高铁酸钾在水处理方面的应用

６·　广州化工　２０１１年３９卷第２０期　】　Ｃｊ　

同　

铁酸钾在水处理方面的应用　

汪小雄　：ｌ：　

（深圳职业技术学院建筑与环境工程学院，广东　深圳５１８０５５）　摘　要：介绍了近年来强氧化剂高铁酸钾在水处理中的应用成果及现状。高铁酸钾可有效地去除水中微生物、无机以及有机　污染物、水中重金属和除臭的功效，指出高铁酸钾与其他水处理药剂的独特之处。分析了高铁酸钾在生活用水、工业废水处理领域的　应用情况，为实现其工业化生产和应用提供参考。　关键词：高铁酸钾；强氧化剂；深度处理；水处理　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　Ｆｅｒｒａｔｅ　ｉｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ＷＡＮＧ　Ｘｉａｏ——ｘｉｏｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｎｎｇ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　５　１　８０５５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ａｐｐｌｙｉｎｇ　ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｆｅｒｒａｔｅ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｗｅｒｅ　ｒｅ—　ｖｉｅｗｅｄ．Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｆｅｒｒａｔｅ　ｃａｎ　ｒｅｍｏｖｅ　ｍｉｃｒｏｂｅｓ，ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ａｎｄ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ，ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ａｎｄ　ｏｄｏｕｒｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｆｒｏｍ　ｗａｔｅｒ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｉｎｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｉｔ　ｆｒｏｍ　ｏｔｈｅｒ　ｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ａｇｅｎｔｓ　ｗａｓ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｉｎ—　ｄｕｓｔｒｉａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｆｅｒｒａｔｅ，ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｆｅｒｒａｔｅ　ｉｎ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｉｎｄｕｓ—　ｔｒｙ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｗｅｒｅ　ａｌｓｏ　ａｎａｌｙｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｆｅｒｒａｔｅ；ｓｔｒｏｎｇ　ｏｘｉｄａｎｔ；ａｄｖａｎｃｅｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　

高铁酸盐具有很强的氧化性，氧化能力优于氯和臭氧，溶于　水中能有效杀灭水中的微生物和藻类，还能氧化分解各种有机、　无机污染物，如酚、有机氮、硫化物、氰化物等，而且在整个净化　过程中不会产生三氯甲烷、氯代酚等二次污染物…。研究表明，　与ＰＡＣ单独投加相比，复合高铁酸盐溶液与ＰＡＣ联合投加对水　体中的氨氮、ＣＯＤ、细菌、浊度、藻细胞等的去除效果更好，且达　到同样处理效果所需药剂量少　ｊ。与传统水处理剂相比，高铁　酸钾不仅能快速杀灭水中的细菌、病毒，而且能去除水中的部分　有机物、重金属离子和藻类等污染物，其分解产物Ｆｅ（ＯＨ）　胶　体，可以吸附去除水中有机及无机污染物，对重金属有特殊功　效，还能起脱色除臭作用，Ｆｅ（ＯＨ）　还具有絮凝作用，且对水体　无二次污染　。本文旨在对国内外高铁酸钾在水处理方面的应　用进行总结，为水处理技术提供理论基础和技术支持。　１　高铁对微生物的去除　１．１　杀菌消毒作用　高铁酸钾具有强氧化性，加入水体后可破坏细菌的某些结　构（如细胞壁、细胞膜）及细胞结构中的一些物质（如酶等），抑制　和阻碍蛋白质及核酸的合成，使菌体的生长和繁殖受阻，起到杀　死菌体的作用。首次发现高铁酸钾具有明显的灭菌作用是在　１９７４年，试验的两种细菌被完全去除　Ｊ。少量的高铁酸钾即可　达到良好的杀菌效果，研究表明，质量浓度为１０～４０　ｍｇ·Ｌ　的　高铁酸钾在反应５　ｍｉｎ后对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等细菌的　杀灭率即可达１００％，对真菌的杀灭率也高于９９．５％　Ｊ。高铁　酸钾对温和气单胞菌（Ａｅｒｏｍｏｎａｓ　ｓｏｂｒｉａ）、河弧菌（Ｖｉｂｒｉｏｆｌｕｒｉａ—　ｌｉｓ）、弧菌Ｉ组淡水亚组弧菌（Ｖｉｂｒｉｏ　ｇｒｏｕｐ　Ｉ　ｆｒｅｓｈｗａｔｅｒ　ｓｕｂｇｒｏｕｐ）　的抑制效果良好，施以高铁酸钾溶液作用１　ｈ后，对以上两种弧　菌亦表现出很强的杀灭效果　Ｊ。后来的研究证实，高铁酸钾对　大肠杆菌有良好的灭活作用，其灭活效率随ｐＨ降低而升高”　。　高铁酸钾氧化二级污水处理厂出水时也发现，接触时间和高铁　酸钾浓度对灭活ｆ２病毒有重要影响，影响程度随ｐＨ而变化，灭　活效率高于ＨＣ１０和ＣＩＯ—Ｌ　ｓＪ。带正电的微生物对高铁酸钾抵抗　

