高锰酸钾复剂对混凝时苯酚的强化去除效应

张锦¹，李圭白²，陈忠林²，马军²
(1.中国地震局 工程力学研究所，黑龙江 哈尔滨 15000；2.哈尔滨建筑大学 市政与环境工程学院，黑龙江 哈尔滨 150090)

　　摘要：通过对舍酚水样采用高锰酸钾复剂预氧化，强化常规的混凝处理，分析了高锰酸钾复剂对混凝除酚的强化效应，结果表明：高锰酸钾复剂投加量为3mg／L时，苯酚的去除率比单纯使用聚合氯化铝时高70％以上。机理分析表明：高锰酸钾复剂的强化混凝作用主要是基于高锰，酸钾氧化和中间产物新生态水合二氧化锰等的催化氧化的综合作用引起的。
　　关键词：水处理；苯酚；高锰酸钾复剂；强化混凝
　　中图分类号：X703.1　　 文献标识码：A　　 文章编号：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

　　混凝是最传统的给水处理工艺。水中存在的一些有机物(如苯酚)会包裹在一些胶体颗粒表面，阻碍胶体颗粒的凝聚脱稳，从而使常规的混凝处理效果降低^[1]。
　　近年来，我们针对高锰酸钾除污染技术进行了较系统的研究工作^[2]，并在此基础上又开发研制了高锰酸钾复剂，且在某些方面的应用及研究已经表明其较高的水处理效果及使用价值^[3]。高锰酸钾复剂是以高锰酸钾为主剂、以其他几种无机助剂为辅剂，按一定比例复合起来的一种复合性药剂。本文主要是探讨高锰酸钾复剂预处理对混凝处理中苯酚的强化去除效果。

1 实验部分

1.1 试剂
　　苯酚(AR级)；Na₂S₂O₃(AR级)；聚合氯化铝(工业用)；KMnO₄(AR级)；其余药品为分析纯。其中，高锰酸钾复剂以PPC表示，聚合氯化铝以PAC表示。
1.2 实验方法
　　实验以室内杯罐混凝实验为主(1000mL)，同时进行单纯混凝与高锰酸钾复剂强化混凝除酚效果的对比研究。混凝剂为PAC，PPC是以预氧化的形式在PAC之前投加的，如无特别指明，其预氧化时间为10min。
　　混凝实验条件为先在300r/min的转速下快速搅拌混合2min，然后在30-60r／min的转速下慢速搅拌10min，静置沉淀10min，用虹吸法在液面下1 cm处吸取上清液100mL，用751分光光度仪分析沉后水中的苯酚含量。高锰酸钾复剂预氧化是在中速(120r/min)搅拌条件下进行的。
1.3 试验用水
　　所用苯酚水样是按实验所需浓度，在自来水中加入一定量的分析纯苯酚配制而成的。

2 结果与讨论

2.1 高锰酸钾复剂对混凝除酚的强化效应
　　在混凝实验中控制高锰酸钾复剂的投加浓度，分析其对混凝除酚的强化效果。初始苯酚的质量浓度为100 μg/L。其中高锰酸钾复剂的预反应时间为10min，混凝剂PAC的投量为8mg／L。图1表示高锰酸钾复剂对混凝除酚的强化效果。

　　从图1中可以看出，在高锰酸钾复剂投量为0(即单纯混凝)时，沉后水中的苯酚去除率为17％左右；而当投加0.5mg／L的高锰酸钾复剂进行预处理时，沉后水中的苯酚去除率提高到38％，比单纯混凝提高了21个百分点；同时随着高锰酸钾复剂投量的增加，沉后水中的苯酚含量进一步降低，去除率继续增加，当高锰酸钾复剂投量增加至
3.0mg／L时，对苯酚的去除率可达到90％，这一结果充分表明高锰酸钾复剂对混凝除酚具有很明显的强化效应。
　　从该结果还可以看出，增加PPC的预投量能增加对苯酚的去除效果，但由于KMnO₄投量过高会使水体产生一定的颜色，所以一般应控制其投量不宜大于3mg／L。
　　图2为单纯混凝与高锰酸钾复剂强化混凝处理沉后水紫外扫描光谱图的对比。苯酚在紫外270nm处有一紫外特征吸收峰。从图中可以看出，单独进行8 mg／L的PAC混凝处理时，沉后水在270nm处有一吸收峰，而投加3 mg／L的高锰酸钾复剂预处理后，沉后水在270nm处的吸收值明显下降，基本没有突出峰，这就表明投加高锰酸钾复剂强化混凝与单纯混凝相比对苯酚具有更高的去除效果，这一结果同图1表示的结果是一致的，即预投高锰酸钾复剂在混凝过程中对苯酚的去除有显著的强化效应。同时从图2中还可以看出，经高锰酸钾复剂预处理后，沉后水的紫外光谱扫描线整体位于单纯混凝光谱扫描线的下方，这同时也表明了高锰酸钾复剂对有机污染物具有广谱的去除效应。

