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高锰酸钾及其复合药剂在水处理中的应用顾晓扬汪晓军陈思莉宋扬万小芳(华南理工大学环境科学与工程学院广州510640)[摘要]作为强氧化剂的高锰酸钾对环境污染物质的去除具有独特的功能，本文通过对高锰酸钾、高锰酸钾复合药剂、高锰酸钾粉末活性炭联用组合工艺的应用评述，表明高锰酸钾及其复合药剂在去除水中有机污染物、除藻、除嗅、除色、控制致突变物质和强化混凝等方面具有诸多优异的表现，是一种高效、经济的氧化剂，具有广阔的应用前景。[关键词]化学氧化高锰酸钾高锰酸钾复合药剂高锰酸钾粉末活性炭联用[中图分类号]X701文献标识码：文章编号：ApplicationofpotassiumpermanganateandcompositepotassiumpermanganateinwatertreatmentGuXiaoyangWangXiaojunChenSiliSongYangWanXiaofang(CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640)Abstract:PotassiumPermanganatewastheefficientoxidizerwhichhadspecialfunctioninremovingenvironmentpollutants.ThispaperintroducedtheapplicationofPotassiumPermanganate,Compositepotassiumpermanganateandthetechnologyofpotassiumpermanganatecombinedwithpoweredactivatedcarbon.andshowedthatPotassiumPermanganateandCompositepotassiumpermanganatehadoutstandingperformanceonremovingtheorganicpollutants,algae,taste,color,controlmutagenicmattersandconsolidatedcoagulation.Thisoxidizerwashighefficientandeconomic.Itwasverypromisingindrinkingwatertreatment.Keywords:chemistryoxidizationpotassiumpermanganatecompositepotassiumpermanganatethetechnologyofpotassiumpermanganatecombinedwithpoweredactivatedcarbon.前言当前水源水质的普遍污染己成为水环境污染控制与水资源保护领域的突出问题。通过常规工艺处理虽然可以去除水中许多有毒有害物质，但对水体中有机物的去除效果却不太理想，过滤后的出水仍含有较多的有机污染物，致使饮用水中有时含有一定的嗅和味，这也正是造成饮用水水质二次污染的主要原因[l]。针对常规处理工艺的不足，各种饮用水氧化技术应运而生，并逐渐引起人们的关注。目前能够用于给水处理的氧化剂主要有臭氧、二氧化氯、氯和高锰酸钾等。高锰酸钾是一种强氧化剂，1913年首先被英国的AlexandeHouston用作城市给水的化学剂。1927年美国的Rocheste首先使用它作为一种灭藻剂，也作为一种氧化剂，广泛地用于水处理，控制嗅和味，使溶液中的铁和锰成为能够通过混凝絮凝沉淀或过滤去除的不溶性氧化物，并且作为消毒剂来使用，同时高锰酸钾还具有微絮凝作用[2]。[基金项目]本项目为2005年广东省工业攻关计划项目（2005B31101001）[第一作者简介]顾晓扬（1982－），男，广东，华南理工大学，硕士生。从事水处理方向研究。