高錳(meng)酸(suan)鉀是(shi)一種具有強氧(yang)化(hua)能力的(de)化(hua)學(xue)物質(zhi)，由德國(guo)化(hua)學(xue)之父Glauber在1659年首次(ci)發(fa)現。他將二氧(yang)化(hua)錳(meng)與硝酸(suan)鉀高溫反應產物溶(rong)于水中，溶(rong)液(ye)先呈紫(zi)紅色(se)，再轉變(bian)為(wei)藍色(se)、紅色(se)，最后為(wei)綠色(se)。后來(lai)進行的(de)研究表明(ming)，溶(rong)液(ye)顏色(se)的(de)順次(ci)變(bian)化(hua)是(shi)錳(meng)離子價態改變(bian)的(de)結(jie)果。

常溫下，高錳酸鉀為晶體，約80目(mu)，密閉(bi)條(tiao)件下的穩定性好(hao)(hao)。在水中的溶解度(du)并不是很大，20℃攪(jiao)拌(ban)15—60min，溶解度(du)可達到5—30g/L。溶解量(liang)超過15g/L后，可能發生沉淀現象。配制好(hao)(hao)的高錳酸鉀溶液不宜長期保存。

將高(gao)錳酸鉀(jia)(jia)(jia)應用(yong)于(yu)飲用(yong)水(shui)處理的(de)實踐始(shi)于(yu)1913年。在(zai)(zai)倫敦(dun)West Middle***水(shui)廠，由于(yu)微生物大量生長(chang)，人(ren)們采取了將高(gao)錳酸鉀(jia)(jia)(jia)與(yu)其他化(hua)學物質聯用(yong)的(de)控制技術。Houston則(ze)在(zai)(zai)遞(di)交給倫敦(dun)水(shui)務局(ju)的(de)報(bao)告中(zhong)首次明確闡述了高(gao)錳酸鉀(jia)(jia)(jia)具(ju)有防止和除(chu)(chu)去自來水(shui)中(zhong)異臭異味的(de)作用(yong)的(de)觀點。隨后(hou)，高(gao)錳酸鉀(jia)(jia)(jia)對(dui)鐵、錳的(de)除(chu)(chu)去作用(yong)也(ye)被(bei)認識。但直到20世紀60年代，高(gao)錳酸鉀(jia)(jia)(jia)的(de)飲用(yong)水(shui)凈化(hua)功能才被(bei)廣泛接(jie)受，并(bing)在(zai)(zai)多個水(shui)廠單獨(du)或(huo)聯合(he)使用(yong)。

1．將高錳酸鉀(jia)應用(yong)于飲用(yong)水處理的機理分析

1.1 高錳酸鉀對(dui)異(yi)臭異(yi)味的除(chu)去(qu)

地表水易(yi)出(chu)現異(yi)臭異(yi)味問(wen)題，頻次和強度(du)與(yu)水中化學(xue)物(wu)質(zhi)的類(lei)型(xing)和分(fen)布(bu)特征有關。由(you)于異(yi)臭異(yi)味起源復雜，不可能(neng)在同一時刻用某一種藥劑(ji)解決所有問(wen)題。歷(li)史上，最廣(guang)泛使(shi)用的異(yi)臭異(yi)味控制劑(ji)是液(ye)氯(lv)和活性炭。最近20年來，高錳酸鉀、臭氧(yang)和二氧(yang)化氯(lv)等藥劑(ji)的應用在增加。

高錳酸鉀主要(yao)通過氧化(hua)作用降解(jie)產生(sheng)異(yi)臭異(yi)味的有機物；很多研(yan)究表明，高錳酸鉀與溶(rong)解(jie)性(xing)有機物發生(sheng)的反應具有廣譜性(xing)，能夠控制或減弱很多液氯無(wu)法(fa)消除的異(yi)臭異(yi)味。

