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饮用水水源的污染日益严重,新的饮用水国家标准《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)已经开始全面实施,常规饮用水处理技术已不能满足除污染要求,研发新的水处理药剂及其除污染技术是今后发展的重要途径。以锰酸盐为基础的具有多种净水效能的除污染技术,是近年来研究和应用的关注点之一。
通过对不同价态锰化合物的分析,本研究采用锰酸钾、高锰酸钾通过硫酸亚铁和硫代硫酸钠制备了锰盐净水剂,考察了4种方法制备的锰盐净水剂的除污染物效能与机制,表明不同的锰盐净水剂在水中的主要有效作用成分均为水合二氧化锰。研究发现以锰酸钾为基质的锰盐净水剂和高锰酸钾为基质的锰盐净水剂具有相同的除污染效能,可以替代高锰酸钾。锰酸钾制备净水剂的工艺简单,成本低廉,具有大规模生产的潜力与优势,在制备成本上具有较大优势。
对高锰酸钾和锰酸钾分别与硫酸亚铁反应制备的锰盐净水剂进行表征的结果表明,该锰盐净水剂以水合二氧化锰和氢氧化铁为主要成份,结晶程度差、颗粒粒径较小、比表面积较大、表面含有大量羟基,在天然水中性pH条件下,颗粒表面带有正电荷,试验结果表明其具有较强的混凝、助凝和吸附除污染的效能。
锰酸钾具有明显的氧化和助凝作用。锰酸钾的投加量、投加方式、反应时间、pH值等因素对其助凝效果均有影响。以锰酸钾和硫酸亚铁反应制备的锰盐净水剂具有良好的混凝除浊效果。在pH值为5和7,锰酸钾和硫酸亚铁制备的锰盐净水剂与硫酸铁的投量相同时,两者均具有良好的浊度去除效果,且差别不大；在pH值为9,锰盐净水剂与硫酸铁的投量相同时,前者的浊度去除效果明显好于后者。
锰酸钾可以有效去除水中二价锰,锰酸钾的投加量、投加方式和磷酸根离子对除锰效果有较大影响,沉淀时间、钙镁离子则影响较小。高锰酸钾与硫代硫酸钠及硫酸亚铁制备的锰盐净水剂有良好的除镉效果,均优于氯化铁和硫酸铝的除镉效果。实验证明,pH值、腐殖酸浓度、钙离子、磷酸根离子和硅酸根离子的投量以及水中的污染物质对锰盐净水剂除镉效果具有不同的影响。
高锰酸钾与锰酸钾对铜绿微囊藻有一定的去除作用。锰酸钾的除藻效果受投加方式和pH值影响较大,受反应时间影响较小。与高锰酸钾去除铜绿微囊藻的效果相比,锰酸钾总体上要稍好于高锰酸钾。锰酸钾的除藻机理与高锰酸钾的除藻机理基本一致。
高锰酸钾制备的锰盐净水剂去除苯酚和UV277的效果良好,锰酸钾制备的锰盐净水剂对苯酚的去除效果稍差。4种方法制备的锰盐净水剂对自来水配制的模拟水样中苯酚的去除效果总体上好于天然水配制的模拟水样的效果,但是对UV277的去除效果则相反。同时,两种试验水样研究结果均表明,投药量、高锰酸钾或锰酸钾于硫酸亚铁或硫代硫酸钠前投加的时间间隔对苯酚和UV277的去除效果均有较大影响。
锰盐净水剂可以去除间苯二酚,其投量、反应时间对间苯二酚的去除效果影响较大。增大锰酸钾或高锰酸钾与间苯二酚的比值以及氧化时间可以提高间苯二酚的去除率。锰酸钾制备的锰盐净水剂对间苯二酚有更好的去除效果,当锰盐净水剂与间苯二酚的比值较大时,这种优势逐渐减弱。
锰盐净水剂对天然有机物有一定的去除效果,锰酸钾与硫酸亚铁的投加方式和配比对有机物的去除效果均有影响。
上述研究结果表明,锰盐净水剂具有氧化、吸附、絮凝核心等多方面协同作用,对水中的多种污染物具有良好的去除效能。通过对锰盐净水剂在饮用水处理工艺中应用可行性的初步探讨,表明锰酸钾在制备、应用和经济等方面具有一定的优势,在饮用水除污染领域具有广阔的应用前景。