电话：（0）13760745467E－mail：scutgxy@163.com。1高锰酸钾及其复合药剂的化学性质中性条件下，高锰酸钾对水中有机污染物的去除效果优于酸性与碱性条件。高锰酸钾与水中有机物反应过程中产生的二氧化锰对水中有机污染物的去除效果有一定影响。一方面，二氧化锰可能对高锰酸钾与水中有机污染物间的反应产生催化作用，另一方面，二氧化锰可能通过吸附与氧化作用去除一部分有机污染物。它们的协同作用导致中性条件下高锰酸钾对水中有机污染物具有良好的去除效果[3]。高锰酸钾复合药剂(Compositepotassiumpermanganate)是在高锰酸钾基础上发展起来的一种新型、高效的氧化剂，它是将高锰酸钾与某些无机盐复合而成，并通过控制一定的反应条件，促进高锰酸钾氧化还原稳态中间产物的形成，从而强化了该药剂对有机物的氧化、催化和吸附功能[4]。在水处理过程中以常规水处理工艺投加药剂的方式加入原水中，水解后形成具有很强氧化能力的中间态成分，具有去除水中有机污染物、除藻、除嗅、除味、除色和强化混凝等综合净化作用。2高锰酸钾及其复合药剂在水处理氧化中的优良特性高锰酸钾及其复合药剂作为氧化剂，应用于水处理相对于臭氧来说具有使用方便、价格低、处理效果好等特点[5]。（1）锰是无毒元素，其化合物高锰酸钾和二氧化锰也没有毒害作用，且二氧化锰能够被混凝、沉淀、过滤后续处理有效的去除。（2）高锰酸钾及其复合药剂是固体，在符合国家对氧化剂包装、运输、储存标准要求的条件下可安全地进行长距离的运输和贮存。（3）高锰酸钾及其复合药剂的溶解投加方式与固体混凝剂投加方式类似，可以进行干投，投加简便并且能够实现自动控制的准确投加。（4）锰是自然界中含量较高的元素，高锰酸钾及其复合药剂的制备工艺较简单，价格相对便宜，在给水处理中投加量较小，可以保证水厂的正常使用。（5）用高锰酸钾及其复合药剂去除与控制水中有机污染物不必改变常规净水工艺，只需在投加混凝剂之间或同时投加，操作简单易行。3高锰酸钾及其复合药剂的应用3.1高锰酸钾的应用3.1.1高锰酸钾预氧化去除二价铁锰离子[6]高锰酸钾预氧化除铁除锰己有多年的应用历史。游离态的Fe(II)在pH大于5.0情况下能被高锰酸钾立即氧化，游离态的Mn(II)在pH大于5.5情况下也能被高锰酸钾迅速氧化。有机物的存在会明显降低Fe(II)和Mn(II)的去除效率，使高锰酸钾的消耗量高于理论数值[7]。高斌等人对保定中法供水有限公司的原水的处理研究表明，含氨氮、锰、硫化氢高的原水通过采取投加高锰酸钾，可使出厂水水质达到国家《生活饮用水卫生规范》。3.1.2高锰酸钾预氧化去除水中有机物高锰酸钾与水中有机物间的作用很复杂，既有直接氧化作用，也有二氧化锰对微量有机污染物的吸附与催化作用，同时还有介稳状态的中间产物的氧化作用[8]。曲久辉曾在其硕士论文中对高锰酸钾预氧化去除沈阳地下水中微量有机物做了研究。结果是高锰酸钾对水中微量有机污染物具有较好的去除效果，可使地下水中绝大多数物质的色谱面积大幅度下降，对某些污染物的去除效率可以达到100%，对所检出的“三致”污染物和优先污染物也有较好的去除效果[9]。马军在其博士论文中对高锰酸钾氧化去除纯水溶液中的丙烯酞胺、氯酚和加入到天然地表水中的氯酚、丙烯酞胺进行了研究，并对其影响因素进行了探讨，结论表明高锰酸钾对氯酚、丙烯酞胺这两种物质均有良好的去除效果[10]。3.1.3高锰酸钾降低三卤甲烷和其它氯化有机物的生成量SINGERPC，BORCHADJH和COLTHURSTJM(1950)的研究表明，高锰酸钾氧化中，氯化物减少量与氧化剂需求量(oxidantdemand)满足后高锰酸钾的消耗量成正比。高锰酸钾预氧化可以使得加氯点后移，从而减少了氯与三卤甲烷前质物的作用[11]。COLTHURSTJM和SINGERPC(1952)的研究表明，水处理中通常投加的高锰酸钾能在一定程度上降低源自腐殖酸的氯化物生成势。当KMnO4/TOC最大时氯化物生成势的降低最为显著，Ca2+能加速二氧化锰对腐殖质的吸收[12]。