KMnO4與FeSO4聯(lián)用去除水中磷的效能與機(jī)理.pdf

1、隨著人類活動(dòng)的不斷增加，工業(yè)廢水、生活污水排放總量呈逐年增加趨勢(shì)，而污水處理率卻沒有得到相應(yīng)地提高，導(dǎo)致目前水資源水質(zhì)惡化，水生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。富營(yíng)養(yǎng)化問題是當(dāng)今世界面臨的最主要的水污染問題之一。磷作為產(chǎn)生水體富營(yíng)養(yǎng)化的最主要因素，對(duì)其排放到水體中的濃度控制是解決水體富營(yíng)養(yǎng)化最根本的方法之一。本論文針對(duì)污水廠二級(jí)處理出水中磷濃度普遍超標(biāo)這一熱點(diǎn)問題，研發(fā)了一種新型的化學(xué)除磷工藝，即 KMnO4與FeSO4聯(lián)用工藝（簡(jiǎn)稱 KMnO4-Fe

2、SO4工藝）。該工藝克服了 FeSO4混凝效果差的缺點(diǎn)，同時(shí)較傳統(tǒng)混凝劑提高了磷的去除效果，對(duì)污水二級(jí)處理出水水質(zhì)提供了有效的技術(shù)保障并具有重要的實(shí)際意義。本文綜合利用多種表征測(cè)試手段，對(duì) KMnO4-FeSO4工藝去除水中磷的效能、影響因素和反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，同時(shí)考察了該工藝對(duì)污水二級(jí)處理出水中的磷和多組分污染物的去除效能，為該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了必要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)儲(chǔ)備。
　　研究表明，氧化劑-FeSO4聯(lián)用工藝包

3、括 H2O2-FeSO4、NaClO-FeSO4、KMnO4-FeSO4、O3-FeSO4和O2-FeSO4對(duì)磷均有一定的的去除作用，但去除效果各不相同。氧化劑-FeSO4工藝對(duì)磷的去除效果均隨溶液pH值的升高而降低，隨鐵鹽投量的增加而增加。H2O2-FeSO4、NaClO-FeSO4和KMnO4-FeSO4工藝隨著氧化劑與FeSO4摩爾比的增加，對(duì)磷的去除率逐漸增加。另外，陳化后的鐵對(duì)磷的去除率明顯低于新生態(tài)鐵對(duì)磷的去除率，氧化劑-F

4、eSO4聯(lián)用工藝對(duì)水中磷的去除為絡(luò)合沉淀和吸附作用的共同結(jié)果。
　　在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地研究了 KMnO4-FeSO4工藝去除水中磷的效能。結(jié)果顯示，與Fe2(SO4)3和FeSO4相比較，KMnO4-FeSO4工藝能顯著提高水中磷的去除效能?；炷龜嚢杷俣葘?duì) KMnO4-FeSO4工藝除磷效能的影響不大。KMnO4-FeSO4工藝對(duì)磷的去除隨著鐵鹽混凝劑投量的增加而增加，隨著初始磷濃度的增加而降低。水中濁度的存在在溶液 pH值較低時(shí)

5、對(duì) KMnO4-FeSO4工藝除磷的效能影響較小，在溶液 pH值較高時(shí)可促進(jìn)磷的去除效果。水中常見的無機(jī)離子如NO3-和Cl-的存在對(duì) KMnO4-FeSO4工藝除磷的效能基本無影響。SO42-和HCO3-的存在對(duì) KMnO4-FeSO4工藝除磷的效能有一定的抑制作用，但抑制的效果有限。在溶液pH值較低時(shí)，SiO32-的存在可促進(jìn)KMnO4-FeSO4工藝混凝除磷的效能；而在溶液 pH值較高時(shí)，可顯著地抑制該工藝除磷的效能。另外，SiO

6、32-的存在顯著地降低了 KMnO4-FeSO4工藝形成的絮體顆粒物表面的ζ電位并增加溶液中殘余鐵的量。與之相反，Ca2+和Mg2+的存在可顯著促進(jìn) KMnO4-FeSO4工藝除磷效能。類似地，Ca2+和Mg2+的存在可提高 KMnO4-FeSO4工藝形成的絮體顆粒物的表面ζ電位和降低溶液中殘余鐵量。此外，SiO32-、Ca2+和Mg2+的存在對(duì)KMnO4-FeSO4工藝形成的絮體顆粒物的表面特征均有一定的影響。常見的絡(luò)合劑 EDTA、

7、草酸鈉和檸檬酸鈉等對(duì) KMnO4-FeSO4工藝除磷的效果均有一定的抑制作用，且都增加了溶液中殘余鐵的量。水中常見的有機(jī)物腐殖酸在溶液 pH值較高時(shí)，對(duì) KMnO4-FeSO4工藝除磷的效能有明顯的抑制作用，其存在使得工藝形成的絮體顆粒物表面ζ電位有明顯的降低，并顯著增加了溶液中殘余鐵的量。
　　進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單獨(dú) KMnO4和原位形成的新生態(tài)錳氧化物對(duì)水中磷的去除幾乎沒有作用，單獨(dú) FeSO4對(duì)磷的去除率也較低，KMnO

8、4-FeSO4工藝去除磷的主導(dǎo)因素是該工藝原位形成的新生態(tài)鐵/鐵錳氧化物。KMnO4-FeSO4工藝對(duì)磷的去除作用機(jī)制是絡(luò)合沉淀和吸附作用的共同結(jié)果。原位形成的新生態(tài)鐵/鐵錳氧化物對(duì)水中的磷酸鹽有一定的吸附能力，但去除效果有限。
　　KMnO4-FeSO4工藝形成的絮體顆粒物的結(jié)構(gòu)是無定形的，且具有較大的比表面積。磷的存在對(duì)絮體顆粒物的表面形貌有一定的影響，使得絮體顆粒物的表面較為粗糙。X射線熒光光譜分析的結(jié)果表明絮體顆粒物的組成

9、元素主要為O、Fe、P和Mn。FTIR圖譜表明磷與新生態(tài)鐵/鐵錳氧化物形成的是內(nèi)層復(fù)合物，不是簡(jiǎn)單的表面吸附作用。X射線光電子能譜的分析表明 KMnO4-FeSO4工藝形成的絮體顆粒沉淀物中Fe元素主要以FeOOH的形式存在，Mn元素主要以MnO2的形式存在。
　　進(jìn)一步選取了某污水二級(jí)處理出水磷濃度較高的污水處理廠，就 KMnO4-FeSO4工藝實(shí)際除污染效能進(jìn)行了研究。相比較傳統(tǒng)鐵鹽混凝劑 FeCl3和Fe2(SO4)3，KM

10、nO4-FeSO4工藝可顯著提高污水二級(jí)處理出水中磷的去除率，并對(duì)污水二級(jí)出水中的TOC、COD、UV254均有一定的去除作用，且去除率均優(yōu)于傳統(tǒng)鐵鹽混凝劑 FeCl3和Fe2(SO4)3，表現(xiàn)出良好的除污染性能。KMnO4-FeSO4工藝與傳統(tǒng)鐵鹽混凝劑 FeCl3和Fe2(SO4)3在污水二級(jí)處理出水中除磷的經(jīng)濟(jì)比較分析可知，KMnO4-FeSO4工藝較單獨(dú)三價(jià)鐵鹽混凝具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。
　　綜上所述，KMnO4-FeSO4工藝除