高锰酸盐药剂预氧化去除受污染地下水中铁、锰

　　长沙市近郊某村镇给水站以地下水为水源。受当地地质条件和土壤环境的影响，地下水中铁、锰含量高，平均质量浓度分别达到1.35、1.07mg/L。该镇给水站采用“曝气—混凝—过滤—消毒”工艺，但实际运行效果显示既使在增大曝气量、增加混凝剂投量和投加助凝剂的情况下，出水中的铁、锰含量也超过《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）中规定的要求。这可能与该地区农药、化肥使用较多、生活污废水随意排放、降水较频繁使得地下水中含有一定量的有机污染物有关〔1〕。当铁、锰被有机物膜包裹或与有机物络合形成稳定性铁、锰时，采用常规给水工艺处理难以得到较好的去除效果〔2〕。研究证明预氧化强化混凝能较好地去除地表水中稳定性铁、锰〔3-5〕。笔者曾在前期实验中考察了过氧化氢、高锰酸钾、高锰酸盐复合药剂（PPC）对该镇地下水的预氧化除铁、锰效果，试验结果表明，在同等条件下，高锰酸钾、高锰酸盐复合药剂（PPC）较过氧化氢预氧化更能显著提高对铁、锰的去除率〔6〕。本实验将进一步讨论进水pH、预氧化时间及原水本底成分对高锰酸钾、PPC预氧化效果的影响。

　　1材料与方法

　　1.1试验水质

　　以长沙近郊某镇给水站进厂水为试验水，试验期间水质参数：温度为17.1～22.8℃，pH为7.14～7.72，CODMn为1.42～3.04mg/L，Fe为1.16～1.54mg/L，Mn为1.00～1.13mg/L。

　　1.2仪器与试剂

　　仪器：DJ-6CS型精密六联电动搅拌机；pHSJ-3F型pH计。

　　试剂：质量浓度为15.8g/L的高锰酸钾，投加质量浓度为9.25mg/L；高锰酸盐复合药剂（PPC），采用北京精密单因子公司生产的固体粉末，使用时配成0.1g/L的溶液，投加质量浓度为6mg/L；混凝剂使用1g/L的硫酸铝〔Al2（SO4）3·18H2O〕溶液，投加质量浓度（以Al2O3计）为6.89mg/L；蒸馏水锰加标采用分析纯级硫酸锰；用0.1mol/L的盐酸和氢氧化钠调节进水pH。

　　1.3试验方法

　　试验流程如图1所示。

图1试验流程

　　1.3.1进水pH对预氧化效果的影响

　　考虑到出水对pH的要求，原水调节后的pH控制在5～9的范围内。预氧化剂投加后，试验水在DJ-6CS型精密六联电动搅拌机上中速（150r/min）搅拌10min完成预氧化过程，随即投加混凝剂，在高速（250r/min）搅拌1min后慢速（50r/min）搅拌14min，静沉15min后取上清液测定剩余铁、锰含量。其中总铁采用邻二氮菲吸收光谱法测定；总锰采用过硫酸铵分光光度法测定；pH用pHSJ-3F型pH计测定。

　　1.3.2预氧化时间对除铁、锰效果的影响

　　进水不调节pH情况下，预氧化时间分为10、30、60、120min4个水平考察。试验步骤同1.3.1。

　　1.3.3原水本底成分对预氧化除锰效果的影响

　　以一定量分析纯级硫酸锰向蒸馏水加标的方式考察原水本底成分对预氧化效果的影响。在进水不调节pH和预氧化时间为10min条件下进行试验，试验步骤同1.3.1。

　　2结果与讨论

　　2.1进水pH对预氧化效果的影响

　　进水pH对预氧化效果的影响见图2。

图2进水pH对PPC及KMnO4预氧化效果的影响

　　由图2可知，以PPC做预氧化剂时，随进水pH的升高，出水中铁含量变化不明显，酸性及弱碱性环境有利于铁、锰的去除。这是因为PPC是一种以高锰酸钾为核心，由多种组分复合而成的新型药剂〔5〕，其在酸性条件下的氧化能力较强（E0=1.70V），在对溶解性二价铁、锰进行彻底氧化的同时还能有效破

　　坏包裹铁、锰的有机物保护膜，并将裸露出来的二价铁、锰氧化，最终以沉淀的形式使铁、锰得到去除〔2〕，自身同时被还原成锰的中间价态物质，虽然碱性环境下PPC的氧化能力有所下降，但弱碱性条件有利于形成这种锰的中间价态物质〔7〕。这种具有大比表面积的新生物质可以强化絮凝并与絮体结合形成大而密实的矾花，从而在沉淀过程中具有较好的沉降性能，提高了对铁、锰的去除率。

　　而以KMnO4做预氧化剂时，随着进水pH的升高，出水中铁含量升高，锰含量先降低后又升高。这是因为KMnO4的氧化能力及还原产物与环境pH有关〔8〕：酸性条件下KMnO4的E0较高，氧化能力较强，与PPC类似，它能氧化有机物保护膜，使被包裹的二价铁、锰裸露出来后与溶解态的二价铁、锰一起被氧化，并最终以难溶铁或锰的氧化物及氢氧化物形式析出。但酸性条件下KMnO4的还原产物为Mn2+，这使得出水中锰的含量较高，从而导致锰的去除率低但铁的去除率却接近100%。中性及碱性条件下，KMnO4的氧化能力较弱，但在中性环境中KMnO4的还原产物为难溶性MnO2，它以MnO（OH）2胶体的形式析出，而在弱碱性环境下，MnO（OH）2能通过离子置换去除Mn2+：

　　新生态的Mn2O3又与MnO4-反应生成MnO2〔9〕。MnO2对KMnO4氧化有机物的显著催化作用也不容忽视〔8〕。

　　因此，在原水pH为7.14～7.72的范围内使用PPC及KMnO4预氧化强化混凝均能取得较好的铁、锰去除效果。