張錦¹，李圭白²，陳忠林²，馬軍²
(1.中國(guó)地震局 工程力學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 15000；2.哈爾濱建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150090)

　　摘要：通過對(duì)舍酚水樣采用高錳酸鉀復(fù)劑預(yù)氧化，強(qiáng)化常規(guī)的混凝處理，分析了高錳酸鉀復(fù)劑對(duì)混凝除酚的強(qiáng)化效應(yīng)，結(jié)果表明：高錳酸鉀復(fù)劑投加量為3mg／L時(shí)，苯酚的去除率比單純使用聚合氯化鋁時(shí)高70％以上。機(jī)理分析表明：高錳酸鉀復(fù)劑的強(qiáng)化混凝作用主要是基于高錳，酸鉀氧化和中間產(chǎn)物新生態(tài)水合二氧化錳等的催化氧化的綜合作用引起的。
　　關(guān)鍵詞：水處理；苯酚；高錳酸鉀復(fù)劑；強(qiáng)化混凝
　　中圖分類號(hào)：X703.1　　 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　　 文章編號(hào)：1009—2455(2004)01-0015—03

Enhanced Effect of Potassium Permanganate Composite Agent on Phenol Removal in Coagulation
ZHANG Jin¹, LI Gui-bai², ZHANG Zhong-lin², MA Jun²
(1.Engineering Mechanics Research Institute of State Bureau of Seismology, Harbin 150001，China；2.School of Municipal and Environmental Engineering, Harbin A rchitecture University, Harbin 150090,China)

　　Abstract: The enhanced effects of potassinm permanganate composite agent on the removal of phenol in the process of coagulation was studied through pre-oxidation of the sample of phenol-containing water by potassium permanganate composite agent to enhance the conventional coagulation treatment. The results showed that when the dose of potassium permanganate composite agent was 3 mg/L the removal rate of phenol was more than 70% higher than the removal rate resulted from simply using polymerized aluminum chloride. It was shown by the analysis of the mechanism that the enhanced coagulation effect of potassium permanganate composite agent was mainly based on the combined effects of the oxidation of potassium permanganate and the catalytic oxidation of the intermediate product, which was the freshiy formed hydrated manganese dioxide.
　　Key words: water treatment；phenol；potassium permanganate composite agent；enhanced coagulation

　　混凝是最傳統(tǒng)的給水處理工藝。水中存在的一些有機(jī)物(如苯酚)會(huì)包裹在一些膠體顆粒表面，阻礙膠體顆粒的凝聚脫穩(wěn)，從而使常規(guī)的混凝處理效果降低^[1]。
　　近年來，我們針對(duì)高錳酸鉀除污染技術(shù)進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究工作^[2]，并在此基礎(chǔ)上又開發(fā)研制了高錳酸鉀復(fù)劑，且在某些方面的應(yīng)用及研究已經(jīng)表明其較高的水處理效果及使用價(jià)值^[3]。高錳酸鉀復(fù)劑是以高錳酸鉀為主劑、以其他幾種無機(jī)助劑為輔劑，按一定比例復(fù)合起來的一種復(fù)合性藥劑。本文主要是探討高錳酸鉀復(fù)劑預(yù)處理對(duì)混凝處理中苯酚的強(qiáng)化去除效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑
　　苯酚(AR級(jí))；Na₂S₂O₃(AR級(jí))；聚合氯化鋁(工業(yè)用)；KMnO₄(AR級(jí))；其余藥品為分析純。其中，高錳酸鉀復(fù)劑以PPC表示，聚合氯化鋁以PAC表示。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
　　實(shí)驗(yàn)以室內(nèi)杯罐混凝實(shí)驗(yàn)為主(1000mL)，同時(shí)進(jìn)行單純混凝與高錳酸鉀復(fù)劑強(qiáng)化混凝除酚效果的對(duì)比研究?；炷齽镻AC，PPC是以預(yù)氧化的形式在PAC之前投加的，如無特別指明，其預(yù)氧化時(shí)間為10min。
　　混凝實(shí)驗(yàn)條件為先在300r/min的轉(zhuǎn)速下快速攪拌混合2min，然后在30-60r／min的轉(zhuǎn)速下慢速攪拌10min，靜置沉淀10min，用虹吸法在液面下1 cm處吸取上清液100mL，用751分光光度儀分析沉后水中的苯酚含量。高錳酸鉀復(fù)劑預(yù)氧化是在中速(120r/min)攪拌條件下進(jìn)行的。
1.3 試驗(yàn)用水
　　所用苯酚水樣是按實(shí)驗(yàn)所需濃度，在自來水中加入一定量的分析純苯酚配制而成的。

