Mangan Mn2+ có thế oxy hóa rất chậm bằng ôxy. Mangan có quan hệ: ) ( ) ( ) ( ) ( 2 2 2 2 MnO Mn K Mn K dt Mn d o∗ + ∗ ∗ = − + + + Với 2 02 ' ∗( −) ∗ =K P OH K
Ôxy hóa bằng ôxy chỉ đạt được tốc độ thích hợp với pH lớn hơn 9,5
(Hình 10: Loại bỏ Mn2+ bằng oxy hóa (theo Morgan trục hoành thời gian phút) Ôxy hóa Mn2+ bằng ôxy phụ thuộc vào nhiệt độ: nó nhanh gấp 5 lần khi ta chuyển từ 11oC đến 22oC, nhưng ở độ pH thông thường, thời gian tiếp xúc rất khó thích hợp và khai thác công nghiệp. Sự có mặt của đioxít mangan là chất "xúc tác" phản ứng. Chính điều đó được thấy trong một số quá trình sau một thời gian
Thực tế, sẽ có sự hấp phụ Mn2+ trên MnO2 và ôxy hóa chậm Mn2+ thành MnO2 xảy ra theo phản ứng:
nhanh
Mn2+ + MnO2 → MnO2.Mn2+ chậm
MnO2.Mn2+ + O2 → 2MnO2
Cát chứa mangan, nghĩa là nó được bọc MnO2, có thể sử dụng phản ứng này, nhưng việc mangan hóa rất khó kiểm tra. Người ta đã khẳng định trong một số trường hợp không có khả năng thu được ngay cả sử dụng permanganat kali. Người ta cũng thấy đôi khi một sự bão hòa MnO2 nào đó cũng dùng như là một " chất xúc tác". Nó có thể tạo thành sesqui-ôxít:
Mn2+ + Mn2+ + H2O → Mn2O3 + 2H+ (1)
Người ta có thể tái sinh vật liệu lọc do tác dụng của permanganat 3Mn2O3 + 2MnO4- + H2O → 8MnO2 + 2(OH)- (2) Tổng hợp cả 2 phản ứng (1) và (2):
3Mn2+ + 2MnO4- + 2H2O → 5MnO2 + 4H+ (3)
Cặn MnO2 dùng làm "chất phản ứng", nhưng cần phải sử dụng một lượng chất ôxy hóa như đối với phản ứng (3). Trong thực tế, thay cho việc mangan hóa cát, người ta dùng vật liệu lọc gồm phần lớn là MnO2 trộn với một tỉ lệ lớn ít hay nhiều với cát, nó có thể được tái sinh trong khoảng thời gian điều đặn.
Quy trình công nghệ cơ bản cũng giống như khử sắt bao gồm giàn mưa, lắng tiếp xúc và lọc. Riêng phần bể lọc, do phản ứng ôxy hóa mangan diễn ra chậm nên cát lọc phải có bề dầy 1,2 – 1,5 m. Qui trình rửa lọc phải lựa chọn trên cơ sở thực nghiệm chính xác, nhằm mục đích giữ lại một lớp màng Mn(OH)4 bao quanh hạt cát lọc làm màng xúc tác có chu kì tiếp theo. Nếu rửa sạch hạt cát lọc thì vào chu kì sau lại cần có thời gian để tạo ra lớp màng xúc tác mới (thường 5 –
10 ngày). Để đạt hiệu quả cao, vật liệu lọc nên dùng cát đen (đã được phủ một lớp đioxít mangan).
Trong trường hợp nước có chứa cả sắt và mangan, cần tiến hành thí nghiệm để xác định qui trình xử lý kết hợp. Giàn làm thoáng cần phải đảm bảo đủ lượng ôxy hòa tan cho cả quá trình ôxy hóa sắt và mangan. Do sắt bị ôxy hóa trước nên quá trình ôxy hóa mangan sẽ xảy ra ở các lớp cát lọc nằm bên dưới.
Tùy theo tính chất nguồn nước và các điều kiện kinh tế kỹ thuật cho phép, quy trình kết hợp có thể là:
a. Xử lý có xúc tác:
Bao gồm làm thoáng, lắng tiếp xúc, bể lọc một hoặc hai lớp. Cơ sở lựa chọn dựa trên điều kiện: nếu sau khi ôxy hóa sắt hết, độ pH của nước còn giữ lại được cao hơn 8 thì quá trình ôxy hóa mangan sẽ diễn ra thuận lợi. Bể lọc cần có lớp cát dầy không nhỏ hơn 1,5m. Trong trường hợp này dùng bể lọc hai lớp(than antraxit và cát) đạt hiệu quả cao hơn. Ưu điểm của quy trình là chỉ có một cấp bể lọc, cặn Mn(OH)4 được tạo ra trước sẽ là nhân tố xúc tác cho sự ôxy hóa mangan. Tuy nhiên quy trình rửa lọc sẽ rất phức tạp vì nếu rửa sạch cặn sắt nằm ở lớp vật liệu lọc bên trên ( cần cường độ rửa lớn) thì khó giữ lại được lớp màng xúc tác Mn(OH)4 ở lớp cát bên dưới.
b. Xử lý không xúc tác:
Khi hàm lượng sắt và mangan trong nước đều lớn hoặc không thỏa mãn các yêu cầu của hệ bậc một thì chọn quy trình xử lý bậc hai. Quá trình khử sắt sẽ hoàn thành ở bậc một gồm các khâu làm thoáng, lắng, lọc. Sau đó xử lý nâng pH của nước lên trên 8. Nếu lượng ôxy hòa tan còn lại không đủ để ôxy hóa mangan tiến hành làm thoáng lại và lọc nước qua bể lọc thứ hai để xử lý mangan. Quy trình này tuy tốn kém hơn về xây dựng nhưng chất lượng và hiệu quả xử lý ổn định. Các bể lọc có chứa chức năng khác nhau rõ ràng, nên vận hành rửa lọc đơn giản hơn.