長沙市近郊某村鎮給水站以地下水為水源。受當地地質條件和土壤環境的影響，地下水中鐵、錳含量高，平均質量濃度分別達到1.35、1.07mg/L。該鎮給水站采用“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《生活飲用水衛生標準》（GB5749—2006）中規定的要求。這可能與該地區農藥、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污染物有關。當鐵、錳被有機物膜包裹或與有機物絡合形成穩定性鐵、錳時，采用常規給水工藝處理難以得到較好的去除效果。研究證明預氧化強化混凝能較好地去除地表水中穩定性鐵、錳。筆者曾在前期實驗中考察了過氧化氫、高錳酸鉀、高錳酸鹽復合藥劑（PPC）對該鎮地下水的預氧化除鐵、錳效果，試驗結果表明，在同等條件下，高錳酸鉀、高錳酸鹽復合藥劑（PPC）較過氧化氫預氧化更能顯著提高對鐵、錳的去除率。本實驗將進一步討論進水pH、預氧化時間及原水本底成分對高錳酸鉀、PPC預氧化效果的影響。
1材料與方法
1.1試驗水質
以長沙近郊某鎮給水站進廠水為試驗水，試驗期間水質參數：溫度為17.1～22.8℃，pH為7.14～7.72，CODMn為1.42～3.04mg/L，Fe為1.16～1.54mg/L，Mn為1.00～1.13mg/L。
1.2儀器與試劑
儀器：DJ-6CS型精密六聯電動攪拌機；pHSJ-3F型pH計。
試劑：質量濃度為15.8g/L的高錳酸鉀，投加質量濃度為9.25mg/L；高錳酸鹽復合藥劑（PPC），采用北京精密單因子公司生產的固體粉末，使用時配成0.1g/L的溶液，投加質量濃度為6mg/L；混凝劑使用1g/L的硫酸鋁〔Al2（SO4）3·18H2O〕溶液，投加質量濃
度（以Al2O3計）為6.89mg/L；蒸餾水錳加標采用分析純級硫酸錳；用0.1mol/L的鹽酸和氫氧化鈉調節進水pH。
1.3試驗方法
試驗流程如圖1所示。
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圖1試驗流程
1.3.1進水pH對預氧化效果的影響
考慮到出水對pH的要求，原水調節后的pH控制在5～9的范圍內。預氧化劑投加后，試驗水在DJ-6CS型精密六聯電動攪拌機上中速（150r/min）攪拌10min完成預氧化過程，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預氧化時間對除鐵、錳效果的影響
進水不調節pH情況下，預氧化時間分為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的方式考察原水本底成分對預氧化效果的影響。在進水不調節pH和預氧化時間為10min條件下進行試驗，試驗步驟同1.3.1。
2結果與討論
2.1進水pH對預氧化效果的影響
進水pH對預氧化效果的影響見圖2。
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圖2進水pH對PPC及KMnO4預氧化效果的影響
由圖2可知，以PPC做預氧化劑時，隨進水pH的升高，出水中鐵含量變化不明顯，酸性及弱堿性環境有利于鐵、錳的去除。這是因為PPC是一種以高錳酸鉀為核心，由多種組分復合而成的新型藥劑，其在酸性條件下的氧化能力較強（E0=1.70V），在對溶解性二價鐵、錳進行徹底氧化的同時還能有效破
壞包裹鐵、錳的有機物保護膜，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物質，雖然堿性環境下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物質。這種具有大比表面積的新生物質可以強化絮凝并與絮體結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做預氧化劑時，隨著進水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物與環境pH有關：酸性條件下KMnO4
的E0較高，氧化能力較強，與PPC類似，它能氧化有機物保護膜，使被包裹的二價鐵、錳裸露出來后與溶解態的二價鐵、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的還原產物為Mn2+，這使得出水中錳的含量較高，從而導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，但在中性環境中KMnO4的還原產物為難溶性MnO2，它以MnO（OH）2膠體的形式析出，而在弱堿性環境下，MnO（OH）2能通過離子置換去除Mn2+：
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新生態的Mn2O3又與MnO4-反應生成MnO2〔9〕。MnO2對KMnO4氧化有機物的顯著催化作用也不容忽視。
因此，在原水pH為7.14～7.72的范圍內使用PPC及KMnO4預氧化強化混凝均能取得較好的鐵、錳去除效果。
2.2預氧化時間對預氧化效果的影響
預氧化時間對預氧化效果的影響見圖3。
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圖3預氧化時間對PPC及KMnO4預氧化效果的影響
由圖3可知，預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做預氧化劑，預氧化10min時，錳的去除率分別比未預氧化情況下提高75%和68%。但隨著預氧化時間的延長，PPC組中的鐵、錳去除效果呈減弱趨勢，預氧化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、錳及有機物保護膜的同時自身也被還原為錳的中間價態物質，過長時間的攪動破壞了這種絮體結構，部分錳化合物及吸附在絮體上的鐵又被釋放出來，導致出水鐵、錳含量變大。這與孫士權等的研究結論有所不同，可能與原水水質不同有關。具體參見http://m.bnynw.com更多相關技術文檔。
KMnO4對鐵、錳的去除率隨預氧化時間的延長而增大，預氧化120min后，鐵的去除率達到98.6%，出水錳含量低于檢測限。分析原因，可能是因為KMnO4的還原產物為MnO2，并以MnO（OH）2的形式析出，其與Mn2+的置換反應屬于化學吸附，產物穩定性高，延長攪動時間不但不能破壞反應產物，反而使氧化反應和吸附反應進行得更充分，提高對鐵、錳的去除效果。
2.3原水本底成分對預氧化效果的影響
原水本底成分對預氧化效果的影響見表1。
表1原水本底成分對PPC及KMnO4預氧化除錳的影響
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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預氧化時，原水比加標蒸餾水錳的去除率分別高約80%和50%。就PPC預氧化而言，這是因為原水水樣成分比較復雜，其中可能含有某些還原性物質，而這些物質能將PPC還原成含錳的中間價態產物，如前所述，這些新生錳的中間價態物質能大大促進對錳的去除。而以KMnO4做預氧化劑時，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行為，即KMnO4本身對二價鐵、錳的氧化作用和MnO2對Mn2+的化學吸附，其預氧化助凝效果不如PPC產生的還原產物。造成蒸餾水加標與原水加標鐵、錳去除率相差懸殊的另一個共同原因是蒸餾水加標水樣中懸浮物濃度極低，這使得水樣在絮凝過程中水解產物缺少凝結中心，導致絮凝效果差，出水鐵、錳含量高。
3結論
（1）原水pH對不同高錳酸鹽預氧化除鐵的影響均不明顯，但對去除錳的影響顯著。弱堿性環境有利于對錳的去除。長沙市近郊某鎮給水站地下水源水pH為7.14～7.72，利用PPC及KMnO4預氧化去除鐵、錳時無需調節pH。
（2）預氧化時間影響鐵、錳的去除效果。10～30min的預氧化時間下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筑物容積和基建投資，因此，在以PPC或KMnO4為預氧化劑的強化混凝工藝中，建議預氧化時間為10min。
（3）原水本底成分極大地影響著PPC的預氧化效果，而KMnO4預氧化受此影響略小。（谷騰水網）
