長沙市近郊某村鎮(zhèn)給水站以地下水為水源。受當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件和土壤環(huán)境的影響，地下水中鐵、錳含量高，平均質(zhì)量濃度分別達(dá)到1.35、1.07mg/L。該鎮(zhèn)給水站采用“曝氣—混凝—過濾—消毒”工藝，但實(shí)際運(yùn)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(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749—2006）中規(guī)定的要求。這可能與該地區(qū)農(nóng)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(jī)污染物有關(guān)〔1〕。當(dāng)鐵、錳被有機(jī)物膜包裹或與有機(jī)物絡(luò)合形成穩(wěn)定性鐵、錳時(shí)，采用常規(guī)給水工藝處理難以得到較好的去除效果〔2〕。研究證明預(yù)氧化強(qiáng)化混凝能較好地去除地表水中穩(wěn)定性鐵、錳〔3-5〕。筆者曾在前期實(shí)驗(yàn)中考察了過氧化氫、高錳酸鉀、高錳酸鹽復(fù)合藥劑（PPC）對該鎮(zhèn)地下水的預(yù)氧化除鐵、錳效果，試驗(yàn)結(jié)果表明，在同等條件下，高錳酸鉀、高錳酸鹽復(fù)合藥劑（PPC）較過氧化氫預(yù)氧化更能顯著提高對鐵、錳的去除率〔6〕。本實(shí)驗(yàn)將進(jìn)一步討論進(jìn)水pH、預(yù)氧化時(shí)間及原水本底成分對高錳酸鉀、PPC預(yù)氧化效果的影響。

　　1材料與方法

　　1.1試驗(yàn)水質(zhì)

　　以長沙近郊某鎮(zhèn)給水站進(jìn)廠水為試驗(yàn)水，試驗(yàn)期間水質(zhì)參數(shù)：溫度為17.1～22.8℃，pH為7.14～7.72，CODMn為1.42～3.04mg/L，F(xiàn)e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(lián)電動攪拌機(jī)；pHSJ-3F型pH計(jì)。

　　試劑：質(zhì)量濃度為15.8g/L的高錳酸鉀，投加質(zhì)量濃度為9.25mg/L；高錳酸鹽復(fù)合藥劑（PPC），采用北京精密單因子公司生產(chǎn)的固體粉末，使用時(shí)配成0.1g/L的溶液，投加質(zhì)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(zhì)量濃度（以Al2O3計(jì)）為6.89mg/L；蒸餾水錳加標(biāo)采用分析純級硫酸錳；用0.1mol/L的鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)進(jìn)水pH。

　　1.3試驗(yàn)方法

　　試驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1試驗(yàn)流程

　　1.3.1進(jìn)水pH對預(yù)氧化效果的影響

　　考慮到出水對pH的要求，原水調(diào)節(jié)后的pH控制在5～9的范圍內(nèi)。預(yù)氧化劑投加后，試驗(yàn)水在DJ-6CS型精密六聯(lián)電動攪拌機(jī)上中速（150r/min）攪拌10min完成預(yù)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(jì)測定。

　　1.3.2預(yù)氧化時(shí)間對除鐵、錳效果的影響

　　進(jìn)水不調(diào)節(jié)pH情況下，預(yù)氧化時(shí)間分為10、30、60、120min4個(gè)水平考察。試驗(yàn)步驟同1.3.1。

　　1.3.3原水本底成分對預(yù)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(biāo)的方式考察原水本底成分對預(yù)氧化效果的影響。在進(jìn)水不調(diào)節(jié)pH和預(yù)氧化時(shí)間為10min條件下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)步驟同1.3.1。

　　2結(jié)果與討論

　　2.1進(jìn)水pH對預(yù)氧化效果的影響

　　進(jìn)水pH對預(yù)氧化效果的影響見圖2。

圖2進(jìn)水pH對PPC及KMnO4預(yù)氧化效果的影響

　　由圖2可知，以PPC做預(yù)氧化劑時(shí)，隨進(jìn)水pH的升高，出水中鐵含量變化不明顯，酸性及弱堿性環(huán)境有利于鐵、錳的去除。這是因?yàn)镻PC是一種以高錳酸鉀為核心，由多種組分復(fù)合而成的新型藥劑〔5〕，其在酸性條件下的氧化能力較強(qiáng)（E0=1.70V），在對溶解性二價(jià)鐵、錳進(jìn)行徹底氧化的同時(shí)還能有效破

　　壞包裹鐵、錳的有機(jī)物保護(hù)膜，并將裸露出來的二價(jià)鐵、錳氧化，最終以沉淀的形式使鐵、錳得到去除〔2〕，自身同時(shí)被還原成錳的中間價(jià)態(tài)物質(zhì)，雖然堿性環(huán)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(jià)態(tài)物質(zhì)〔7〕。這種具有大比表面積的新生物質(zhì)可以強(qiáng)化絮凝并與絮體結(jié)合形成大而密實(shí)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(yù)氧化劑時(shí)，隨著進(jìn)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?yàn)镵MnO4的氧化能力及還原產(chǎn)物與環(huán)境pH有關(guān)〔8〕：酸性條件下KMnO4的E0較高，氧化能力較強(qiáng)，與PPC類似，它能氧化有機(jī)物保護(hù)膜，使被包裹的二價(jià)鐵、錳裸露出來后與溶解態(tài)的二價(jià)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(chǎn)物為Mn2+，這使得出水中錳的含量較高，從而導(dǎo)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(huán)境中KMnO4的還原產(chǎn)物為難溶性MnO2，它以MnO（OH）2膠體的形式析出，而在弱堿性環(huán)境下，MnO（OH）2能通過離子置換去除Mn2+：

　　新生態(tài)的Mn2O3又與MnO4-反應(yīng)生成MnO2〔9〕。MnO2對KMnO4氧化有機(jī)物的顯著催化作用也不容忽視〔8〕。

　　因此，在原水pH為7.14～7.72的范圍內(nèi)使用PPC及KMnO4預(yù)氧化強(qiáng)化混凝均能取得較好的鐵、錳去除效果。