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

　　摘要：通過對舍酚水樣采用高錳酸鉀復劑預氧化，強化常規的混凝處理，分析了高錳酸鉀復劑對混凝除酚的強化效應，結果表明：高錳酸鉀復劑投加量為3mg／L時，苯酚的去除率比單純使用聚合氯化鋁時高70％以上。機理分析表明：高錳酸鉀復劑的強化混凝作用主要是基于高錳，酸鉀氧化和中間產物新生態水合二氧化錳等的催化氧化的綜合作用引起的。
　　關鍵詞：水處理；苯酚；高錳酸鉀復劑；強化混凝
　　中圖分類號：X703.1　　 文獻標識碼：A　　 文章編號：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

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

1 實驗部分

1.1 試劑
　　苯酚(AR級)；Na₂S₂O₃(AR級)；聚合氯化鋁(工業用)；KMnO₄(AR級)；其余藥品為分析純。其中，高錳酸鉀復劑以PPC表示，聚合氯化鋁以PAC表示。
1.2 實驗方法
　　實驗以室內杯罐混凝實驗為主(1000mL)，同時進行單純混凝與高錳酸鉀復劑強化混凝除酚效果的對比研究。混凝劑為PAC，PPC是以預氧化的形式在PAC之前投加的，如無特別指明，其預氧化時間為10min。
　　混凝實驗條件為先在300r/min的轉速下快速攪拌混合2min，然后在30-60r／min的轉速下慢速攪拌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。高錳酸鉀復劑預氧化是在中速(120r/min)攪拌條件下進行的。
1.3 試驗用水
　　所用苯酚水樣是按實驗所需濃度，在自來水中加入一定量的分析純苯酚配制而成的。

2 結果與討論

2.1 高錳酸鉀復劑對混凝除酚的強化效應
　　在混凝實驗中控制高錳酸鉀復劑的投加濃度，分析其對混凝除酚的強化效果。初始苯酚的質量濃度為100 μg/L。其中高錳酸鉀復劑的預反應時間為10min，混凝劑PAC的投量為8mg／L。圖1表示高錳酸鉀復劑對混凝除酚的強化效果。

　　從圖1中可以看出，在高錳酸鉀復劑投量為0(即單純混凝)時，沉后水中的苯酚去除率為17％左右；而當投加0.5mg／L的高錳酸鉀復劑進行預處理時，沉后水中的苯酚去除率提高到38％，比單純混凝提高了21個百分點；同時隨著高錳酸鉀復劑投量的增加，沉后水中的苯酚含量進一步降低，去除率繼續增加，當高錳酸鉀復劑投量增加至
3.0mg／L時，對苯酚的去除率可達到90％，這一結果充分表明高錳酸鉀復劑對混凝除酚具有很明顯的強化效應。
　　從該結果還可以看出，增加PPC的預投量能增加對苯酚的去除效果，但由于KMnO₄投量過高會使水體產生一定的顏色，所以一般應控制其投量不宜大于3mg／L。
　　圖2為單純混凝與高錳酸鉀復劑強化混凝處理沉后水紫外掃描光譜圖的對比。苯酚在紫外270nm處有一紫外特征吸收峰。從圖中可以看出，單獨進行8 mg／L的PAC混凝處理時，沉后水在270nm處有一吸收峰，而投加3 mg／L的高錳酸鉀復劑預處理后，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劑強化混凝與單純混凝相比對苯酚具有更高的去除效果，這一結果同圖1表示的結果是一致的，即預投高錳酸鉀復劑在混凝過程中對苯酚的去除有顯著的強化效應。同時從圖2中還可以看出，經高錳酸鉀復劑預處理后，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，這同時也表明了高錳酸鉀復劑對有機污染物具有廣譜的去除效應。

2.2 預反應時間對強化混凝除酚效果的影響
　　反應時間對氧化劑的氧化效果具有一定的影響。在實驗中，我們控制不同的高錳酸鉀復劑預反應時間，分析反應時間對高錳酸鉀復劑強化混凝效果的影響。實驗時高錳酸鉀復劑的投量為3.0mg／L，混凝劑PAC的投量為8mg／L，實驗結果見圖3所示。

　　從圖3中可以看出，隨著高錳酸鉀復劑預反應時間的延長，水中的苯酚剩余濃度逐漸降低，即表明延長高錳酸鉀復劑的反應時間有利于對苯酚的去除；同時，從圖3中曲線的變化趨勢還可以看出，在反應剛開始一段時間內，苯酚的剩余濃度降低很快，即反應速率非常快，而隨著高錳酸鉀復劑預反應時間的延長，苯酚含量的降低幅度逐漸減少并進一步趨于基本穩定。分析原因，我們認為這主要是由于高錳酸鉀復劑的內部成分及中間產物的作用所引起的。因為高錳酸鉀復劑的主要成分是KMnO₄，因此我們推斷，反應初始時對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中間產物新生態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到基本穩定的苯酚去除率。另外，從本實驗結果還可看出，在PPC投量3 mg／L，PAC投量8 mg／L時，對苯酚的去除率可達到90％以上。
2.3 高錳酸鉀復劑強化與單純混凝效果的對比
　　在高錳酸鉀復劑投加量為3.0 mg／L的條件下，改變混凝劑的投加量，分析高錳酸鉀復劑在不同混凝劑投量時的強化除酚效果。結果見圖4。

　　從圖4中可以看出，高錳酸鉀復劑強化處理即(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，高錳酸鉀復劑對混凝過程中苯酚的去除具有很高的強化效應，同時也表明了高錳酸鉀復劑預反應強化混凝只是增加了混凝過程對水中苯酚的去除率，并不影響混凝的作用規律。另外，從圖4中兩條曲線的對比還可以看出，在投加3 mg／L PPC的情況下， PAC投量為5mg／L時對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省PAC的投量，所以綜合考慮，PPC的投加量不僅不會增加整個水處理的成本，相反還會在一定程度上使處理成本有所降低。

3 結論

　　本文對含酚水的混凝處理實驗結果表明了高錳酸鉀復劑對苯酚的去除具有很高的強化效應，能在混凝的基礎上大大提高對苯酚的去除效果，增加高錳酸鉀復劑的投加量和延長預反應時間都能在一定程度上提高整個反應過程對苯酚的去除率。在PPC投量3mg／L時，苯酚的去除率可比單純PAC混凝提高70％以上。實驗結果還表明了在高錳酸鉀復劑對苯酚的強化混凝去除過程中，不僅有KMnO₄的氧化作用、還有反應中生成的中間產物——新生態水合二氧化錳等的吸附作用H1，多方面的協同作用使得高錳酸鉀復劑表現出較高的強化混凝除酚效果。

參考文獻：

[1] Marks N，Rebhum M.mechanism of Flocculation Procvess in the Presence of Humic Substances [J].AWWA，1975，67(2)：101—108.
[2] 馬軍.高錳酸鉀去除與控制飲用水中有機污染物的效能與機理[D].哈爾濱：哈爾濱建工學院，1990.
[3] 陳忠林，高錳酸鉀復劑強化混凝除濁除臭研究[D].哈爾濱：哈爾濱建筑大學，1997.
[4] BERNARD S，ph CHAZAL，MAZET M.Removal of organic com pounds by adsorption on pyrolusite(β—MnO₂)[J].Water Res, 1997，31(5)：1216—1222.

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