性强于带负电微生物，ｆ２病毒对高铁酸钾的抵抗性等于或略低　于大肠杆菌Ｅ．ｃｏｌｉ细菌的抵抗性　。　高铁酸钾与其它消毒剂相比，具有无毒副作用功效。自使　用氯消毒后消毒副产物的出现以及由此引起的对于人体的潜在　危害被越来越多的研究者发现　，正努力使用其它工消毒工艺　去除天然或合成的有机物从而降低消毒副产物的生成量、或消　毒工艺后对消毒副产物加以去除、或者考虑其它的消毒剂（如　溴，碘，二氧化氯和臭氧）来代替氯气进行消毒，但是研究结果发　现，这些消毒剂也会产生一系列对人体和水生生物有一定毒害　的副产物。基于上述原因，可以考虑使用高铁酸钾来替代氯作　为水处理的消毒剂，Ａｍｅｓ试验检验致突变物质的初步研究表　明，高铁酸钾处理水并没有产生致突变物质，但是仍需要对高铁　酸钾处理不同水质时的情况进行深入研究　。　

１．２去除水中藻类　水体富营养化问题的日趋严重，导致藻类疯长，藻类可以使　水产生嗅味、堵塞滤池、甚至穿透滤层恶化水质，并且藻类也是　

基金项目：深圳职业技术学院２０１０年校级项目（２２１０ｋ３０８００５２）。　作者简介：汪小雄（１９７２一），男，硕士，助理研究员，主要研究方向为水资源保护与水污染控制。　２０１１年３９卷第２０期　广州化工　·７·　种消毒副产物的前体物，因此对藻类的控制与去除具有重要　的意义。　１．２．１高铁酸钾除藻机理　由于高铁酸钾的强氧化性，它对富营养化水体中藻类物质　的去除效果也十分明显。刘伟等人对高铁酸盐除藻机理研究认　为，其作用过程大致为：高铁酸钾氧化能够破坏藻细胞的表面结　构，造成藻细胞表面鞘套的卷绕，并可能使细胞的外鞘开裂，致　使胞内物质外流　。另外，胞内物质向周围介质的释放，影响了　藻类的正常段殖体繁殖方式，并且高铁酸钾在水中分解生成氢　氧化铁，吸附于藻类细胞表面，可以降低细胞表面电荷，增加藻　类细胞沉淀性　。氢氧化铁吸附与外流胞内物质絮凝的双重作　用下，使得部分藻类细胞在混凝之前就能发生凝聚。苑宝玲等　人研究了高铁酸钾氧化絮凝去除水中藻类的机制。结果表明高　铁酸钾的强氧化性对藻类呼吸作用和生长方式有影响，同时认　为其还原产物Ｆｅ（ＯＨ）　对藻类有絮絮凝作用　。因此高铁酸　盐对水中藻类的去除是氧化和絮凝协同作用的结果。　１．２．２高铁酸钾除藻高效性　采用预氯化除藻时，除藻率随着投氯量增加而逐渐升高，但　当投氯量增加到一定程度后，除藻率不再进一步提高，稳定在一　定去除率，而当采用高铁酸钾复合药剂预氧化除藻时，仅需少量　的高铁酸钾复合药剂即可使除藻效果显著提高，沉后除藻率提　高到７０％以上，滤后除藻率提高到８０％以上　。因此，高铁酸　钾复合药剂预氧化可显著地提高对水中藻类的去除率，除藻效　果明显优于传统的预氯化工艺，由于高铁酸盐复合药剂同时具　有多功能的净水效果，且对饮用水水质无副作用，因而在含藻水　处理上将具有很大的应用潜力　。　高铁酸钾对混凝除藻具有强化作用，经０．１４　ｍｇ／Ｌ高铁酸　盐复合药剂预氧化后，投加量为５０　ｍｇ／Ｌ的硫酸铝可使沉降后　藻类的去除率从３０％提高到６０％，并且随着高铁酸钾复合药剂　投量增加，沉降后余藻量进一步降低　。