高鐵酸鉀強(qiáng)化鐵錳氧化膜過(guò)濾去除水中有機(jī)物

郭英明，張宇宏，麻奔，袁晟晨，邱文瑄，楊靖

（西安工程大學(xué)城市規(guī)劃與市政工程學(xué)院，陜西 西安 710048）

近年來(lái)，高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）已成為我國(guó)集中式生活飲用水水源中的主要超標(biāo)指標(biāo)之一[1]。CODMn是測(cè)定有機(jī)物相對(duì)含量的綜合指標(biāo)之一，也是我國(guó)重點(diǎn)控制的水污染物指標(biāo)，它反映了水中受還原性物質(zhì)污染的程度。CODMn越高，說(shuō)明水體受有機(jī)物的污染越嚴(yán)重。水體中的CODMn通常有兩個(gè)來(lái)源：一種是生產(chǎn)活動(dòng)等釋放到水中的有機(jī)物；另一種是水體中生物活動(dòng)產(chǎn)生的有機(jī)物。過(guò)量的有機(jī)物攝入人體之后會(huì)引起慢性中毒，甚至可能影響生殖和遺傳，產(chǎn)生怪胎和引起癌癥等[2]。我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）中規(guī)定CODMn的限值為3.0mg/L。

目前國(guó)內(nèi)外去除CODMn的水處理工藝主要有臭氧生物活性炭工藝、生物處理工藝和吸附法等。Xu等[3]采用“混凝-超濾-臭氧生物活性炭”工藝處理藻類污染的太湖水，發(fā)現(xiàn)對(duì)約3.67mg/L的CODMn能夠達(dá)到約76.18%的去除率。任基成等[4]提出了臭氧生物活性炭二級(jí)串聯(lián)工藝布置方式，該工藝能夠使5.6mg/L 的CODMn達(dá)到70%左右的去除率。臭氧生物活性炭工藝應(yīng)用較為廣泛，但仍存在臭氧利用率低、氧化能力不足等缺陷。Xu等[5]研發(fā)了一種懸浮過(guò)濾材料結(jié)合曝氣生物活性濾池對(duì)微污染水源水進(jìn)行預(yù)處理，能夠?qū)崿F(xiàn)NH4+和CODMn同步去除，且CODMn的去除率為57.49%；李偉光教授課題組[6]設(shè)計(jì)研發(fā)了一種兩級(jí)生物強(qiáng)化過(guò)濾工藝，該工藝對(duì)4.2mg/L 的CODMn去除率可達(dá)54%。雖然生物處理工藝可使常規(guī)處理更好地發(fā)揮作用，但仍易出現(xiàn)填料堵塞等問(wèn)題，且受低溫影響明顯。Wang等[7]探究了共聚氣浮-碳砂過(guò)濾一體化工藝對(duì)地表水中有機(jī)污染物和NH3-N 的去除，研究發(fā)現(xiàn)對(duì)水中4.0～5.5mg/L 的CODMn平均去除率能夠達(dá)到47.86%。Szaty?owicz等[8]采用活性氧化鋁對(duì)水中的CODMn進(jìn)行吸附處理，發(fā)現(xiàn)降低水的硬度以及水中氯離子后能夠使4.3mg/L 的CODMn去除率達(dá)到79.07%。吸附法雖然高效、操作簡(jiǎn)單，但是吸附飽和以后出水質(zhì)量難以保證，且吸附材料需要定期更換再生。

本文作者課題組前期利用中試過(guò)濾系統(tǒng)，在石英砂濾料表面形成了一層具有催化氧化活性的鐵錳氧化膜（MeOx），可用于高效同步去除地下水和地表水水源中的氨氮、鐵、錳等[9-11]，但是MeOx對(duì)CODMn的去除率較低。高鐵酸鉀作為一種新興的綠色水處理劑，具有氧化性高、氧化速度快、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)[12]，且對(duì)水中的CODMn具有一定的去除效果，但要獲得較高的去除率，仍需投加較高濃度的高鐵酸鉀。Khoi等[13]探究了以高鐵酸鹽作為助凝劑和氧化劑在河水凈化中的應(yīng)用，研究發(fā)現(xiàn)20mg/L 的高鐵酸鹽能夠使CODMn的去除率達(dá)到86.2%。

