高錳酸鹽藥劑預氧化去除受污染地下水中鐵、錳

長(cháng)沙市近郊某村鎮給水站以地下水為水源。受當地地質(zhì)條件和土壤環(huán)境的影響，地下水中鐵、錳含量高，平均質(zhì)量濃度分別達到1.35、1.07mg/L。該鎮給水站采用“曝氣—混凝—過(guò)濾—消毒”工藝，但實(shí)際運行效果顯示既使在增大曝氣量、增加混凝劑投量和投加助凝劑的情況下，出水中的鐵、錳含量也超過(guò)《生活飲用水衛生標準》（GB5749—2006）中規定的要求。這可能與該地區農藥、化肥使用較多、生活污廢水隨意排放、降水較頻繁使得地下水中含有一定量的有機污染物有關(guān)。當鐵、錳被有機物膜包裹或與有機物絡(luò )合形成穩定性鐵、錳時(shí)，采用常規給水工藝處理難以得到較好的去除效果。研究證明預氧化強化混凝能較好地去除地表水中穩定性鐵、錳。筆者曾在前期實(shí)驗中考察了過(guò)氧化氫、高錳酸鉀、高錳酸鹽復合藥劑（PPC）對該鎮地下水的預氧化除鐵、錳效果，試驗結果表明，在同等條件下，高錳酸鉀、高錳酸鹽復合藥劑（PPC）較過(guò)氧化氫預氧化更能顯著(zhù)提高對鐵、錳的去除率。本實(shí)驗將進(jìn)一步討論進(jìn)水pH、預氧化時(shí)間及原水本底成分對高錳酸鉀、PPC預氧化效果的影響。

1材料與方法

1.1試驗水質(zhì)

以長(cháng)沙近郊某鎮給水站進(jìn)廠(chǎng)水為試驗水，試驗期間水質(zhì)參數：溫度為17.1～22.8℃，pH為7.14～7.72，CODMn為1.42～3.04mg/L，Fe為1.16～1.54mg/L，Mn為1.00～1.13mg/L。

1.2儀器與試劑

儀器：DJ-6CS型精密六聯(lián)電動(dòng)攪拌機；pHSJ-3F型pH計。

試劑：質(zhì)量濃度為15.8g/L的高錳酸鉀，投加質(zhì)量濃度為9.25mg/L；高錳酸鹽復合藥劑（PPC），采用北京精密單因子公司生產(chǎn)的固體粉末，使用時(shí)配成0.1g/L的溶液，投加質(zhì)量濃度為6mg/L；混凝劑使用1g/L的硫酸鋁〔Al2（SO4）3·18H2O〕溶液，投加質(zhì)量濃

度（以Al2O3計）為6.89mg/L；蒸餾水錳加標采用分析純級硫酸錳；用0.1mol/L的鹽酸和氫氧化鈉調節進(jìn)水pH。

1.3試驗方法

試驗流程如圖1所示。

圖1試驗流程

1.3.1進(jìn)水pH對預氧化效果的影響

考慮到出水對pH的要求，原水調節后的pH控制在5～9的范圍內。預氧化劑投加后，試驗水在DJ-6CS型精密六聯(lián)電動(dòng)攪拌機上中速（150r/min）攪拌10min完成預氧化過(guò)程，隨即投加混凝劑，在高速（250r/min）攪拌1min后慢速（50r/min）攪拌14min，靜沉15min后取上清液測定剩余鐵、錳含量。其中總鐵采用鄰二氮菲吸收光譜法測定；總錳采用過(guò)硫酸銨分光光度法測定；pH用pHSJ-3F型pH計測定。

1.3.2預氧化時(shí)間對除鐵、錳效果的影響

進(jìn)水不調節pH情況下，預氧化時(shí)間分為10、30、60、120min4個(gè)水平考察。試驗步驟同1.3.1。

1.3.3原水本底成分對預氧化除錳效果的影響

以一定量分析純級硫酸錳向蒸餾水加標的方式考察原水本底成分對預氧化效果的影響。在進(jìn)水不調節pH和預氧化時(shí)間為10min條件下進(jìn)行試驗，試驗步驟同1.3.1。

2結果與討論

2.1進(jìn)水pH對預氧化效果的影響

進(jìn)水pH對預氧化效果的影響見(jiàn)圖2。

圖2進(jìn)水pH對PPC及KMnO4預氧化效果的影響

由圖2可知，以PPC做預氧化劑時(shí)，隨進(jìn)水pH的升高，出水中鐵含量變化不明顯，酸性及弱堿性環(huán)境有利于鐵、錳的去除。這是因為PPC是一種以高錳酸鉀為核心，由多種組分復合而成的新型藥劑，其在酸性條件下的氧化能力較強（E0=1.70V），在對溶解性二價(jià)鐵、錳進(jìn)行徹底氧化的同時(shí)還能有效破

壞包裹鐵、錳的有機物保護膜，并將裸露出來(lái)的二價(jià)鐵、錳氧化，最終以沉淀的形式使鐵、錳得到去除，自身同時(shí)被還原成錳的中間價(jià)態(tài)物質(zhì)，雖然堿性環(huán)境下PPC的氧化能力有所下降，但弱堿性條件有利于形成這種錳的中間價(jià)態(tài)物質(zhì)。這種具有大比表面積的新生物質(zhì)可以強化絮凝并與絮體結合形成大而密實(shí)的礬花，從而在沉淀過(guò)程中具有較好的沉降性能，提高了對鐵、錳的去除率。