2.2 预反应时间对强化混凝除酚效果的影响
　　反应时间对氧化剂的氧化效果具有一定的影响。在实验中，我们控制不同的高锰酸钾复剂预反应时间，分析反应时间对高锰酸钾复剂强化混凝效果的影响。实验时高锰酸钾复剂的投量为3.0mg／L，混凝剂PAC的投量为8mg／L，实验结果见图3所示。

　　从图3中可以看出，随着高锰酸钾复剂预反应时间的延长，水中的苯酚剩余浓度逐渐降低，即表明延长高锰酸钾复剂的反应时间有利于对苯酚的去除；同时，从图3中曲线的变化趋势还可以看出，在反应刚开始一段时间内，苯酚的剩余浓度降低很快，即反应速率非常快，而随着高锰酸钾复剂预反应时间的延长，苯酚含量的降低幅度逐渐减少并进一步趋于基本稳定。分析原因，我们认为这主要是由于高锰酸钾复剂的内部成分及中间产物的作用所引起的。因为高锰酸钾复剂的主要成分是KMnO₄，因此我们推断，反应初始时对苯酚的较大幅度的去除主要是靠KMnO₄的初始氧化作用及反应中间产物新生态水合二氧化锰的催化氧化作用引起的，随后随着KMnO₄的消耗，氧化反应的速率逐渐降低，因而苯酚含量的降低幅度随之减小并最后达到基本稳定的苯酚去除率。另外，从本实验结果还可看出，在PPC投量3 mg／L，PAC投量8 mg／L时，对苯酚的去除率可达到90％以上。
2.3 高锰酸钾复剂强化与单纯混凝效果的对比
　　在高锰酸钾复剂投加量为3.0 mg／L的条件下，改变混凝剂的投加量，分析高锰酸钾复剂在不同混凝剂投量时的强化除酚效果。结果见图4。

　　从图4中可以看出，高锰酸钾复剂强化处理即(PPC十PAC)处理的曲线比单纯PAC的曲线有明显下移，但基本形状保持一致，这就表明在相同的混凝剂投量下，高锰酸钾复剂对混凝过程中苯酚的去除具有很高的强化效应，同时也表明了高锰酸钾复剂预反应强化混凝只是增加了混凝过程对水中苯酚的去除率，并不影响混凝的作用规律。另外，从图4中两条曲线的对比还可以看出，在投加3 mg／L PPC的情况下， PAC投量为5mg／L时对苯酚的去除率要明显高于单纯混凝(PAC投量为25 mg／L)效果最佳时的最佳苯酚去除率。由此可见，PPC的投加不仅可以提高苯酚的去除效果，而且能在一定程度上节省PAC的投量，所以综合考虑，PPC的投加量不仅不会增加整个水处理的成本，相反还会在一定程度上使处理成本有所降低。

3 结论

　　本文对含酚水的混凝处理实验结果表明了高锰酸钾复剂对苯酚的去除具有很高的强化效应，能在混凝的基础上大大提高对苯酚的去除效果，增加高锰酸钾复剂的投加量和延长预反应时间都能在一定程度上提高整个反应过程对苯酚的去除率。在PPC投量3mg／L时，苯酚的去除率可比单纯PAC混凝提高70％以上。实验结果还表明了在高锰酸钾复剂对苯酚的强化混凝去除过程中，不仅有KMnO₄的氧化作用、还有反应中生成的中间产物——新生态水合二氧化锰等的吸附作用H1，多方面的协同作用使得高锰酸钾复剂表现出较高的强化混凝除酚效果。

参考文献：

[1] Marks N，Rebhum M.mechanism of Flocculation Procvess in the Presence of Humic Substances [J].AWWA，1975，67(2)：101—108.
[2] 马军.高锰酸钾去除与控制饮用水中有机污染物的效能与机理[D].哈尔滨：哈尔滨建工学院，1990.
[3] 陈忠林，高锰酸钾复剂强化混凝除浊除臭研究[D].哈尔滨：哈尔滨建筑大学，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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作者简介：张锦(1973—)，女，辽宁大连人，讲师，工学博士，现 为中国地震局工程力学研究所博士后，电话(0411)4729205，[email protected]。