高錳酸鉀復(fù)合鹽投加除錳試驗(yàn)研究

胡文佳　黃麗梅

摘要：試驗(yàn)采用混凝模擬試驗(yàn)，人工配置含錳原水，分別投加混凝劑和不同量的高錳酸鉀，并改變高錳酸鉀的投加時(shí)間，經(jīng)過(guò)不同混凝條件的混凝沉淀后測(cè)定上清液中的錳的質(zhì)量濃度。結(jié)果表明，在適當(dāng)?shù)耐都訒r(shí)間下，高錳酸鉀的投加量為理論值的80%～100%時(shí)對(duì)錳的去除率達(dá)到90%以上，且原水中存在的天然有機(jī)物對(duì)高錳酸鉀的除錳效果有一定的影響。

關(guān)鍵詞：高錳酸鉀；復(fù)合鹽；除錳試驗(yàn)；混凝模擬試驗(yàn)；混凝劑 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TU991 文章編號(hào)：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

近年來(lái)，我國(guó)幾個(gè)大規(guī)模的地表水系中不同程度地受到了錳的污染，如長(zhǎng)江儀征段水質(zhì)錳的污染指數(shù)為0.77，江西樂(lè)安江水系每年錳的平均含量在0.3～0.4mg/L之間。在偏酸和中性pH值范圍內(nèi)，Mn的主要溶解形態(tài)是Mn2+，并且不能被水中溶解氧直接氧化，因此在低pH值水域中Mn2+能以較高的質(zhì)量濃度穩(wěn)定存在；在Ph>8.4的水中，Mn2+能被水中的溶解氧氧化為非溶解狀態(tài)。目前常規(guī)給水處理工藝流程中缺乏有效的除錳措施，造成了出廠水中的錳含量超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，增加了水的色度，引起黃水、黑水現(xiàn)象，給企業(yè)和居民用水帶來(lái)了諸多不便。高錳酸鉀是一種有效應(yīng)用于飲用水處理的強(qiáng)氧化劑，與O3，Cl2、ClO2等相比，高錳酸鉀具有不產(chǎn)生毒副產(chǎn)物、使用經(jīng)濟(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)。此外，高錳酸鉀還原產(chǎn)物MnSO4H2O具有吸附水中Mn2+的能力。本研究利用實(shí)驗(yàn)室混凝模擬裝置，針對(duì)原水中不同錳含量，對(duì)高錳酸鉀復(fù)合劑投加量進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

高錳酸鹽復(fù)合劑氧化除去錳，高錳酸鉀是一種強(qiáng)氧化劑，可在很寬的pH范圍內(nèi)水中的二價(jià)錳離子可被高錳酸鉀迅速氧化為四價(jià)錳，反應(yīng)式如下：

2Mn04-+3Mn2++2H2O→5MnO2↓+4H+

水中其他的一些物質(zhì)也會(huì)使一部分高錳酸鉀氧化，這些還原性物質(zhì)的多少可用CODMn含量的來(lái)量化。筆者對(duì)金沙蘭水庫(kù)原水CODMn含量進(jìn)行調(diào)查分析，其值保持在1.5mg/L以?xún)?nèi)，即這些還原性物質(zhì)對(duì)高錳酸鉀的消耗量也相對(duì)穩(wěn)定。因此，本實(shí)驗(yàn)以原水中錳含量的高低來(lái)確定高錳酸鉀的投加量。

1.2 試劑與儀器

聚合氯化鋁，10%，杭州蕭山三江凈水劑有限公司

錳標(biāo)準(zhǔn)試劑，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW（E）080157

酸度計(jì)，Sartions PB-20

濁度儀，HACH 2100N

原子吸收分光光度計(jì)，PinAAcle 900T

混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)，ZR 4-6

1.3 實(shí)驗(yàn)用水的制備

為模擬錳超標(biāo)原水，本實(shí)驗(yàn)從金蘭水庫(kù)取來(lái)原水，加入不同濃度的錳標(biāo)準(zhǔn)溶液，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1：

1.4 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用混凝杯罐試驗(yàn)，操作程序根據(jù)水廠實(shí)際工藝條件設(shè)定：

取水樣1000mL分別于六個(gè)模擬混凝裝置中，選用一系列的藥劑投加量（每個(gè)混凝裝置中加入1%濃度的混凝劑PAC0.8mL以及一定量的高錳酸鉀復(fù)合鹽），經(jīng)攪拌和沉淀后，分別取上清液及過(guò)濾后水樣測(cè)定水質(zhì)。攪拌速率和攪拌時(shí)間按水廠實(shí)際工藝條件確定。具體參數(shù)

如下：

在400r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌1min，然后加入不同量的高錳酸鉀復(fù)合鹽，在400r/min的轉(zhuǎn)速下快速攪拌2min，然后轉(zhuǎn)速降至200r/min，繼續(xù)攪拌5min，然后進(jìn)行沉淀。為表述方便，以投加PAC的時(shí)刻為T(mén)=0時(shí)刻。

根據(jù)原水中錳濃度不同，調(diào)整高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量，具體投加量如表2所示：

2 結(jié)果與討論

2.1 同高錳酸鉀投加量對(duì)除去除水中Mn2+效果的影響

水中高錳酸鉀氧化Mn2+，每氧化1mg/L的Mn2+，需要1.92mg/L的高錳酸鉀。所以理論所需高錳酸鉀投加量為[KMnO4]=1.92[Mn2+]，即KMnO4濃度為原水中Mn2+濃度的1.92倍，設(shè)定該KMnO4投加量為100%投加量。

