green sand ® mais avec une densité inférieure et une capacité de travailler sur des pH plus bas.

Il nécessite en outre une vitesse de détassage inférieure.

LA PYROLUSITE

La pyrolusite est un minéral naturel contenant 80% de dioxyde de manganèse : son pouvoir catalytique du fer et du manganèse surpasse les produits traditionnels tels que le Birm, le Green Sand Plus ou le MTM.

Mélangé à raison de 40 à 50% avec du sable,  il reste stable sur des pH allant de 5,0 à 9,0.

Pour autant que le potentiel redox soit supérieur à 170 mV et que le pH soit compris entre 6 ,5 et  8,5, il ne nécessite ni ajout d’oxygène ni autre oxydant.

Pour des pH compris entre 5,0 et 6,5 ou entre 8,5 et 9,0 le dosage en continu d’un oxydant devient nécessaire, mais  le temps de contact peut être réduite à quelques secondes.

En cas de présence de manganèse il est parfois nécessaire de remonter le pH autour de 8,0.

Dans les cas les plus critiques sur des eaux contenant du fer complexé à des matières organiques, de bons résultats ont été obtenu en dosant du permanganate de potassium

Il est toujours préférable d’installer quand cela est possible une oxydation en tête du Pyrolusite pour s’assurer que la réaction d’oxydation réduction sera complète, et garantir la longévité du média.

Une oxydation à l’air est simple et peu onéreuse, l’oxydation avec du chlore reste cependant plus efficace et permet un contrôle du développement bactérien dans le filtre.

Oxydants possibles :

  • – Chlore
  • – Peroxyde d’hydrogène,
  • – Permanganate de potassium
  • – Oxygène (air)

 

PRECAUTIONS

Compte tenu de ce qui précède, le choix de la filière de traitement devra faire l’objet d’une étude rigoureuse prenant en compte les différents paramètres de l’analyse de l’eau mais aussi des besoins quantitatifs et des objectifs fixés.

Le traitement du Fer et du Manganèse et une des techniques les plus difficiles à mettre en œuvre dans le traitement des eaux propres compte tenu des nombreux paramètres influents pouvant perturber le bon fonctionnement de l’une ou de l’autre des technologies.

Il ne peut être que très largement conseillé de procéder à un essai pilote systématique permettant de valider le choix de la filière de traitement.

De même, il est très fortement déconseillé de ne pas travailler par analogie, deux forages distants de quelques centaines de mètres pouvant présenter des eaux de qualités foncièrement différentes.

Enfin, il ne faut pas confondre déferrisation et filtration, une eau chargée en matière en suspension devra être filtrée avant d’alimenter le déferriseur pour éviter de colmater ce dernier et de l’empêcher de réaliser sa fonction de base.

De même, le traitement du Fer et du manganèse ne suffit pas à potabiliser une eau, la présence d’autres polluants chimiques comme les nitrates ou la présence potentielle de bactéries doivent être traités de façon séparé.

Pour le dimensionnement des équipements, utiliser impérativement les fiches spécifiques des différents médias qui contiennent d’autres informations techniques indispensables à l’étude finale.

Le choix des matériels mis en œuvre pourra facilement être validé par un ingénieur d’ADH2OC INDUSTRUAL, mais la préconisation de la filière de traitement devra  être validée par un essai pilote et reste toujours sous la responsabilité du traiteur d’eau.