而以KMnO4做預氧化劑時(shí)，隨著(zhù)進(jìn)水pH的升高，出水中鐵含量升高，錳含量先降低后又升高。這是因為KMnO4的氧化能力及還原產(chǎn)物與環(huán)境pH有關(guān)：酸性條件下KMnO4

的E0較高，氧化能力較強，與PPC類(lèi)似，它能氧化有機物保護膜，使被包裹的二價(jià)鐵、錳裸露出來(lái)后與溶解態(tài)的二價(jià)鐵、錳一起被氧化，并最終以難溶鐵或錳的氧化物及氫氧化物形式析出。但酸性條件下KMnO4的還原產(chǎn)物為Mn2+，這使得出水中錳的含量較高，從而導致錳的去除率低但鐵的去除率卻接近100%。中性及堿性條件下，KMnO4的氧化能力較弱，但在中性環(huán)境中KMnO4的還原產(chǎn)物為難溶性MnO2，它以MnO（OH）2膠體的形式析出，而在弱堿性環(huán)境下，MnO（OH）2能通過(guò)離子置換去除Mn2+：

新生態(tài)的Mn2O3又與MnO4-反應生成MnO2〔9〕。MnO2對KMnO4氧化有機物的顯著(zhù)催化作用也不容忽視。

因此，在原水pH為7.14～7.72的范圍內使用PPC及KMnO4預氧化強化混凝均能取得較好的鐵、錳去除效果。

2.2預氧化時(shí)間對預氧化效果的影響

預氧化時(shí)間對預氧化效果的影響見(jiàn)圖3。

圖3預氧化時(shí)間對PPC及KMnO4預氧化效果的影響

由圖3可知，預氧化時(shí)間對鐵去除效果的影響較小，但對錳的去除效果影響顯著(zhù)。以PPC和KMnO4做預氧化劑，預氧化10min時(shí)，錳的去除率分別比未預氧化情況下提高75%和68%。但隨著(zhù)預氧化時(shí)間的延長(cháng)，PPC組中的鐵、錳去除效果呈減弱趨勢，預氧化120min后，鐵、錳的去除率分別降低至85.6%和64.1%。這可能是因為，PPC在氧化水中二價(jià)鐵、錳及有機物保護膜的同時(shí)自身也被還原為錳的中間價(jià)態(tài)物質(zhì)，過(guò)長(cháng)時(shí)間的攪動(dòng)破壞了這種絮體結構，部分錳化合物及吸附在絮體上的鐵又被釋放出來(lái)，導致出水鐵、錳含量變大。這與孫士權等的研究結論有所不同，可能與原水水質(zhì)不同有關(guān)。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

KMnO4對鐵、錳的去除率隨預氧化時(shí)間的延長(cháng)而增大，預氧化120min后，鐵的去除率達到98.6%，出水錳含量低于檢測限。分析原因，可能是因為KMnO4的還原產(chǎn)物為MnO2，并以MnO（OH）2的形式析出，其與Mn2+的置換反應屬于化學(xué)吸附，產(chǎn)物穩定性高，延長(cháng)攪動(dòng)時(shí)間不但不能破壞反應產(chǎn)物，反而使氧化反應和吸附反應進(jìn)行得更充分，提高對鐵、錳的去除效果。

2.3原水本底成分對預氧化效果的影響

原水本底成分對預氧化效果的影響見(jiàn)表1。

表1原水本底成分對PPC及KMnO4預氧化除錳的影響

由表2可以看出，原水本底成分極大地影響了錳的去除效果，PPC和KMnO4預氧化時(shí)，原水比加標蒸餾水錳的去除率分別高約80%和50%。就PPC預氧化而言，這是因為原水水樣成分比較復雜，其中可能含有某些還原性物質(zhì)，而這些物質(zhì)能將PPC還原成含錳的中間價(jià)態(tài)產(chǎn)物，如前所述，這些新生錳的中間價(jià)態(tài)物質(zhì)能大大促進(jìn)對錳的去除。而以KMnO4做預氧化劑時(shí)，鐵、錳的去除效果受原水本底成分的影響要小，這是因為KMnO4對鐵、錳的氧化作用主要是化學(xué)行為，即KMnO4本身對二價(jià)鐵、錳的氧化作用和MnO2對Mn2+的化學(xué)吸附，其預氧化助凝效果不如PPC產(chǎn)生的還原產(chǎn)物。造成蒸餾水加標與原水加標鐵、錳去除率相差懸殊的另一個(gè)共同原因是蒸餾水加標水樣中懸浮物濃度極低，這使得水樣在絮凝過(guò)程中水解產(chǎn)物缺少凝結中心，導致絮凝效果差，出水鐵、錳含量高。

3結論

（1）原水pH對不同高錳酸鹽預氧化除鐵的影響均不明顯，但對去除錳的影響顯著(zhù)。弱堿性環(huán)境有利于對錳的去除。長(cháng)沙市近郊某鎮給水站地下水源水pH為7.14～7.72，利用PPC及KMnO4預氧化去除鐵、錳時(shí)無(wú)需調節pH。

（2）預氧化時(shí)間影響鐵、錳的去除效果。10～30min的預氧化時(shí)間下PPC及KMnO4均能取得較好的鐵、錳去除效果，但長(cháng)水力停留時(shí)間增大了水處理構筑物容積和基建投資，因此，在以PPC或KMnO4為預氧化劑的強化混凝工藝中，建議預氧化時(shí)間為10min。

（3）原水本底成分極大地影響著(zhù)PPC的預氧化效果，而KMnO4預氧化受此影響略小。（谷騰水網(wǎng)）