自然水體(ti)(ti)中，有(you)機(ji)(ji)物都(dou)表(biao)現出吸(xi)附到(dao)懸浮(fu)顆(ke)粒物或(huo)膠(jiao)體(ti)(ti)表(biao)面(mian)的(de)(de)趨性(xing)。懸浮(fu)顆(ke)粒物或(huo)膠(jiao)體(ti)(ti)表(biao)面(mian)被覆(fu)有(you)機(ji)(ji)物膜(mo)后，不(bu)易混(hun)凝除去。加(jia)入(ru)高(gao)錳酸鉀，有(you)機(ji)(ji)物膜(mo)被氧化，懸浮(fu)顆(ke)粒物或(huo)膠(jiao)體(ti)(ti)的(de)(de)表(biao)面(mian)性(xing)質發生有(you)利于脫穩凝聚的(de)(de)變化，從而使(shi)除濁(zhuo)效率增加(jia)，有(you)機(ji)(ji)物含(han)量也隨之降低(di)，減輕(qing)了(le)水體(ti)(ti)的(de)(de)異臭異味。

高錳酸鉀通(tong)過(guo)下述(shu)反應(ying)除去(qu)地(di)下水的硫化氫異(yi)味：

4KMnO4+ 3H2S → S + 2K2SO4 + 3MnO + MnO2 + 3H2O..........................(1)

水體(ti)pH值對此(ci)反應的(de)影(ying)響大，一般要求將pH控制(zhi)在6．5—7。生成的(de)硫和二氧化錳等沉淀物可過濾除去(qu)，但膠體(ti)態(tai)硫的(de)除去(qu)效(xiao)果(guo)不佳。

1.2 高錳酸(suan)鉀(jia)氧化除去、錳

高錳(meng)酸(suan)鉀可在(zai)很寬的pH范圍內按(2)、 (3)式與(yu)鐵、錳(meng)化合物發(fa)生氧化—還(huan)原(yuan)反應。

MnO4- + 3Fe2+ + 4H+→3Fe3+ + MnO2 +2H2O ..................................(2)

2Mn04- + 3Mn2+ + 2H2O→5MnO2↓ + 4H+ .....................................(3)

水體(ti)pH值越高，(2)和(3)式進行越快。如果原水中錳(meng)含量高，將pH調(diao)至8．5以上，除去效果更佳。要求保證足(zu)夠的(de)水力停留時間，使反(fan)應充(chong)分完成(cheng)，所形成(cheng)的(de)沉淀(dian)物能在沉淀(dian)池(chi)沉淀(dian)除去或被濾料有(you)效截留。

1．3 高(gao)錳酸鉀(jia)的助凝作用(yong)

高(gao)錳酸鉀(jia)與水(shui)(shui)中的還原性物質發生反應，水(shui)(shui)體顏色由粉紅或紫紅色變為褐色。生成不溶(rong)于水(shui)(shui)的中間產物二氧化猛。

二氧化錳(meng)具(ju)有一(yi)定的(de)吸(xi)附能力，其BET值300m2/g左右。有研(yan)究指出，當(dang)PH<9．5時，Mn2+的(de)氧化速率相對較慢，主要通過吸(xi)附到二氧化錳(meng)表面后沉(chen)淀或過濾除去，見化學反應式(shi)(4)、(5)和(6)。

二氧化錳也作(zuo)(zuo)為新生凝核促(cu)使懸浮顆粒物(wu)或膠體發生凝聚后(hou)沉降(jiang)。此外，二氧化猛既自(zi)身吸附(fu)有(you)機(ji)物(wu)，又通過助凝作(zuo)(zuo)用除去有(you)機(ji)物(wu)，故而能夠較為有(you)效地降(jiang)低待處理水的有(you)機(ji)物(wu)含量(liang)。

將水體(ti)pH維(wei)持在(zai)7.5—8.0，二氧化(hua)錳(meng)的沉淀或(huo)過(guo)濾(lv)除去(qu)效(xiao)率較(jiao)高(gao)。

1．4 高(gao)錳酸鉀的消毒和除藻作(zuo)用

高錳酸(suan)(suan)鉀(jia)具有(you)消(xiao)毒能力。有(you)報道(dao)指出，用(yong)高錳酸(suan)(suan)鉀(jia)處理(li)后，水(shui)中大(da)腸桿菌的(de)(de)數(shu)量(liang)下(xia)降(jiang)。但(dan)考慮到(dao)投加高錳酸(suan)(suan)鉀(jia)會(hui)使(shi)水(shui)體顏(yan)色(se)發生(sheng)改(gai)變(bian)，并且生(sheng)成二氧化錳等副產物(wu)，一(yi)般不將其作為(wei)主消(xiao)毒劑使(shi)用(yong)。然而，用(yong)投加高錳酸(suan)(suan)鉀(jia)取代預氯化是可行的(de)(de)。一(yi)方面(mian)，高錳酸(suan)(suan)鉀(jia)發揮部分消(xiao)毒作用(yong)，另(ling)一(yi)方面(mian)，高錳酸(suan)(suan)鉀(jia)預氧化除去腐殖酸(suan)(suan)和富(fu)里酸(suan)(suan)，能有(you)效(xiao)抑(yi)制氯化消(xiao)毒副產物(wu)的(de)(de)生(sheng)成。

