pH值对高铁酸钾预氧化处理污水中重金属的影响研究_精品文档文档格式.doc
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污水高铁酸钾重金属pH值预氧化
Abstract:
ToexploretheeffectofpotassiumferrateonremovingCu2+concomitantlyfromsewage,in.advancedwastewatertreatment,simulationexperimentusingpotassiumferratepre-oxidationoxidation-coagulationwascarriedout.Intheexperiment,theimpactfactorsoftheremovalefficiencypH,wereinvestigated.UndertheconditionsofthepH=7.0,atthispointtheremovalrateofCu2+,CODCr,nitrogenandphosphorusishigher.Theresultsindicatethat,theneutralandalkalineconditionsachievebetterremovaleffect.
Keywords:
sewage;
potassiumferrate;
heavymetal;
pH;
pre-oxidation
我国经济不断发展，人民生活水平的提高和城市化进程的不断加快。
但是相应的淡水资源的需求和消耗也在不断增加。
致使我国淡水资源十分短缺，水质恶化，并且水资源污染日趋严重，进一步加剧了水资源短缺的矛盾。
严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。
水环境污染已成为全世界共同面对的环境问题。
因此，保护水资源是人类神圣的职责。
高铁酸钾（K2FeO4）是一种新型多功能水处理剂，具有杀菌、消毒、氧化、絮凝、助凝、吸附、脱色等多种功能[1]，其净水效益显著，可用于水处理且不会产生有害的金属离子和有害的衍生物，作为一种强氧化剂可强化混凝效果，使用携带方便，安全无害，可广泛适用于各类水质处理，发挥消毒和絮凝功能。
因此，它是一个安全、高效、无污染的理想的水处理剂[2]，具有很大的应用潜力。
但由于K2FeO4制备方法较为复杂，操作条件苛刻，稳定性差，现仍处于在实验研究阶段。
1高铁酸钾的应用
1.1杀菌
高铁酸钾与其它消毒剂相比，用量少且杀菌效率高。
有研究[3]对比了高铁酸钾与硫酸铁（FS）联用Cl2这2种消毒方法对大肠杆菌的杀灭效果，表明高铁酸钾更优于Cl2。
TSchink与TDWaite等发现高铁酸钾在低浓度下就能快速杀死f2病毒，并且溶液pH对高铁杀菌效果有很大影响[4]。
1.2絮凝和助凝
高铁酸根离子可以还原生成三价铁离子或氢氧化铁是一种优良的絮凝剂，同时FeO42－可以氧化水中某些影响絮凝的物质，所以高铁酸钾具有絮凝和助凝的作用。
高铁酸钾在水处理过程中的絮凝效果比一般的无机絮凝剂要好，同样条件下比三价铁盐和三价铝盐的絮凝效果好得多，这是由于高铁酸钾在水中分解时，Fe6+并不直接转化为Fe3+，而是经历了中间不同电荷离子演变，此转化过程中会产生正价态水解产物，具有较大的网状结构，压缩并电中和水中的胶态杂质扩散层，表现出良好的絮凝效果[5]。
水中存在的溶解性天然有机物、无机胶体的稳定性有很大影响。
当在原水中投加高铁酸钾预氧化时，高铁酸钾的氧化特性使其与胶体颗粒表面的有机涂层的某些部位发生反应，从而突破有机涂层，增强混凝剂与胶体颗粒的电中和作用，减少颗粒间的排斥作用，易于凝聚形成更大的絮体，从而提高絮体的沉降性能。
1.3消毒
氯制剂是饮水处理中常用的消毒剂。
而高铁酸钾作为杀菌消毒剂比氯的杀菌效果更好而且完全可靠，少量的高铁酸钾就可以起到杀菌消毒的作用。
研究表明，高铁酸钾对大肠杆菌有良好的灭活能力，且随pH值降低而升高。
覃长森等1997年报道，5.0～6.0mg/L的高铁酸钾可杀灭水中大肠杆菌，杀菌率达99.95%～99.99%[6]。
高铁酸钾具有的强氧化性，能够破坏细菌的细胞壁、细胞膜和细胞结构中的酶，抑制蛋白质及核酸的合成，抑制菌体的生长和繁殖，从而杀灭细菌，且对人体皮肤和其他生物以及环境均无腐蚀性和破坏性。
2实验部分
2.1实验仪器
TG328B型光学分析天平（上海精密科学仪器有限公司），752N型紫外可见分光光度计（上海菁华科技仪器有限公司），智能型电热恒温鼓风干燥箱（上海琅玕实验设备有限公司），HH-6型数显恒温水浴锅（金坛市杰瑞尔电器有限公司），HJ-6型恒温磁力搅拌器（苏州威尔实验用品有限公司），pHS-3C型酸度计（上海理达仪器厂），万能电炉（1000W）（北京市中兴伟业仪器有限公司）冰箱BC-86A合肥美菱股份有限公司）。