2 結(jié)果與討論

2.1 高錳酸鉀復(fù)劑對(duì)混凝除酚的強(qiáng)化效應(yīng)
　　在混凝實(shí)驗(yàn)中控制高錳酸鉀復(fù)劑的投加濃度，分析其對(duì)混凝除酚的強(qiáng)化效果。初始苯酚的質(zhì)量濃度為100 μg/L。其中高錳酸鉀復(fù)劑的預(yù)反應(yīng)時(shí)間為10min，混凝劑PAC的投量為8mg／L。圖1表示高錳酸鉀復(fù)劑對(duì)混凝除酚的強(qiáng)化效果。

　　從圖1中可以看出，在高錳酸鉀復(fù)劑投量為0(即單純混凝)時(shí)，沉后水中的苯酚去除率為17％左右；而當(dāng)投加0.5mg／L的高錳酸鉀復(fù)劑進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，沉后水中的苯酚去除率提高到38％，比單純混凝提高了21個(gè)百分點(diǎn)；同時(shí)隨著高錳酸鉀復(fù)劑投量的增加，沉后水中的苯酚含量進(jìn)一步降低，去除率繼續(xù)增加，當(dāng)高錳酸鉀復(fù)劑投量增加至
3.0mg／L時(shí)，對(duì)苯酚的去除率可達(dá)到90％，這一結(jié)果充分表明高錳酸鉀復(fù)劑對(duì)混凝除酚具有很明顯的強(qiáng)化效應(yīng)。
　　從該結(jié)果還可以看出，增加PPC的預(yù)投量能增加對(duì)苯酚的去除效果，但由于KMnO₄投量過高會(huì)使水體產(chǎn)生一定的顏色，所以一般應(yīng)控制其投量不宜大于3mg／L。
　　圖2為單純混凝與高錳酸鉀復(fù)劑強(qiáng)化混凝處理沉后水紫外掃描光譜圖的對(duì)比。苯酚在紫外270nm處有一紫外特征吸收峰。從圖中可以看出，單獨(dú)進(jìn)行8 mg／L的PAC混凝處理時(shí)，沉后水在270nm處有一吸收峰，而投加3 mg／L的高錳酸鉀復(fù)劑預(yù)處理后，沉后水在270nm處的吸收值明顯下降，基本沒有突出峰，這就表明投加高錳酸鉀復(fù)劑強(qiáng)化混凝與單純混凝相比對(duì)苯酚具有更高的去除效果，這一結(jié)果同圖1表示的結(jié)果是一致的，即預(yù)投高錳酸鉀復(fù)劑在混凝過程中對(duì)苯酚的去除有顯著的強(qiáng)化效應(yīng)。同時(shí)從圖2中還可以看出，經(jīng)高錳酸鉀復(fù)劑預(yù)處理后，沉后水的紫外光譜掃描線整體位于單純混凝光譜掃描線的下方，這同時(shí)也表明了高錳酸鉀復(fù)劑對(duì)有機(jī)污染物具有廣譜的去除效應(yīng)。

2.2 預(yù)反應(yīng)時(shí)間對(duì)強(qiáng)化混凝除酚效果的影響
　　反應(yīng)時(shí)間對(duì)氧化劑的氧化效果具有一定的影響。在實(shí)驗(yàn)中，我們控制不同的高錳酸鉀復(fù)劑預(yù)反應(yīng)時(shí)間，分析反應(yīng)時(shí)間對(duì)高錳酸鉀復(fù)劑強(qiáng)化混凝效果的影響。實(shí)驗(yàn)時(shí)高錳酸鉀復(fù)劑的投量為3.0mg／L，混凝劑PAC的投量為8mg／L，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3所示。

