高铁酸钾预氧化去除天然水体中二价锰的研究

【摘要】：我国是一个水资源严重缺乏的国家,人均可利用水资源量仅为900m~3,并且分布极不均衡,是全球人均水资源最贫乏的国家之一。而我国地下水中含铁、锰水约占总量的20%,地表水的锰污染事件也时常发生。高铁酸盐(Ferrate)作为一种高效、清洁的水处理剂,以其优秀的氧化的特性而受到广泛关注。与传统氧化剂相比(Cl_2、ClO_2、KMnO_4等),高铁酸盐氧化性更强且更具选择性,但由于制备繁琐、稳定性差、不易储存等原因使其应用发展受到了限制。目前,已有不少关于高铁酸盐氧化去除重金属的研究(As(II)、Co(II)、Ni(II)、Cu(II)等),但关于其氧化去除天然水体中Mn(II)的研究还较为缺乏。尤其对Fe(VI)与Mn(II)反应机理及影响因素研究较少。本文通过对高铁酸盐稳定性的研究,发现其分解受自身浓度、pH值、温度、阴阳离子等多因素的共同影响。为实现高铁酸盐测定方法的甄选,引入火焰原子吸收法测定其含量,并与传统高铁酸钾测定方法进行对比,对测定结果进行t检验分析,结果表明通过该方法测定高铁酸钾含量是可行可靠的。同时,通过不同反应条件下高铁酸钾(K_2FeO_4)氧化除Mn(II)的实验,发现当[K_2FeO_4]/[Mn]=2:3,pH=8.1,温度为25℃,达到最优除锰效果,此时Mn(II)去除率达到89.23%,溶液中锰含量仅为0.02mg/L。而在有Na_2SO_3、NaNO_2存在的高铁酸钾除Mn(II)实验中,发现SO_3~(2-)能够提升高铁酸钾的除Mn(II)能力。通过添加叔丁醇(TBA)、乙醇(EtOH)等自由基抑制剂,证明除Mn(II)效果的提升是因为产生了SO_4~(·-)及·OH自由基。为探究NOM在K_2FeO_4/Mn(II)体系中的作用,在不同水体的高铁酸钾氧化除Mn(II)实验中,发现富里酸并不会提高K_2FeO_4对Mn(II)的去除效果,而天然水体中Mn(II)去除率却有了明显的提升(约10%)。分析原因:一方面,腐殖酸(HA)与富里酸(FA)在结构和组成上多有不同,这可能使两者在与高铁反应上表现出相反的特性,从而能促进高铁酸钾对Mn(II)的氧化。另一方面,天然水体中存在很多的还原性物质,能与K_2FeO_4反应产生中间活性组分,从而提高了溶液中Mn(II)的去除率。