本研究結(jié)合前期研究成果，利用中試過(guò)濾實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以負(fù)載MeOx的石英砂作為濾料，在進(jìn)水管路中投加少量的高鐵酸鉀溶液，利用高鐵酸鉀的強(qiáng)氧化性以及MeOx的催化氧化作用來(lái)提高對(duì)水中CODMn的有效去除，主要研究了高鐵酸鉀對(duì)MeOx的強(qiáng)化效果、高鐵酸鉀的最優(yōu)投加量以及不同NH4+濃度、濾速、pH 對(duì)CODMn去除過(guò)程的影響，同時(shí)利用多種微觀表征技術(shù)探究運(yùn)行60天后MeOx表面的變化情況。本研究能夠?qū)崿F(xiàn)飲用水水源中較高負(fù)荷CODMn的高效去除，同時(shí)進(jìn)一步完善了MeOx在水處理中的實(shí)際應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

中試過(guò)濾裝置由四部分組成，包括進(jìn)水系統(tǒng)、有機(jī)玻璃濾柱、加藥系統(tǒng)以及反沖洗系統(tǒng)，中試過(guò)濾裝置示意圖如圖1所示。

圖1 中試過(guò)濾裝置示意圖

設(shè)置兩根完全相同的有機(jī)玻璃濾柱A、B，內(nèi)徑10cm，高度270cm。濾柱底部有30cm的承托層，承托層為粒徑70～150mm的鵝卵石，承托層上方為100cm 高的負(fù)載有MeOx的石英砂濾料，在沿濾柱一側(cè)設(shè)有7個(gè)取樣口，用于沿程的取樣。加藥系統(tǒng)共有四臺(tái)加藥泵，每根濾柱兩臺(tái)泵，一臺(tái)為氧化劑投加泵，另一臺(tái)為CODMn投加泵。設(shè)兩個(gè)加藥桶，一個(gè)為高鐵酸鉀加藥桶，另一個(gè)為CODMn加藥桶。反沖洗系統(tǒng)包括氣沖洗和水沖洗兩部分，均設(shè)置流量計(jì)調(diào)節(jié)沖洗強(qiáng)度。

1.2 水質(zhì)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)水源取自西安市臨潼區(qū)某一水源，具體水質(zhì)參數(shù)如表1所示。

由表1可知，所有水質(zhì)參數(shù)均符合地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類，因此采用人工配水的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在兩個(gè)加藥桶中配制一定濃度的高鐵酸鉀和葡萄糖溶液（CODMn），經(jīng)過(guò)加藥泵投加到進(jìn)水管路中，與原水經(jīng)過(guò)靜態(tài)混合器混合以后進(jìn)入濾柱。

表1 原水水質(zhì)指標(biāo)

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)共分為三部分進(jìn)行，每一部分實(shí)驗(yàn)結(jié)束都會(huì)重新更換同一實(shí)驗(yàn)批次的活性濾料，再進(jìn)行下一部分實(shí)驗(yàn)。第一部分探明高鐵酸鉀對(duì)未負(fù)載MeOx、負(fù)載MeOx的石英砂濾料的強(qiáng)化作用（分別在濾柱A、B中進(jìn)行），實(shí)驗(yàn)結(jié)束后在濾柱B中確定高鐵酸鉀強(qiáng)化過(guò)濾的最優(yōu)投加量；第二部分為探究高鐵酸鉀強(qiáng)化MeOx過(guò)濾的影響因素，在濾柱B 中進(jìn)行；第三部分為長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，在濾柱A中進(jìn)行。

1.3.1 高鐵酸鉀強(qiáng)化過(guò)濾對(duì)CODMn去除的實(shí)驗(yàn)步驟

（1）高鐵酸鉀對(duì)MeOx的強(qiáng)化作用 配制一定濃度的高鐵酸鉀溶液和葡萄糖溶液（CODMn濃度），通過(guò)加藥泵分別投加到濾柱A、B的靜態(tài)混合器之前，通過(guò)調(diào)節(jié)加藥泵流量控制進(jìn)水的高鐵酸鉀濃度和CODMn濃度，兩根濾柱的濾速均設(shè)置為7m/h。

探究強(qiáng)化過(guò)濾過(guò)程中MeOx對(duì)CODMn的作用。濾柱A 中的濾料使用未負(fù)載MeOx的石英砂濾料，濾柱B使用同一批次負(fù)載MeOx的石英砂成熟濾料，濾柱A、B 同時(shí)投加大約1.0mg/L 的高鐵酸鉀和8.0mg/L的CODMn。每日取樣測(cè)定沿程CODMn，對(duì)比在高鐵酸鉀作用下有無(wú)MeOx的區(qū)別。