　　從圖3中可以看出，隨著高錳酸鉀復(fù)劑預(yù)反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，水中的苯酚剩余濃度逐漸降低，即表明延長(zhǎng)高錳酸鉀復(fù)劑的反應(yīng)時(shí)間有利于對(duì)苯酚的去除；同時(shí)，從圖3中曲線的變化趨勢(shì)還可以看出，在反應(yīng)剛開始一段時(shí)間內(nèi)，苯酚的剩余濃度降低很快，即反應(yīng)速率非?？欤S著高錳酸鉀復(fù)劑預(yù)反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，苯酚含量的降低幅度逐漸減少并進(jìn)一步趨于基本穩(wěn)定。分析原因，我們認(rèn)為這主要是由于高錳酸鉀復(fù)劑的內(nèi)部成分及中間產(chǎn)物的作用所引起的。因?yàn)楦咤i酸鉀復(fù)劑的主要成分是KMnO₄，因此我們推斷，反應(yīng)初始時(shí)對(duì)苯酚的較大幅度的去除主要是靠KMnO₄的初始氧化作用及反應(yīng)中間產(chǎn)物新生態(tài)水合二氧化錳的催化氧化作用引起的，隨后隨著KMnO₄的消耗，氧化反應(yīng)的速率逐漸降低，因而苯酚含量的降低幅度隨之減小并最后達(dá)到基本穩(wěn)定的苯酚去除率。另外，從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可看出，在PPC投量3 mg／L，PAC投量8 mg／L時(shí)，對(duì)苯酚的去除率可達(dá)到90％以上。
2.3 高錳酸鉀復(fù)劑強(qiáng)化與單純混凝效果的對(duì)比
　　在高錳酸鉀復(fù)劑投加量為3.0 mg／L的條件下，改變混凝劑的投加量，分析高錳酸鉀復(fù)劑在不同混凝劑投量時(shí)的強(qiáng)化除酚效果。結(jié)果見圖4。

　　從圖4中可以看出，高錳酸鉀復(fù)劑強(qiáng)化處理即(PPC十PAC)處理的曲線比單純PAC的曲線有明顯下移，但基本形狀保持一致，這就表明在相同的混凝劑投量下，高錳酸鉀復(fù)劑對(duì)混凝過程中苯酚的去除具有很高的強(qiáng)化效應(yīng)，同時(shí)也表明了高錳酸鉀復(fù)劑預(yù)反應(yīng)強(qiáng)化混凝只是增加了混凝過程對(duì)水中苯酚的去除率，并不影響混凝的作用規(guī)律。另外，從圖4中兩條曲線的對(duì)比還可以看出，在投加3 mg／L PPC的情況下， PAC投量為5mg／L時(shí)對(duì)苯酚的去除率要明顯高于單純混凝(PAC投量為25 mg／L)效果最佳時(shí)的最佳苯酚去除率。由此可見，PPC的投加不僅可以提高苯酚的去除效果，而且能在一定程度上節(jié)省PAC的投量，所以綜合考慮，PPC的投加量不僅不會(huì)增加整個(gè)水處理的成本，相反還會(huì)在一定程度上使處理成本有所降低。

3 結(jié)論

　　本文對(duì)含酚水的混凝處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了高錳酸鉀復(fù)劑對(duì)苯酚的去除具有很高的強(qiáng)化效應(yīng)，能在混凝的基礎(chǔ)上大大提高對(duì)苯酚的去除效果，增加高錳酸鉀復(fù)劑的投加量和延長(zhǎng)預(yù)反應(yīng)時(shí)間都能在一定程度上提高整個(gè)反應(yīng)過程對(duì)苯酚的去除率。在PPC投量3mg／L時(shí)，苯酚的去除率可比單純PAC混凝提高70％以上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明了在高錳酸鉀復(fù)劑對(duì)苯酚的強(qiáng)化混凝去除過程中，不僅有KMnO₄的氧化作用、還有反應(yīng)中生成的中間產(chǎn)物——新生態(tài)水合二氧化錳等的吸附作用H1，多方面的協(xié)同作用使得高錳酸鉀復(fù)劑表現(xiàn)出較高的強(qiáng)化混凝除酚效果。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：張錦(1973—)，女，遼寧大連人，講師，工學(xué)博士，現(xiàn) 為中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所博士后，電話(0411)4729205，dlhsh-zhj@163.com。