因而，在同等条件下，　由于高铁酸钾对混凝的强化作用，在一定程度上减少了混凝剂　的投入，节省处理成本。　２高铁在氧化去污中应用　２．１　对非金属化合物的去除　高铁酸钾是一种有效的氧化剂，甚至其氧化还原电极电位　比臭氧的高，可以用来氧化去　除许多有机和无机杂质。高铁酸钾利用其强氧化性可以将　水中ＮＨ，一Ｎ、Ｈ：Ｓ、ＣＮ一等无机非金属化合物氧化生成ＳＯ　一、　ＮＯ３、ＣＯ　等无害物质，同时达到脱味除臭的效果。研究表明，　高铁酸盐可氧化一些无机污染物，如氰化物　、氨　、硫化　氢　等，如下列化学方程式所示：　２ＨＦｅ０４＋２ＨＣＮ＋—　５　０２＋２ＯＨ一——｝　２Ｆｅ（ＯＨ）３＋３ＨＣＯ３＋２ＮＯ２－　８ＨＦｅＯ４＋３Ｈ２Ｓ＋６Ｈ２Ｏ—斗８Ｆｅ（ＯＨ）３＋３ｓ０：一＋２ＯＨ　８ＨＦｅＯ４＋３ＮＨ２ＣＳＮＨ２＋９Ｈ２Ｏ　（１）　（２）　８Ｆｅ（ＯＨ）３＋３ＮＨ２ＣＯＮＨ２＋ＳＯ：一＋２ＯＨ　（３）　在不同的高铁酸钾与ＮＨ　一Ｎ量比条件下，延长反应时问。　均不同程度地增加了ＮＨ，一Ｎ的去除率。由于反应时间延长，　方面高铁氧化作用时间增加，ＮＨ　一Ｎ被高铁的继续氧化分　解，另一方面有利于高铁氧化絮凝作用的发挥和絮体形成，达到　彻底去除氨氮的目的　。Ｈ，Ｓ可以用一般氧化剂（如Ｏ，、Ｈ，Ｏ，　等）氧化去除，但是高铁酸钾可以更快速有效地氧化去除Ｈ１Ｓ。　如ＣＩＯ一、Ｃｔ：和ＫＭｎＯ　能在５　ｍｉｎ内完成Ｈ：ｓ的氧化，而高铁酸　钾在１　ｓ内即可完全氧化Ｈ　Ｓ＿２　。有人利用高铁酸钾去除氰化　锌复合物，结果证明高铁酸钾可以将ＣＮ一完全转化为毒性较低　的ＯＣＮ。。　；利用高铁酸钾处理含ＣＮ一电镀清洗废水，能安全可　靠地氧化废水中的氰化物，将ＣＮ一氧化成ＮＯ　，ＮＯ３和ＨＣＯ３－　等无害的物质　。马维超等　的研究表明，高铁酸钾预氧化将　原水中的大分子有机物氧化成小分子有机物，与此同时生成部　分新生态的水合氧化铁，这些水合氧化铁由于其无定形状态和　较小的粒径而具有很强的吸附能力，这就说明在总铁投量一定　的情况下，高铁酸钾预氧化比单独混凝时对磷酸根的去除有一　定的强化作用。　高铁酸钾对污水中的ＢＯＤ、ＴＯＣ等具有良好的去除作用。　可选择性地氧化水中的许多有机物，包括醇类、羧酸化合物、氨　基酸、酚、１，２一二醇、有机氮化合物、脂肪族硫化物、亚硝酸基胺　化合物、硫脲、硫代硫酸酯、肼化物等　。与其他一般混凝剂相　比，高铁酸钾对浊度、ＣＯＤ、溶解性ＣＯＤ、ＴＰ和藻类的去除效果更　好，但对ＴＮ的去除效果比ＰＡＣ略差；高铁酸钾去除的污染物量　较多，产生的污泥量较少，高铁酸钾可提高景观水体的ＢＯＤ　／　ＣＯＤ值，显著改善了水体的可生化性　ｓ８］。　２．２对水体中金属离子的去除　高铁酸钾对水体中的重金属离子有很强的去除能力，水解　产生的中间态高电荷水解产物及最终生成的Ｆｅ（ＯＨ）　胶体，具　有良好的絮凝、吸附等作用，因此对水体中的金属离子如Ｍｎ　、　Ｃｕ　、Ｐｂ“Ｃｒ“Ｃｄ“Ｈｇ　有很强的去除能力　３　ｏ＿，仅少量的