2.2试验方法
常温下，取250ml原液移至500ml烧杯中，调节pH值分别为4、5、6、7、8、9，投加一定量的高铁酸钾溶液（现用现配），先以300r/min的转速快速搅拌5min，再以120r/min的转速搅拌15min，然后加入亚硫酸钠淬灭反应，完成主要氧化过程;
然后投加一定量的聚合氯化铝（PAC），以60r/min慢速搅拌絮凝30min，静置沉降30min;
最后用中速定性滤纸进行过滤，测定水中剩余Cu2+、CODCr、氨氮和总磷的浓度。
2.3结果与讨论
pH值是K2FeO4氧化去除污水中污染物的主要影响因素之一，pH值的不同直接影响着各物质的去除率，故首先考察了pH对Cu2+、CODCr、氨氮和总磷去除效果的影响。
在固定其它条件不变的情况下，把反应前水样的pH分别调为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0，反应结束后测定水样中Cu2+、CODCr、氨氮和总磷的浓度，结果见图1。
图1pH对Cu2+、CODcr、氨氮和总磷去除效果的影响
Fig.1EffectofpHonCu（Ⅱ）CODcrammonianitrogenandtotalphosphorus
从图1可以看出，当K2FeO4的投加量一定、原水pH在4.0～7.0之间时，随着反应前pH的升高，水中重金属Cu2+的去除率逐渐升高而且效果显著;
当pH=9.0时Cu2+去除效果较好。
若继续提高原水的pH，去除率增加缓慢。
当pH小于7时Cu2+、CODCr、氨氮和总磷的去除效果随着pH值的升高而升高，pH值为7.0时Cu2+、CODCr、氨氮和总磷的去除率分别为88.1%、27.8%、32.9%和48.64%。
pH大于9时，高铁酸钾对Cu2+、氨氮和总磷的去除效果随着pH的升高而下降。
2.4机理探讨
高铁酸钾的稳定性和氧化性取决于溶液的酸碱度，中性偏碱性更有利污染物的去除。
在中性或者酸性溶液中，高铁酸钾氧化能力很强，可对溶解态铜进行氧化，在pH<
2的条件下，FeO2-4的氧化能力高于其他所有的氧化剂和消毒剂，Fe042-分解速度快，分解后能够产生具有优良絮凝功能的Fe（III）和吸附作用的Fe（OH）3[7]，但因其分解速度快，大部分的高铁酸钾还未来得及与污染物接触反应就完全分解，高铁酸钾极不稳定，很快分解，放出氧气，Fe042-瞬间分解，被还原成3价铁化合物[8]，大部分有机污染物还未能与之接触，致使Fe042-氧化性没有充分发挥。
且在酸性条件下，Fe（OH）3絮体也不易于生成，致使FeO42-在酸性条件下氧化能力较差。
但是在酸性条件下，Fe042-仍然具有一定的氧化能力，对有机物保持了一定的去除率[9]；
而且酸性条件下也利于形成氧氧化物沉淀，导致对重金属的去除率低[10]。
碱性条件下，高铁酸钾稳定性增强，高铁酸钾的去除效果稳定，pH较高可保证其与其他物质有更长的接触反应时间，高铁酸根稳定地进行分解，通过氧化破坏有机物对胶体的保护作用，也有可能是高铁酸根离子与氢氧根离子作用生成了羟基自由基，破坏胶体态有机物保护膜，此时氢氧化铁以较高聚合度的无机高分子胶态在杂质微粒之间粘结架桥，使它们发生架桥絮凝作用，从而强化混凝，进一步降低了水中的重金属和有机物[11]。
碱性条件下，尽管其氧化还原电位没有酸性条件高，但是此条件下的氧化性对有机物也有很好的氧化去除效果，重金属在水中的水解程度增大，多种羟基化水解产物的比例也大为提高[12]。
随着pH值升高，Cu（II）的去除率有所提高，主要是因为Fe（Ⅵ）被还原为Fe（Ⅳ）、Fe（Ⅴ）等中间价态，最终还原为Fe（Ⅲ），越来越多的Fe（Ⅲ）和高铁的中间产物表面的正电荷增加，使得二价铜离子更容易吸附到铁的水解产物表面，表现为铜的去除率一直较高。
但pH过高时高铁酸钾的氧化还原电位较低。
同时pH影响Cu2+在溶液中的存在状态[13]。
高铁酸钾去除有机物效能也受到反应pH条件的影响，原因是高铁酸钾溶液的稳定性及氧化性均取决于溶液的pH。
高铁酸钾预氧化可以强化混凝效果，该过程形成的絮体大小比单独铝盐混凝形成的絮体大，进而提高絮体沉淀性能。
综合这些因素，中性偏碱性条件下高铁酸钾降解效果最好[14]。
3 结 论
高铁酸钾是比传统氧化剂氧化能力更强、高效、无毒的多功能水处理剂，不产生二次污染。
使用高铁酸钾预氧化后的水质对后续工艺有很好的促进作用。
但很多因素会影响高铁酸钾作用效果，研究表明pH值对高铁酸钾发挥氧化作用有很显著的影响，中性偏碱性条件下高铁酸钾降解效果较好。
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[11]CanfieldRL，Henders
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