配置錳濃度為0.3mg/L、0.6mg/L、0.8mg/L的3種實(shí)驗(yàn)原水，高錳酸鉀100%投加量分別為0.5mg/L、1.0mg/L和1.5mg/L。在T=0時(shí)刻投加0.8mLPAC和不同量的KMnO4，經(jīng)過(guò)混凝后取上清液及濾后水測(cè)定Mn2+濃度，結(jié)果如圖1至圖3所示。

圖1、圖2、圖3分別為錳濃度為0.3mg/L、0.6mg/L、0.8mg/L下，投加不同量的KMnO4后Mn2+的去除率。

從圖中可以看出，在理論投加量的17%～100%范圍內(nèi)，隨著投加量的增加，上清液及濾后水中Mn2+濃度逐漸降低，去除率逐漸提高，且基本呈線性變化趨勢(shì)；且當(dāng)高錳酸鹽投加量在0.5mg/L時(shí)，Mn2+去除率最高分別為98.6%、96.7%和97.3%。投加量超過(guò)0.5mg/L后，上清液及濾后水中Mn2+濃度略有增加。在理論投加量?jī)?nèi)，Mn2+的去除率均超過(guò)了相應(yīng)高錳酸鉀理論投加量下的去除值，這是由于混凝過(guò)程中形成絮體，其中含有的MnO2.H2O會(huì)對(duì)水中的Mn2+進(jìn)行吸附。當(dāng)超過(guò)0.5mg/L投加量后即超過(guò)100%理論投加量時(shí)，水中KMnO4出現(xiàn)剩余，因此導(dǎo)致上清液及濾后水中Mn2+含量的增加。

2.2 不同投加時(shí)間對(duì)除Mn效果的影響

配制Mn2+濃度為0.6mg/L的實(shí)驗(yàn)原水，分別在不同時(shí)刻投加不同量的KMnO4，經(jīng)過(guò)混凝沉淀測(cè)定上清液的Mn2+濃度，繪制不同投加時(shí)間對(duì)去除率的影響，如圖4，結(jié)果表明，在投加混凝劑進(jìn)行混凝以后再投加KMnO4，其對(duì)Mn的去除效率明顯低于在投加混凝劑進(jìn)行攪拌的同時(shí)以在投加混凝劑進(jìn)行混凝之前投加KMnO4的去除率。在投加混凝劑進(jìn)行攪拌前投加KMnO4對(duì)Mn的去除率稍高于在投加混凝劑進(jìn)行攪拌的同時(shí)投加，提前投加KMnO4的好處在于保證了KMnO4與Mn2+的反應(yīng)時(shí)間，在二者反應(yīng)生成了懸濁和膠體狀的MnO2H2O，再加入PAC混凝，保證了MnO2H2O能充分形成絮體，因此去除率提高。在投加混凝劑進(jìn)行混凝以后投加KMnO4，雖然原水中的Mn2+同樣可以反應(yīng)生成MnO2H2O，但生成的MnO2H2O錯(cuò)過(guò)了絮體形成的最佳時(shí)間，因此在混凝以后投加KMnO4對(duì)Mn的去除效果不

明顯。

2.3 投加KMnO4后對(duì)水質(zhì)pH的影響

由化學(xué)反應(yīng)式2Mn04-+3Mn2++2H2O→5MnO2↓+4H+可知，KMnO4除錳過(guò)程中會(huì)生成H+，配制ρ（Mn）=0.6mg/L的實(shí)驗(yàn)原水，分別投加不同濃度KMnO4，測(cè)定pH值，結(jié)果如圖5所示，可以看出，去除水中的Mn2+，會(huì)影響水中的pH值，測(cè)定濾后水的濁度和色度，沒(méi)有明顯

變化。

2.4 水溫、余氯對(duì)除錳的影響

水溫對(duì)混凝效果有明顯影響，溫度低，不利于形成絮體，妨礙膠體凝聚。水溫也對(duì)水的氧化還原電位產(chǎn)生影響，從而影響除錳的效果。溫度對(duì)出水錳去除率的影響如圖6所示：

3 結(jié)語(yǔ)

第一，高錳酸鉀氧化混凝沉淀除Mn是一種有效地去除地表水中Mn2+的方法，去除率達(dá)到90%以上。使用高錳酸鉀復(fù)合鹽可以有效解決原水中錳含量超標(biāo)問(wèn)題。且高錳酸鉀復(fù)合鹽的投加量隨原水中錳含量的增加相應(yīng)有所提高。

第二，應(yīng)該在投加混凝劑的同時(shí)或之前投加高錳酸鉀，保證高錳酸鉀和Mn2+有充分的反應(yīng)時(shí)間。

第三，地表水中含有部分還原性物質(zhì)，會(huì)使一部分高錳酸鉀氧化，從而影響Mn2+的去除效果，可適當(dāng)增加高錳酸鉀投加量。

第四，高錳酸鉀氧化、混凝沉淀除Mn適合現(xiàn)有的自來(lái)水廠進(jìn)行工藝改進(jìn)，特別適合于原水中Mn季節(jié)性超標(biāo)的水廠。

參考文獻(xiàn)

[1] 王占生，劉文君.微污染水源飲用水處理[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[2] 張杰，戴鎮(zhèn)生.地下水除鐵除錳現(xiàn)代觀[J].給水排水，1996，22（10）.

[3] 袁德玉，楊開(kāi)，楊小俊，等.高錳酸鉀去除地表水中錳的生產(chǎn)試驗(yàn)[J].工業(yè)用水與廢水，2005，36（3）.

作者簡(jiǎn)介：胡文佳（1983-），女，浙江金華人，金華市自來(lái)水公司檢測(cè)中心工程師，碩士，研究方向：環(huán)境工程。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）