探究強(qiáng)化過(guò)濾過(guò)程中高鐵酸鉀對(duì)CODMn的作用。濾柱A、B中的濾料均為同一批次負(fù)載MeOx的石英砂濾料，濾柱A 只投加8.0mg/L 的CODMn，濾柱B 同時(shí)投加1.0mg/L 的高鐵酸鉀和8.0mg/L 的CODMn。每日取樣測(cè)定沿程CODMn，對(duì)比有無(wú)投加高鐵酸鉀的區(qū)別。

（2）優(yōu)化高鐵酸鉀投加量 配制一定濃度的葡萄糖溶液，使進(jìn)水口的CODMn濃度約為20mg/L，分別投加2.00mg/L、1.00mg/L、0.10mg/L、0.05mg/L的高鐵酸鉀，探究不同濃度的高鐵酸鉀對(duì)CODMn的去除效果，確定最優(yōu)投加量。

1.3.2 水中CODMn有效去除影響因素的實(shí)驗(yàn)步驟

（1）濾速對(duì)高鐵酸鉀強(qiáng)化過(guò)濾去除CODMn的影響 探究濾速對(duì)高鐵酸鉀強(qiáng)化MeOx去除CODMn的影響，控制濾柱的濾速為6～11m/h，控制進(jìn)水中CODMn濃度為20mg/L，高鐵酸鉀投加量為0.1mg/L，實(shí)驗(yàn)期間水溫為20℃左右，進(jìn)水pH為7.5～8.0。每個(gè)濾速條件下運(yùn)行72h，每8h 測(cè)定沿程CODMn濃度，比較不同濾速條件下CODMn的去除效果。

（2）pH 對(duì)高鐵酸鉀強(qiáng)化過(guò)濾去除CODMn的影響 利用36%的濃鹽酸改變進(jìn)水的pH，探究不同pH 條件對(duì)高鐵酸鉀強(qiáng)化MeOx去除CODMn的影響，保證進(jìn)水CODMn濃度為20mg/L，高鐵酸鉀投加量為0.1mg/L，調(diào)節(jié)進(jìn)水的pH 分別為6.51、6.75、7.01、7.52、8.04。每組pH均持續(xù)運(yùn)行72h，每8h測(cè)定沿程CODMn和DO（溶解氧）濃度，對(duì)比不同時(shí)間以及沿程濃度變化，探究不同pH對(duì)CODMn去除的影響。

（3）水中的NH4+對(duì)高鐵酸鉀強(qiáng)化過(guò)濾去除CODMn的影響 通過(guò)改變進(jìn)水中NH4+濃度，探究不同濃度NH4+對(duì)MeOx去除CODMn的影響。該實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)階段，每個(gè)階段持續(xù)運(yùn)行10 天，且進(jìn)水CODMn濃度均為20mg/L，第Ⅰ、Ⅱ階段高鐵酸鉀投加量均為0.2mg/L，第Ⅰ階段不投加NH4+，第Ⅱ階段每日依次增加NH4+投加量，控制進(jìn)水中NH4+濃度由0 逐漸增加至2.2mg/L；第Ⅲ階段高鐵酸鉀投加量為1.0mg/L，NH4+濃度為1.1mg/L。實(shí)驗(yàn)期間水溫為20℃左右，濾速控制在7m/h。對(duì)比不同時(shí)間以及沿程濃度變化，探究NH4+對(duì)CODMn去除的影響。

1.3.3 探究長(zhǎng)期運(yùn)行效果的實(shí)驗(yàn)步驟

探究高鐵酸鉀強(qiáng)化MeOx過(guò)濾長(zhǎng)期運(yùn)行的效果以及對(duì)MeOx產(chǎn)生的影響，控制進(jìn)水中CODMn濃度為20mg/L，高鐵酸鉀投加量為0.1mg/L，濾速為7m/h，每日測(cè)定一次進(jìn)出水和沿程CODMn濃度。運(yùn)行60天后對(duì)濾料進(jìn)行多種微觀表征，探究MeOx表面形態(tài)、元素組分及化合物形態(tài)變化。

