KMnO4與FeSO4聯(lián)用去除水中磷的效能與機理.pdf

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

2、SO4工藝）。該工藝克服了 FeSO4混凝效果差的缺點，同時較傳統(tǒng)混凝劑提高了磷的去除效果，對污水二級處理出水水質(zhì)提供了有效的技術(shù)保障并具有重要的實際意義。本文綜合利用多種表征測試手段，對 KMnO4-FeSO4工藝去除水中磷的效能、影響因素和反應機理進行了深入系統(tǒng)的研究，同時考察了該工藝對污水二級處理出水中的磷和多組分污染物的去除效能，為該技術(shù)的推廣應用提供了必要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)儲備。
　　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，對磷的去除率逐漸增加。另外，陳化后的鐵對磷的去除率明顯低于新生態(tài)鐵對磷的去除率，氧化劑-F

4、eSO4聯(lián)用工藝對水中磷的去除為絡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?KMnO4-FeSO4工藝除磷效能的影響不大。KMnO4-FeSO4工藝對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

5、對 KMnO4-FeSO4工藝除磷的效能影響較小，在溶液 pH值較高時可促進磷的去除效果。水中常見的無機離子如NO3-和Cl-的存在對 KMnO4-FeSO4工藝除磷的效能基本無影響。SO42-和HCO3-的存在對 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，SiO32-的存在可促進KMnO4-FeSO4工藝混凝除磷的效能；而在溶液 pH值較高時，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 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。常見的絡合劑 EDTA、

7、草酸鈉和檸檬酸鈉等對 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。水中常見的有機物腐殖酸在溶液 pH值較高時，對 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。
　　進一步的實驗結(jié)果表明，單獨 KMnO4和原位形成的新生態(tài)錳氧化物對水中磷的去除幾乎沒有作用，單獨 FeSO4對磷的去除率也較低，KMnO

8、4-FeSO4工藝去除磷的主導因素是該工藝原位形成的新生態(tài)鐵/鐵錳氧化物。KMnO4-FeSO4工藝對磷的去除作用機制是絡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)層復合物，不是簡單的表面吸附作用。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。
　　進一步選取了某污水二級處理出水磷濃度較高的污水處理廠，就 KMnO4-FeSO4工藝實際除污染效能進行了研究。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處理出水中磷的去除率，并對污水二級出水中的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在污水二級處理出水中除磷的經(jīng)濟比較分析可知，KMnO4-FeSO4工藝較單獨三價鐵鹽混凝具有經(jīng)濟優(yōu)勢。
　　綜上所述，KMnO4-FeSO4工藝除