長沙市近郊某村鎮(zhèn)給水站以地下水為水源。受當(dāng)?shù)氐刭|(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(dá)到1.35、1.07mg/L。該鎮(zhèn)給水站采用“曝氣—混凝—過濾—消毒”工藝，但實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《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749—2006）中規(guī)定的要求。這可能與該地區(qū)農(nóng)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(jī)污染物有關(guān)。當(dāng)鐵、錳被有機(jī)物膜包裹或與有機(jī)物絡(luò)合形成穩(wěn)定性鐵、錳時，采用常規(guī)給水工藝處理難以得到較好的去除效果。研究證明預(yù)氧化強(qiáng)化混凝能較好地去除地表水中穩(wěn)定性鐵、錳。筆者曾在前期實驗中考察了過氧化氫、高錳酸鉀、高錳酸鹽復(fù)合藥劑（PPC）對該鎮(zhèn)地下水的預(yù)氧化除鐵、錳效果，試驗結(jié)果表明，在同等條件下，高錳酸鉀、高錳酸鹽復(fù)合藥劑（PPC）較過氧化氫預(yù)氧化更能顯著提高對鐵、錳的去除率。本實驗將進(jìn)一步討論進(jìn)水pH、預(yù)氧化時間及原水本底成分對高錳酸鉀、PPC預(yù)氧化效果的影響。

1材料與方法

1.1試驗水質(zhì)

以長沙近郊某鎮(zhèn)給水站進(jìn)廠水為試驗水，試驗期間水質(zhì)參數(shù)：溫度為17.1～22.8℃，pH為7.14～7.72，CODMn為1.42～3.04mg/L，F(xiàn)e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)電動攪拌機(jī)；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(fù)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(biāo)采用分析純級硫酸錳；用0.1mol/L的鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)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(yù)氧化效果的影響

考慮到出水對pH的要求，原水調(diào)節(jié)后的pH控制在5～9的范圍內(nèi)。預(yù)氧化劑投加后，試驗水在DJ-6CS型精密六聯(lián)電動攪拌機(jī)上中速（150r/min）攪拌10min完成預(yù)氧化過程，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；總錳采用過硫酸銨分光光度法測定；pH用pHSJ-3F型pH計測定。

1.3.2預(yù)氧化時間對除鐵、錳效果的影響

進(jìn)水不調(diào)節(jié)pH情況下，預(yù)氧化時間分為10、30、60、120min4個水平考察。試驗步驟同1.3.1。

1.3.3原水本底成分對預(yù)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(biāo)的方式考察原水本底成分對預(yù)氧化效果的影響。在進(jìn)水不調(diào)節(jié)pH和預(yù)氧化時間為10min條件下進(jìn)行試驗，試驗步驟同1.3.1。

2結(jié)果與討論

2.1進(jìn)水pH對預(yù)氧化效果的影響

進(jìn)水pH對預(yù)氧化效果的影響見圖2。

圖2進(jìn)水pH對PPC及KMnO4預(yù)氧化效果的影響

由圖2可知，以PPC做預(yù)氧化劑時，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(fù)合而成的新型藥劑，其在酸性條件下的氧化能力較強(qiáng)（E0=1.70V），在對溶解性二價鐵、錳進(jìn)行徹底氧化的同時還能有效破

壞包裹鐵、錳的有機(jī)物保護(hù)膜，并將裸露出來的二價鐵、錳氧化，最終以沉淀的形式使鐵、錳得到去除，自身同時被還原成錳的中間價態(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態(tài)物質(zhì)。這種具有大比表面積的新生物質(zhì)可以強(qiáng)化絮凝并與絮體結(jié)合形成大而密實的礬花，從而在沉淀過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(yù)氧化劑時，隨著進(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(qiáng)，與PPC類似，它能氧化有機(jī)物保護(hù)膜，使被包裹的二價鐵、錳裸露出來后與溶解態(tài)的二價鐵、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(dǎo)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能通過離子置換去除Mn2+：

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

因此，在原水pH為7.14～7.72的范圍內(nèi)使用PPC及KMnO4預(yù)氧化強(qiáng)化混凝均能取得較好的鐵、錳去除效果。

2.2預(yù)氧化時間對預(yù)氧化效果的影響

預(yù)氧化時間對預(yù)氧化效果的影響見圖3。

圖3預(yù)氧化時間對PPC及KMnO4預(yù)氧化效果的影響

由圖3可知，預(yù)氧化時間對鐵去除效果的影響較小，但對錳的去除效果影響顯著。以PPC和KMnO4做預(yù)氧化劑，預(yù)氧化10min時，錳的去除率分別比未預(yù)氧化情況下提高75%和68%。但隨著預(yù)氧化時間的延長，PPC組中的鐵、錳去除效果呈減弱趨勢，預(yù)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在氧化水中二價鐵、錳及有機(jī)物保護(hù)膜的同時自身也被還原為錳的中間價態(tài)物質(zhì)，過長時間的攪動破壞了這種絮體結(jié)構(gòu)，部分錳化合物及吸附在絮體上的鐵又被釋放出來，導(dǎo)致出水鐵、錳含量變大。這與孫士權(quán)等的研究結(jié)論有所不同，可能與原水水質(zhì)不同有關(guān)。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

KMnO4對鐵、錳的去除率隨預(yù)氧化時間的延長而增大，預(yù)氧化120min后，鐵的去除率達(dá)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(yīng)屬于化學(xué)吸附，產(chǎn)物穩(wěn)定性高，延長攪動時間不但不能破壞反應(yīng)產(chǎn)物，反而使氧化反應(yīng)和吸附反應(yīng)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(yù)氧化效果的影響

原水本底成分對預(yù)氧化效果的影響見表1。

表1原水本底成分對PPC及KMnO4預(yù)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(yù)氧化時，原水比加標(biāo)蒸餾水錳的去除率分別高約80%和50%。就PPC預(yù)氧化而言，這是因為原水水樣成分比較復(fù)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態(tài)產(chǎn)物，如前所述，這些新生錳的中間價態(tài)物質(zhì)能大大促進(jìn)對錳的去除。而以KMnO4做預(yù)氧化劑時，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本身對二價鐵、錳的氧化作用和MnO2對Mn2+的化學(xué)吸附，其預(yù)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(biāo)與原水加標(biāo)鐵、錳去除率相差懸殊的另一個共同原因是蒸餾水加標(biāo)水樣中懸浮物濃度極低，這使得水樣在絮凝過程中水解產(chǎn)物缺少凝結(jié)中心，導(dǎo)致絮凝效果差，出水鐵、錳含量高。

3結(jié)論

（1）原水pH對不同高錳酸鹽預(yù)氧化除鐵的影響均不明顯，但對去除錳的影響顯著。弱堿性環(huán)境有利于對錳的去除。長沙市近郊某鎮(zhèn)給水站地下水源水pH為7.14～7.72，利用PPC及KMnO4預(yù)氧化去除鐵、錳時無需調(diào)節(jié)pH。

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

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