1.4 測(cè)試方法和表征方法

實(shí)驗(yàn)試劑有葡萄糖、高鐵酸鉀、草酸鈉、高錳酸鉀、氯化銨、碘化汞、酒石酸鉀鈉、碘化鉀等，以上藥品均購(gòu)自上海麥克林生化科技有限公司。

實(shí)驗(yàn)中配制藥品的水均采用純水，CODMn的檢測(cè)方法采用高錳酸鹽指數(shù)法[14]。溫度、溶解氧（DO）采用便攜式溶解氧儀（HACH-HQ30D 型）測(cè)定，pH 采用雷磁PHS-25 型pH 計(jì)進(jìn)行測(cè)量，N采用納氏分光光度法，分光光度計(jì)采用上海美普達(dá)儀器有限公司的UV-1800PC型。

對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)行60天后濾料進(jìn)行微觀表征，取少量濾料冷凍干燥，保存于密封真空管中，冷凍干燥機(jī)采用北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司的FD-1D-50 型。采用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)投加高鐵酸鉀前后濾料表面MeOx的形貌進(jìn)行微觀表征，SEM 采用的是美國(guó)FEI 公司的Quanta 600F 型。同時(shí)采用電子能譜儀（EDS）對(duì)濾料表面元素種類進(jìn)行分析，EDS采用美國(guó)FEI公司的INCA Energy 350型X射線能譜儀。隨后對(duì)濾料進(jìn)行X 射線光電子能譜分析（XPS），探究投加高鐵酸鉀前后氧化膜表面主要元素的結(jié)合能變化，XPS 采用美國(guó)熱電公司的Thermo Scientific K-Alpha型X射線光電子能譜儀。

2 結(jié)果與討論

2.1 高鐵酸鉀強(qiáng)化過(guò)濾對(duì)CODMn去除的影響

2.1.1 高鐵酸鉀對(duì)MeOx的強(qiáng)化作用

探究強(qiáng)化過(guò)濾過(guò)程中MeOx以及高鐵酸鉀對(duì)于CODMn的氧化作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2(a)可知，在相同進(jìn)水條件下，未負(fù)載MeOx的石英砂濾料對(duì)水中的CODMn去除率僅有約25%，而負(fù)載MeOx去除率可達(dá)到90%以上。由此可知，MeOx對(duì)進(jìn)水中CODMn的有效去除起著至關(guān)重要的作用。

由圖2(b)可知，未投加高鐵酸鉀的情況下MeOx對(duì)CODMn的去除率僅有約18%，而投加高鐵酸鉀后MeOx對(duì)CODMn的去除率也達(dá)到90%以上，出水CODMn的濃度穩(wěn)定在約0.7mg/L。由此表明進(jìn)水中投加一定濃度的高鐵酸鉀可以強(qiáng)化MeOx對(duì)CODMn的有效去除。

圖2 高鐵酸鉀對(duì)MeOx的強(qiáng)化作用

2.1.2 高鐵酸鉀投加量的優(yōu)化

探究進(jìn)水CODMn濃度為20mg/L 時(shí)高鐵酸鉀的最優(yōu)投加量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同濃度高鐵酸鉀對(duì)CODMn濃度沿程的影響

由圖3 可知，高鐵酸鉀投加量為2mg/L 時(shí)，在濾層下方20cm 處CODMn濃度已經(jīng)降至3mg/L 以下。隨著高鐵酸鉀投加量的降低，使CODMn濃度達(dá)標(biāo)所需要的濾層深度不斷增加，當(dāng)高鐵酸鉀濃度降至0.05mg/L時(shí)，出水口處的CODMn濃度已經(jīng)超過(guò)3mg/L，而高鐵酸鉀的投加量為0.1mg/L 時(shí)就可保證出水中CODMn的濃度達(dá)標(biāo)，因此確定進(jìn)水CODMn濃度為20mg/L時(shí)，高鐵酸鉀的最優(yōu)投加量為0.1mg/L。

2.2 影響CODMn去除的因素

2.2.1 濾速對(duì)高鐵酸鉀強(qiáng)化過(guò)濾去除CODMn的影響

探究進(jìn)水CODMn濃度為20mg/L時(shí)濾速對(duì)CODMn去除的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同濾速對(duì)CODMn濃度沿程的影響