高(gao)錳(meng)酸(suan)(suan)(suan)鉀殺斑貽貝和藻(zao)類的(de)效果(guo)明(ming)顯。 0.4--4.0ppm的(de)高(gao)錳(meng)酸(suan)(suan)(suan)鉀可徹(che)底殺滅很(hen)多藻(zao)類。用高(gao)錳(meng)酸(suan)(suan)(suan)鉀控制水庫(ku)內藻(zao)的(de)生長(chang)的(de)成(cheng)本較用硫酸(suan)(suan)(suan)銅(tong)高(gao)，但同時在(zai)(zai)很(hen)大程度(du)上消(xiao)除(chu)了水中(zhong)殘(can)存的(de)異(yi)臭異(yi)味。在(zai)(zai)有些(xie)環境中(zhong)，硫酸(suan)(suan)(suan)銅(tong)抑制藻(zao)類生長(chang)無(wu)效，高(gao)錳(meng)酸(suan)(suan)(suan)鉀卻作(zuo)用良(liang)好，理(li)論之一是(shi)，鐵為藻(zao)類合成(cheng)葉綠素的(de)必需元素，高(gao)錳(meng)酸(suan)(suan)(suan)鉀使(shi)之發生氧化作(zuo)用并(bing)沉(chen)降(jiang)，從而延(yan)滯藻(zao)類生長(chang)。

2．高錳(meng)酸(suan)鉀處理飲用水的實(shi)驗(yan)室和實(shi)際生產效(xiao)果

消(xiao)除或降(jiang)低(di)異(yi)臭、異(yi)味和異(yi)色是(shi)將高錳酸鉀用(yong)于飲用(yong)水處理(li)的(de)經典實例(li)。國內外很(hen)多水廠都證實這(zhe)種應用(yong)是(shi)成功(gong)的(de)。在有機污(wu)染(ran)嚴重的(de)季節(jie)，采取(qu)投(tou)(tou)加高錳酸鉀的(de)處理(li)措施，投(tou)(tou)資少，操作方便，卻能取(qu)得良(liang)好效果(guo)。

國(guo)內學(xue)者李圭白、馬軍等人(ren)圍繞(rao)用(yong)(yong)高錳酸鉀處理飲用(yong)(yong)水(shui)的(de)(de)實驗室和(he)生產(chan)應用(yong)(yong)研究開展了比較系(xi)統、深入的(de)(de)工作[1-3]。他們研制(zhi)的(de)(de)高錳酸鉀復(fu)合藥劑在除去水(shui)中藻類、異(yi)臭異(yi)味和(he)微(wei)量有機(ji)污染物，助凝，降濁(zhuo)等方面具有良好(hao)的(de)(de)表現。所進行(xing)的(de)(de)生產(chan)性實驗表明，用(yong)(yong)高錳酸鉀復(fu)合藥劑預氧(yang)化能較好(hao)地除去微(wei)污染原水(shui)中的(de)(de)致突(tu)變物質，可強化懸浮(fu)顆粒物或膠體的(de)(de)脫穩，增(zeng)大絮體尺寸并使之快速下沉[4]。當水(shui)中存(cun)在天然有機(ji)物時，高錳酸鉀的(de)(de)助凝作用(yong)(yong)更加顯著(zhu)。

姜成(cheng)春和(he)查人(ren)光等提(ti)出(chu)將高錳(meng)酸(suan)鉀與粉(fen)末活性碳聯用處理(li)微污染原水(shui)的(de)技術[5,6]。實際(ji)運行中發現，投加高錳(meng)酸(suan)鉀后，反應(ying)池(chi)出(chu)口處的(de)礬花由絮(xu)狀變成(cheng)片(pian)狀。在沉淀池(chi)內，二(er)氧(yang)化錳(meng)顆粒沉降(jiang)快，分離效果好，沉淀出(chu)水(shui)的(de)UV254值下降(jiang)。

