Role of MgO in the Remineralization and Removal of Manganese in Drinking Water

Le manganèse (Mn) est l'un des métaux les plus abondants dans la croûte terrestre. Dans les eaux souterraines, les taux de détection varient en fonction de la composition chimique des précipitations, du type de matériaux de l'aquifère, des différences dans les temps de résidence des eaux, et des conditions rédox dans l'aquifère. En général, les conditions anaérobies sont dominantes dans les eaux souterraines, ce qui peut entraîner des niveaux élevés de manganèse dissous. La réglementation concernant les concentrations de Mn dans l'eau potable est un sujet de préoccupation récent. Bien qu'il soit considéré comme un micro-nutriment essentiel au fonctionnement de nombreuses enzymes cellulaires, une surexposition au Mn peut causer des effets néfastes sur la santé. En particulier, il existe de plus en plus de preuves de la neurotoxicité de cet élément. Les données canadiennes font généralement état de valeurs inférieures à 100 μg/L de Mn dans l'eau du robinet, mais dans certains cas les niveaux atteignent des milliers de microgrammes par litre. La consommation quotidienne d'eau minérale a donc le potentiel de contribuer de manière significative à l'apport en manganèse. En outre, les problèmes esthétiques et opérationnels causés par une teneur élevée en Mn font en sorte que le traitement de ce métal est bien établi. À partir de 20 μg/L, la présence de manganèse a déjà donné lieu à des plaintes de consommateurs concernant la décoloration de l'eau, la coloration des appareils sanitaires et des tissus.» et

Abstract

Manganese (Mn) is one of the most abundant metals in Earth's crust, and in groundwater (GW), detection rates vary in relation to rainfall chemistry, the type of aquifer materials, differences in GW residence times, and redox conditions in the aquifer. In general, anaerobic conditions are dominant in groundwater, which can cause elevated levels of dissolved manganese. Regulation of Mn concentrations in drinking water has been a recent topic of concern. While it is considered a micro-nutrient essential to the proper functioning of many cellular enzymes, adverse health effects can be caused by an overexposure of Mn. In particular, there is increased evidence of the neurotoxicity of the element. Canadian data typically reports values under 100 μg/L of Mn in tap water, however there are cases where levels may reach thousands of micrograms per liter. Drinking mineral water regularly therefore has the potential to add significantly to manganese intake. In addition, aesthetic and operational issues caused by high Mn content make the efficient removal of the metal from drinking water a common concern. At concentrations exceeding 20 μg/L, the presence of manganese has led to consumer complaints about water discoloration and staining of fixtures and laundry. Based on the above information and the GW conditions in Canada, Health Canada has updated the maximum acceptable concentration (MAC) of Mn in drinking water to 120 μg/L and the aesthetic objective (AO) to 20 μg/L. Residential scale treatments of Mn in GW commonly include catalytic filtration or cation exchange (IX) technologies coupled with point of use reverse osmosis. This Master's work investigates the operational capacity of a mixed media contactor using calcite (CaCO3) and magnesium oxide (MgO) as a polishing step following an alternative Mn removal process using a non-selective hollow fiber nanofiltration (HFNF) membrane.