由圖4可知，當(dāng)濾速為6m/h時(shí)，水中的CODMn在濾層深度20cm處已經(jīng)能夠處理達(dá)標(biāo)。進(jìn)水濾速?gòu)?m/h增加至10m/h，濾柱沿程CODMn濃度有所上升，處理CODMn達(dá)標(biāo)所需要的濾層深度隨濾速的增加逐漸增加，但是出水中CODMn濃度始終低于3mg/L。當(dāng)濾速增加到11m/h時(shí)，出水CODMn濃度超過(guò)3mg/L，此時(shí)去除率仍可達(dá)到80%以上。由此可見(jiàn)濾速為8～11m/h時(shí)對(duì)高鐵酸鉀強(qiáng)化MeOx去除水中CODMn的影響較小。

2.2.2 pH對(duì)高鐵酸鉀強(qiáng)化過(guò)濾去除CODMn的影響

考察pH 的變化對(duì)高鐵酸鉀強(qiáng)化MeOx去除CODMn的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同pH對(duì)CODMn濃度沿程的影響

由圖5可知，進(jìn)水pH為8.04時(shí)，水中CODMn主要在濾層前50cm處去除。當(dāng)pH降至7.52時(shí)，去除CODMn達(dá)標(biāo)所需的濾層厚度增加至70cm，持續(xù)降低pH，發(fā)現(xiàn)濾層沿程對(duì)CODMn的去除率隨pH 的降低而下降。

考慮高鐵酸鉀在不同pH 條件下的還原產(chǎn)物Fe3+的形態(tài)不同[15]，在酸性條件下Fe3+以溶解態(tài)存在，見(jiàn)式(1)。

在中性或堿性條件下，F(xiàn)e3+以Fe(OH)3沉淀形式存在，見(jiàn)式(2)。

所以在酸性條件下，CODMn的去除率低于堿性條件可能是因?yàn)樵趬A性條件下生成的Fe(OH)3膠體能夠起到一定的吸附作用，進(jìn)一步提高水中CODMn的去除率。

2.2.3 氨氮對(duì)高鐵酸鉀強(qiáng)化過(guò)濾去除CODMn的影響

探究不同進(jìn)水NH4+濃度對(duì)CODMn去除的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

由圖6(a)可知，在第Ⅰ階段中，由于進(jìn)水中未投加NH4+，濾柱可保持高效穩(wěn)定去除CODMn；第Ⅱ階段在進(jìn)水中開始逐漸增加NH4+的投加量，此時(shí)發(fā)現(xiàn)出水中NH4+和CODMn濃度均已超標(biāo)，且持續(xù)增加，此時(shí)投加的0.2mg/L 高鐵酸鉀不能保證NH4+和CODMn的同步去除。第Ⅲ階段提高高鐵酸鉀的投加量至1.0mg/L 后，發(fā)現(xiàn)出水中NH4+和CODMn濃度已達(dá)標(biāo)，且持續(xù)穩(wěn)定在濃度限值以下。由圖6(b)可知，隨著NH4+濃度的增加，濾層對(duì)CODMn的去除率在逐漸降低，表明NH4+對(duì)CODMn的去除具有不利影響，主要是由于在NH4+的氧化過(guò)程中消耗了部分高鐵酸鉀，導(dǎo)致CODMn不能被完全氧化，所以在實(shí)驗(yàn)的第Ⅲ階段將高鐵酸鉀的投加量提高至1.0mg/L，此時(shí)發(fā)現(xiàn)濾柱出水中的CODMn能夠穩(wěn)定去除達(dá)標(biāo)。

圖6 NH4+對(duì)高鐵酸鉀強(qiáng)化過(guò)濾去除CODMn的影響

2.3 長(zhǎng)期運(yùn)行效果

高鐵酸鉀強(qiáng)化MeOx過(guò)濾連續(xù)運(yùn)行60 天后，進(jìn)出水CODMn濃度變化如圖7所示。

由圖7可知，在中試系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行60天內(nèi)，進(jìn)水中投加0.1mg/L的高鐵酸鉀，能夠保證MeOx穩(wěn)定高效地去除水中20mg/L 的CODMn，且去除率高達(dá)92.5%左右。運(yùn)行60 天后，對(duì)MeOx表面微觀性質(zhì)的變化情況進(jìn)行探究，利用多種微觀表征方法進(jìn)行分析。