用投(tou)加(jia)高錳酸鉀取代預(yu)氯(lv)化，沉淀區內(nei)的(de)異(yi)味明顯降低。在(zai)美國，有些取密執安湖水(shui)(shui)為原(yuan)水(shui)(shui)的(de)水(shui)(shui)廠(chang)嘗試用投(tou)加(jia)高錳酸鉀代替投(tou)加(jia)活(huo)性碳，結果生產成本下降而出廠(chang)水(shui)(shui)的(de)臭味指標(biao)好轉。

如果反應產(chan)物二氧化(hua)錳來能沉(chen)淀除(chu)去而進入(ru)濾(lv)池，則可能粘附到表(biao)層濾(lv)料(liao)上。雖然這種錳砂接觸層起化(hua)學催(cui)化(hua)作用，有(you)利于繼續除(chu)鐵、錳，但(dan)濾(lv)料(liao)粒徑、密度及其表(biao)面(mian)特征等(deng)性質發生改變，可能給過濾(lv)過程帶來不良影響。

3．對高錳酸鉀投(tou)加技術的探討

3．1 高錳酸鉀投加點的選(xuan)擇

一般要求將高(gao)錳酸(suan)鉀盡早投(tou)(tou)入待處理水中(zhong)，很多水廠的(de)(de)高(gao)錳酸(suan)鉀投(tou)(tou)加點(dian)設在取水頭部，這樣(yang)能(neng)使(shi)氧(yang)化過程充分(fen)進(jin)行，最大(da)程度地(di)除去異臭異味、藻類(lei)等，并(bing)發揮二氧(yang)化錳的(de)(de)凝核(he)作用(yong)，提高(gao)絮凝和沉淀效率。

如果不能在(zai)(zai)取(qu)水(shui)口處(chu)投(tou)加(jia)，至少要保證在(zai)(zai)快(kuai)速混合前投(tou)加(jia)。不要將高錳酸(suan)鉀與(yu)絮凝劑同時投(tou)入(ru)水(shui)中，否則(ze)，兩者之間發(fa)生反應，反而降低除(chu)異臭、異味(wei)和異色及(ji)混凝的(de)效果。

3．2 高(gao)錳酸鉀與(yu)其他水處理藥(yao)劑的投(tou)加(jia)序列(lie)安排(pai)

合(he)理(li)(li)安排各(ge)種水處(chu)(chu)理(li)(li)藥劑的(de)投(tou)(tou)加(jia)序(xu)列對強化(hua)凈化(hua)處(chu)(chu)理(li)(li)至關重要。很多水處(chu)(chu)理(li)(li)藥劑是不能(neng)混合(he)投(tou)(tou)加(jia)的(de)，如鋁鹽和氫氧化(hua)鈉，陰和陽離子高分子聚合(he)物，氨與(yu)液(ye)氯和鋁鹽等(deng)。在實際生產(chan)中，要求(qiu)保證不宜(yi)混和藥劑至少3-5min的(de)投(tou)(tou)加(jia)間隔。可參考(kao)下圖確定各(ge)處(chu)(chu)理(li)(li)藥劑的(de)適宜(yi)投(tou)(tou)加(jia)點：

受已建凈水(shui)構筑物(wu)(wu)結構設(she)汁限制，很多(duo)水(shui)廠無法保(bao)證投(tou)(tou)(tou)加(jia)點(dian)問3—5min的(de)時(shi)間間隔(ge)。調整的(de)原則是，投(tou)(tou)(tou)加(jia)點(dian)1宜盡量(liang)提前(qian)，投(tou)(tou)(tou)加(jia)點(dian)2設(she)在處(chu)理(li)構筑物(wu)(wu)前(qian)，投(tou)(tou)(tou)加(jia)點(dian)3最(zui)大(da)程(cheng)度地遠離投(tou)(tou)(tou)加(jia)點(dian)2。在針尖大(da)小(xiao)的(de)鋁絮體形(xing)成后再投(tou)(tou)(tou)加(jia)陰(yin)或非離子(zi)型高分(fen)子(zi)聚(ju)合(he)物(wu)(wu)，可(ke)望使絮體生長最(zui)充分(fen)。