3.1.4控制饮用水中臭味[13]很多给水处理厂都时常遇到臭味问题。单独的高锰酸钾能够氧化水中多种臭味化合物，如有机酸、醛、酮、烯、酯、氰化物、胺、硫醇、硫化氢、酚和其它化合物。一般高锰酸钾的投加量在0.5－2.0mg/L范围内即足够去除水中臭味。高锰酸钾可有效的去除水中微量臭味物质或者氧化成不产生臭味的物质。高锰酸钾氧化的另外一个特点是水中具有较大耗氯量的成分已被高锰酸钾氧化，这样进一步减小了后续消毒中的投加量，从而降低由于加氯产生的臭味。3.1.5高锰酸钾预氧化除藻高锰酸钾也是一种常见的杀藻剂，投加高锰酸钾可以有效提高藻类的去除率。一般投加量为1—3mg/L、接触时间1—2h。高锰酸钾氧化能显著的提高藻类的去除效率，降低紫外吸收度，其效果明显优于传统的预氯化技术。黄晓东等人对某市富营养化水源水进行了化学预氧化试验研究及初步评价，研究表明，高锰酸钾具有很好的杀藻效果，当投加量为0.6mg/L时，对藻类的杀灭率达到90%[14]。3.2高锰酸钾复合药剂的应用3.2.1高锰酸钾复合药剂的强化混凝效果强化混凝是指以去除浊度、有机污染物以及由有机污染物引起的色度、嗅味、藻类、氯仿前质、致突变物质等为主要目标，在传统的混凝工艺(投药、混合、絮凝、凝聚4个过程)基础上经过改进、优化和新增以去除有机污染物为主的混凝。李忠林[15]以黄河水为水源，用高锰酸钾复合药剂强化混凝处理，考察其对受高浓度有机物废水污染的地表水的处理效果。结果表明高锰酸钾复合药剂有显著强化混凝效能，其强化混凝效果与投加方式有关，高锰酸盐复合药剂在硫酸亚铁混凝剂之后投加的混凝效果最好。投加高锰酸盐复合药剂强化处理使混凝曲线向下移动且向两极张开，拓宽了最佳混凝剂投量范围，提高了系统的抗干扰性或抗冲击性。3.2.2高锰酸钾复合药剂去除苯酚酚类化合物是水体中一类典型的有机污染物。在给水处理过程中，特别是在加氯处理中，酚能与氯结合形成氯酚，并可进一步转化成氯仿。张锦，李圭白[16]分别以杯罐震荡及混凝搅拌试验为基础，对苯酚及其诱发臭味进行了去除研究。通过氯与高锰酸钾复合药剂对苯酚作用效果的对比，表明氯化能使苯酚产生臭味，而高锰酸钾复合药剂对苯酚表现出很高的去除作用，且能控制苯酚氧化臭味的产生。3.2.3高锰酸钾复合药剂去除低温低浊度水中微量有机污染物饮用水的原水在低温低浊且受到严重污染的条件下是公认难处理的水体，许国仁，李圭白[17]以松花江哈尔滨段水源作为对象，针对低温低浊高污染水体重点考察了高锰酸钾复合药剂预处理与聚合氯化铝共同处理工艺对水体中的有机物的种类和数量的去除效果。结果表明高锰酸钾复合药剂预处理与聚合氯化铝共同处理工艺对水体中的有机物的种类和数量具有非常优异的去除效果。高锰酸钾复合药剂预处理稠环芳烃与杂环化合物去除率为90.4%,硝基化合物去除率为94.4%，卤代烃和的酚类检出浓度都在仪器检出线以下，相当完全去除了卤代烃和酚类。3.3高锰酸钾粉末活性炭联用高锰酸钾预氧化技术也有其局限性，部分难以氧化的有机物不易去除，在酸性条件下氧化时有碱基致突变物产生，且与有机物的作用效果与水的本底情况密切相关。有鉴于此，姜成春[18]提出高锰酸钾预处理技术与其他处理技术联用的概念。与高锰酸钾联用的处理技术中，活性炭吸附为首选技术。活性炭在去除天然及合成有机物及卤仿前体，控制饮用水致突变活性方面有其独特之处。而且粉末活性炭具有基建投资低，不改变现有工艺流程，使用灵活方便的优点，特别适用于原水水质随季节变化较大的情况。3.3.1高锰酸钾与粉末活性炭联用处理微污染原水高锰酸钾与粉末活性炭联用处理技术对水中微量有机物具有优良的去除效能。对原水TOC的处理效果要高于高锰酸钾预处理和粉末活性炭吸附处理这两种技术单独使用对原水TOC处理效果之和，这说明高锰酸钾与粉末活性炭之间具有协同作同。姜成春，马军[19]在烧杯搅拌试验和生产性试验基础上考察了高锰酸钾与粉末活性炭联用对低温低浊水的强化混凝作用。结果表明，高锰