圖7 60天持續(xù)運(yùn)行進(jìn)水、出水中CODMn的濃度變化

2.4 微觀表征分析

2.4.1 強(qiáng)化過(guò)濾60天后濾料的外貌形態(tài)對(duì)比

利用SEM 分別對(duì)原始濾料、高鐵酸鉀強(qiáng)化過(guò)濾運(yùn)行60天后的濾料進(jìn)行表征，結(jié)果如圖8所示。

圖8 強(qiáng)化過(guò)濾60天后的SEM微觀表征

由圖8(a)、(c)可知，投加高鐵酸鉀強(qiáng)化過(guò)濾之前，MeOx完全覆蓋于石英砂濾料表面，表面平整光滑，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)。由圖8(b)、(d)可知，投加高鐵酸鉀強(qiáng)化過(guò)濾60 天后，MeOx表面出現(xiàn)了少許裂紋，且表面孔隙中附著了某種物質(zhì)，可能是由于CODMn被高鐵酸鉀氧化后生成的某種物質(zhì)附著在其表面。卓瑞雙等[17]研究了天然有機(jī)物對(duì)MeOx去除NH4+的影響，發(fā)現(xiàn)天然有機(jī)物對(duì)MeOx去除氨氮有負(fù)面影響，可能與Ca2+、Al3+等結(jié)合形成了不溶性絡(luò)合物，覆蓋在MeOx表面后占據(jù)了氨氮的氧化活性位，從而導(dǎo)致氨氮去除能力下降，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

2.4.2 氧化膜表面元素種類分析

利用EDS 分別對(duì)成熟濾料、投加高鐵酸鉀強(qiáng)化過(guò)濾后的氧化膜表面元素組分的變化情況進(jìn)行分析，結(jié)果如圖9所示。

圖9 高鐵酸鉀強(qiáng)化60天后氧化膜表面元素含量的變化

由圖9可知，成熟濾料氧化膜中錳元素和氧元素的含量較多，考慮MeOx的主要成分為錳氧化物。當(dāng)投加高鐵酸鉀強(qiáng)化過(guò)濾一段時(shí)間后，MeOx表面C、O 元素的含量明顯增加，C 元素由之前的12.14%增加到35.87%，O 元素由18.50%增加至47.20%。同時(shí)Mn和Fe元素的含量均降低，尤其是Mn 元素由之前的63.18%減少至10.25%，而Fe 元素由3.05%降低至0.30%。C、O元素含量的升高可能是由于有機(jī)物被氧化生成了某種物質(zhì)吸附在氧化膜的表面，使MeOx表面的Mn 和Fe 元素含量大幅降低。

2.4.3 膜表面化合物組分分析

利用XPS對(duì)成熟濾料、投加高鐵酸鉀強(qiáng)化過(guò)濾60 天后濾料的Mn 3/2p、C 1s 和O 1s 的結(jié)合能變化進(jìn)行微觀表征，結(jié)果如圖10所示。

圖10 強(qiáng)化過(guò)濾60天后XPS能譜圖對(duì)比

3 結(jié)論

（1）在中試過(guò)濾系統(tǒng)中，以負(fù)載MeOx的石英砂為濾料，投加0.1mg/L 的高鐵酸鉀進(jìn)行強(qiáng)化過(guò)濾，對(duì)進(jìn)水中20mg/L 的CODMn，其去除率高達(dá)92.5%。相比傳統(tǒng)水處理工藝，該強(qiáng)化工藝能夠大幅度提升CODMn的去除率。

（2）進(jìn)水中較低的pH、較高的NH4+濃度均會(huì)影響強(qiáng)化過(guò)濾的效果，而濾速的影響較小。當(dāng)進(jìn)水中高鐵酸鉀的投加量增加至1mg/L 后，可實(shí)現(xiàn)1.1mg/L的N和20mg/L的CODMn的同步去除。（3）通過(guò)SEM 發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)化過(guò)濾60 天后，MeOx表面出現(xiàn)了少許裂紋，且表面孔隙中附著了某種物質(zhì)；由EDS能譜圖可知，MeOx表面C、O元素含量明顯增加，Mn、Fe 元素含量減少，但減少的鐵錳物質(zhì)并未影響CODMn的去除；XPS能譜表明，強(qiáng)化過(guò)濾60 天后濾料表面的C、O 元素主要以有機(jī)物[—(CH2)4O[—n的形式存在。