Vattenrening genom komplexbildning mellan järn och humusämnen : en litteraturstudie med försök

Abstract

The aim of this work was to study if two natural waters could be purified from iron and organic substances without the addition of chemicals. The working hypothesis was that complexation reactions between iron- and humic substances would happen spontaneously when two waters were mixed and that this reaction could be used for purification of surface- and groundwaters into water of drinking quality. The complexation reactions were studied through literature and experiments to determine if optimisation of the conditions could promote the creation of complexes between the two substances.

The tests were carried out at the water plant in Älmhult, by mixing an iron rich ground water with a surface water, rich in humic-substances. The setup of the test consisted of a gravel filter, a mixing jar and a sand filter. The concentration of iron and organics were determined at different points in the test setup.

The results showed that after mixing, the iron and humic concentrations were the same as the theoretically calculated values, e.g. iron was not accumulated in the gravel filter. After the sand filter, the concentration of the iron was reduced by 80 %, while the humic concentration was almost unchanged.

The main reason why iron and humic substances did not complexate is probably due to complete oxidisation of the iron into Fe(OH)3 which precipitated into the solution and thereby did not participate in the adsorption of humic substances. It is also possible that other reactions, that were out of this test’s control may have influenced the results. At the same time a high degree of dissociation may have caused the humic substances to stay dissolved in the solution or as colloids. To optimise the conditions for complexation between iron and humic substances it is recommended that the mixing time is extended. This could be done, for example, by using a flocculation chamber and adjusting the pH.

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning: Målsättningen med detta examensarbete var att studera om man kunde rena vatten till dricksvattenkvalitet från två naturligt förekommande ämnen, järn och humusämnen, utan tillsats av kemikalier. Järn som förekommer naturligt i våra vatten måste minskas ned till acceptabla halter, innan de förs ut i dricksvattennätet. Humusämnen är naturliga nedbrytningsprodukter av växter och dessa måste även tas bort innan de går ut i dricksvattennätet.

Arbetsmetodiken i detta försök var en försöksuppställningen, vilken bestod av ett grusfilter, ett blandningskärl och ett sandfilter. Grundtanken var att genom blandning av två naturligt förekommande vatten med olika sammansättning spontant få en reaktion och på så sätt fälla ut järn- och humuspartiklar genom att dessa reagerade med varandra och bildade större partiklar, vilka senare skulle kunna tas bort i sandfiltret.

För att kontrollera vad som skedde i försöksuppställningen, togs prover av ingående vatten och vatten som passerat sandfiltret. Ett andra försök gjordes för att kontrollera hur mycket järn som stannade kvar i grusfiltret och i sandfiltret. I ett tredje försök, blandades grund- och ytvatten, för att efter 5, 10 och 20 minuters blandning, filtreras genom membranfilter med mycket små pordiametrar (0,1 µm och 0,45 µm). Detta försök utfördes för att kontrollera storleken på de kolloidala partiklarna i den blandade vattenlösningarna.

Resultaten av försöken visade på att ca 80 % av järnhalten ackumulerades i sandfiltret, medan knappt något järn stannade kvar i grusfiltret. Halten av organiskt material (humusämnen) var i stort sett oförändrad genom försöksuppställningen. Det visade sig även att nästan alla organiska partiklar var mindre än 0,1µm, vilket medförde att sandfiltret inte var tillräckligt effektivt, d.v.s. att pordiametern i sandfiltret var för stor för att ta bort humusämnena från det blandade vattnet. Troligtvis skedde andra bireaktioner under försöket, vilka låg utanför försökets kontroll. För fortsatta försök bör blandningstiden förlängas, samt att någon sorts pH-justering används.

• author: Sundberg, Sven Birger
• supervisor: Siv Olsson
• organization: Department of Geology
• alternative title: Water purification by complexation of iron and humic substances : literature study and experiments
• year: 2000
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: complexation, humic substances, iron hydroxides, adsorption, water purification, ground water, surface water
• publication/series: Examensarbeten i geologi vid Lunds universitet
• report number: 123
• language: Swedish
• id: 2343943
• date added to LUP: 2012-11-05 10:48:51
• date last changed: 2012-11-05 10:48:51