如果主要是為除去水的異臭、異味或異色，高錳酸鉀宜在氯化處理前投加，這樣有利于氧化降解各種前驅物，降低
 
消毒副(fu)產(chan)物的(de)生(sheng)成量(liang)。對鐵(tie)、錳含量(liang)高的(de)地下水，氧化處理則應安排在高錳酸鉀投加之(zhi)前，使氯氧化除(chu)鐵(tie)，而高錳酸鉀主要與錳發生(sheng)反應，這樣(yang)既降(jiang)低了生(sheng)產(chan)成本，又可保(bao)證處理效果(guo)。

在(zai)高(gao)(gao)錳(meng)酸(suan)鉀(jia)不能單獨有效控制異(yi)臭、異(yi)味和(he)異(yi)色的(de)情況下(xia)，常采取與(yu)粉末活(huo)性(xing)碳聯(lian)用的(de)技術。姜(jiang)成(cheng)春等發現，高(gao)(gao)錳(meng)酸(suan)鉀(jia)與(yu)活(huo)性(xing)碳的(de)作用是(shi)協同性(xing)質(zhi)的(de)[5]。生產中要注(zhu)意的(de)是(shi)，活(huo)性(xing)碳應(ying)在(zai)高(gao)(gao)錳(meng)酸(suan)鉀(jia)氧化反應(ying)結束(shu)后投加，否則，兩者之(zhi)間發生如(ru)下(xia)反應(ying)：

4KMnO4 + 3C + H2 O =4 MnO2 &darr; + 2KHCO3 + K2 CO3 ............................(7)

增(zeng)加(jia)了(le)高(gao)錳(meng)酸(suan)鉀和活性碳的消耗量，使生產成本增(zeng)加(jia)。但在(zai)另一(yi)方面(mian)，由于活性碳的還原作用(yong)，高(gao)錳(meng)酸(suan)鉀不會由于偶(ou)然因素而過剩，運行穩定可(ke)*。

3．3 高錳酸鉀(jia)投加量和(he)投加方法的(de)確定

0．5--2．5mg/L高(gao)錳酸鉀足以氧(yang)化(hua)大多數(shu)有機物。一般0.6—1.2mg/L高(gao)錳酸鉀可使出水TON降(jiang)至不及3的(de)水平。

將高錳酸鉀投入水(shui)中后(hou)，水(shui)體變為紫紅至(zhi)粉紅色(se)，氧化反(fan)應(ying)結束，顏色(se)消失。根(gen)據水(shui)體顏色(se)的變化，推斷反(fan)應(ying)接觸時間，并(bing)依(yi)此調節高錳酸鉀投加量。

國外投加(jia)(jia)經驗是(shi)，允許粉(fen)紅(hong)色(se)(se)擴展到沉(chen)淀池(chi)(chi)(chi)或澄清池(chi)(chi)(chi)2/3水面處，使二氧化(hua)錳能在后(hou)段(duan)沉(chen)淀除(chu)去。粉(fen)紅(hong)色(se)(se)必須在濾前消(xiao)失，否則，濾池(chi)(chi)(chi)易被堵塞。如果(guo)高錳酸鉀投加(jia)(jia)嚴(yan)重過量，殘余(yu)高錳酸鉀會進(jin)入管網后(hou)繼續反(fan)應，使用戶龍頭放(fang)出水呈(cheng)黃(huang)褐色(se)(se)，帶來衣料染色(se)(se)等一系(xi)列(lie)不良后(hou)果(guo)。

高(gao)(gao)錳(meng)(meng)(meng)酸(suan)鉀處(chu)理(li)具有水(shui)系特異(yi)性。在對特定水(shui)體(ti)進行(xing)處(chu)理(li)時，首先要進行(xing)標準(zhun)燒杯(bei)攪拌(ban)實驗，了解高(gao)(gao)錳(meng)(meng)(meng)酸(suan)鉀是(shi)否有效，并初(chu)步確定用量(liang)(liang)。為使(shi)處(chu)理(li)效果(guo)最佳，有時要調節水(shui)體(ti)pH值。一般規律是(shi)，pH值增高(gao)(gao)，高(gao)(gao)錳(meng)(meng)(meng)酸(suan)鉀氧(yang)化速度加快，投加量(liang)(liang)可適當減少。

高錳酸鉀的投加可采取干粉或溶液(ye)兩種方式。如果(guo)高錳酸鉀用量(liang)(liang)超過12kg/d，以干粉式投加為宜。用量(liang)(liang)不足12kg/d，配(pei)制成 4%的溶液(ye)后(hou)用計量(liang)(liang)泵投加到管(guan)道中(zhong)與待處理水混合(he)。

高(gao)(gao)錳(meng)酸鉀本身并不(bu)吸收水(shui)分，但所(suo)含少量雜質會吸潮而結成餅(bing)狀，要求在干燥處密封存放備用(yong)高(gao)(gao)錳(meng)酸鉀。高(gao)(gao)錳(meng)酸鉀溶液(ye)的(de)配(pei)制(zhi)濃度不(bu)宜過高(gao)(gao)，以防晶體析出，一般(ban)以5%為限度，低則可配(pei)成1—2%，視投加總量調節。

國外已研制出高(gao)錳酸(suan)(suan)鉀自(zi)(zi)動(dong)檢測(ce)裝置，檢出下限(xian)低(di)至(zhi)0.01mg/L殘余高(gao)錳酸(suan)(suan)鉀。通(tong)過安裝自(zi)(zi)動(dong)檢測(ce)設(she)備，易于實現對高(gao)錳酸(suan)(suan)鉀投加操作的精確控制。

4．使用高錳酸鉀的安全考慮(lv)

固(gu)體高(gao)錳(meng)酸(suan)(suan)鉀被(bei)認為是有毒物(wu)質。美國(guo)研究人員進行的(de)(de)毒理(li)實驗表明(ming)，高(gao)錳(meng)酸(suan)(suan)鉀對鼠LD50 700-1830mg/kg。類推到人類，一個體重80公斤的(de)(de)人空腹吞食(shi)2.3升(sheng)5%的(de)(de)高(gao)錳(meng)酸(suan)(suan)鉀溶液可致死。美國(guo)國(guo)家環保局(ju)建議的(de)(de)高(gao)錳(meng)酸(suan)(suan)鉀安全濃度為200mg/L，超過此值，可能損傷人體組(zu)織。

飲用水生(sheng)產過程中(zhong)，高錳酸鉀(jia)的使用濃度在安全范圍內，不(bu)會(hui)帶來(lai)任(ren)何毒(du)副作用。但應(ying)該盡可能保證適(shi)量投加，避免殘余高錳酸鉀(jia)進入管網，產生(sheng)毒(du)害之外(wai)的二次(ci)污染問題(ti)。特殊情況(kuang)下，可通過活性碳吸(xi)附過量高錳酸鉀(jia)。

高(gao)錳(meng)酸鉀粉末及溶液對操作人員具有一定的危險(xian)性，要(yao)注意采取必要(yao)的保護措施，并加(jia)強(qiang)安(an)全教育。

高(gao)錳酸鉀(jia)能腐蝕鐵質管道，一般要求對鋼管等進行涂(tu)襯保(bao)護，或使用塑料(liao)管。在決定投加高(gao)錳酸鉀(jia)進行預處理(li)前，要充分考察(cha)生產(chan)環境，控制(zhi)不利影響。

投加(jia)高(gao)錳酸鉀后(hou)，絮凝(ning)池和沉淀池排泥水的化(hua)學(xue)組(zu)成發生改(gai)變(bian)，尤其是(shi)二氧化(hua)錳含量增高(gao)，要求對污泥處理(li)和安全排放進行相應調整。

大量(liang)應(ying)用實(shi)例表明(ming)，將高錳(meng)(meng)酸鉀用于異(yi)臭(chou)、異(yi)味(wei)、異(yi)色(se)和有(you)機污(wu)染物等(deng)的(de)控(kong)制是成功的(de)。如果(guo)具備(bei)投加條件(jian)，而且證實(shi)高錳(meng)(meng)酸鉀對(dui)當地(di)水體中常(chang)出現污(wu)染物的(de)處理(li)有(you)效，建議將高錳(meng)(meng)酸鉀預處理(li)列為污(wu)染治理(li)選擇(ze)技術之一。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”

相關文章