高锰酸钾复合盐投加除锰试验研究

胡文佳　黄丽梅

摘要：试验采用混凝模拟试验，人工配置含锰原水，分别投加混凝剂和不同量的高锰酸钾，并改变高锰酸钾的投加时间，经过不同混凝条件的混凝沉淀后测定上清液中的锰的质量浓度。结果表明，在适当的投加时间下，高锰酸钾的投加量为理论值的80%～100%时对锰的去除率达到90%以上，且原水中存在的天然有机物对高锰酸钾的除锰效果有一定的影响。

关键词：高锰酸钾；复合盐；除锰试验；混凝模拟试验；混凝剂 文献标识码：A

中图分类号：TU991 文章编号：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

近年来，我国几个大规模的地表水系中不同程度地受到了锰的污染，如长江仪征段水质锰的污染指数为0.77，江西乐安江水系每年锰的平均含量在0.3～0.4mg/L之间。在偏酸和中性pH值范围内，Mn的主要溶解形态是Mn2+，并且不能被水中溶解氧直接氧化，因此在低pH值水域中Mn2+能以较高的质量浓度稳定存在；在Ph>8.4的水中，Mn2+能被水中的溶解氧氧化为非溶解状态。目前常规给水处理工艺流程中缺乏有效的除锰措施，造成了出厂水中的锰含量超过国家标准，增加了水的色度，引起黄水、黑水现象，给企业和居民用水带来了诸多不便。高锰酸钾是一种有效应用于饮用水处理的强氧化剂，与O3，Cl2、ClO2等相比，高锰酸钾具有不产生毒副产物、使用经济方便等优点。此外，高锰酸钾还原产物MnSO4H2O具有吸附水中Mn2+的能力。本研究利用实验室混凝模拟装置，针对原水中不同锰含量，对高锰酸钾复合剂投加量进行试验研究。

1 实验部分

1.1 实验原理

高锰酸盐复合剂氧化除去锰，高锰酸钾是一种强氧化剂，可在很宽的pH范围内水中的二价锰离子可被高锰酸钾迅速氧化为四价锰，反应式如下：

2Mn04-+3Mn2++2H2O→5MnO2↓+4H+

水中其他的一些物质也会使一部分高锰酸钾氧化，这些还原性物质的多少可用CODMn含量的来量化。笔者对金沙兰水库原水CODMn含量进行调查分析，其值保持在1.5mg/L以内，即这些还原性物质对高锰酸钾的消耗量也相对稳定。因此，本实验以原水中锰含量的高低来确定高锰酸钾的投加量。

1.2 试剂与仪器

聚合氯化铝，10%，杭州萧山三江净水剂有限公司

锰标准试剂，国家标准物质GBW（E）080157

酸度计，Sartions PB-20

浊度仪，HACH 2100N

原子吸收分光光度计，PinAAcle 900T

混凝试验搅拌机，ZR 4-6

1.3 实验用水的制备

为模拟锰超标原水，本实验从金兰水库取来原水，加入不同浓度的锰标准溶液，各项水质指标见表1：

1.4 试验方法

试验采用混凝杯罐试验，操作程序根据水厂实际工艺条件设定：

取水样1000mL分别于六个模拟混凝装置中，选用一系列的药剂投加量（每个混凝装置中加入1%浓度的混凝剂PAC0.8mL以及一定量的高锰酸钾复合盐），经搅拌和沉淀后，分别取上清液及过滤后水样测定水质。搅拌速率和搅拌时间按水厂实际工艺条件确定。具体参数

如下：

在400r/min的转速下搅拌1min，然后加入不同量的高锰酸钾复合盐，在400r/min的转速下快速搅拌2min，然后转速降至200r/min，继续搅拌5min，然后进行沉淀。为表述方便，以投加PAC的时刻为T=0时刻。

根据原水中锰浓度不同，调整高锰酸钾复合盐投加量，具体投加量如表2所示：

2 结果与讨论

2.1 同高锰酸钾投加量对除去除水中Mn2+效果的影响

水中高锰酸钾氧化Mn2+，每氧化1mg/L的Mn2+，需要1.92mg/L的高锰酸钾。所以理论所需高锰酸钾投加量为[KMnO4]=1.92[Mn2+]，即KMnO4浓度为原水中Mn2+浓度的1.92倍，设定该KMnO4投加量为100%投加量。

配置锰浓度为0.3mg/L、0.6mg/L、0.8mg/L的3种实验原水，高锰酸钾100%投加量分别为0.5mg/L、1.0mg/L和1.5mg/L。在T=0时刻投加0.8mLPAC和不同量的KMnO4，经过混凝后取上清液及滤后水测定Mn2+浓度，结果如图1至图3所示。

图1、图2、图3分别为锰浓度为0.3mg/L、0.6mg/L、0.8mg/L下，投加不同量的KMnO4后Mn2+的去除率。

从图中可以看出，在理论投加量的17%～100%范围内，随着投加量的增加，上清液及滤后水中Mn2+浓度逐渐降低，去除率逐渐提高，且基本呈线性变化趋势；且当高锰酸盐投加量在0.5mg/L时，Mn2+去除率最高分别为98.6%、96.7%和97.3%。投加量超过0.5mg/L后，上清液及滤后水中Mn2+浓度略有增加。在理论投加量内，Mn2+的去除率均超过了相应高锰酸钾理论投加量下的去除值，这是由于混凝过程中形成絮体，其中含有的MnO2.H2O会对水中的Mn2+进行吸附。当超过0.5mg/L投加量后即超过100%理论投加量时，水中KMnO4出现剩余，因此导致上清液及滤后水中Mn2+含量的增加。

2.2 不同投加时间对除Mn效果的影响

配制Mn2+浓度为0.6mg/L的实验原水，分别在不同时刻投加不同量的KMnO4，经过混凝沉淀测定上清液的Mn2+浓度，绘制不同投加时间对去除率的影响，如图4，结果表明，在投加混凝剂进行混凝以后再投加KMnO4，其对Mn的去除效率明显低于在投加混凝剂进行搅拌的同时以在投加混凝剂进行混凝之前投加KMnO4的去除率。在投加混凝剂进行搅拌前投加KMnO4对Mn的去除率稍高于在投加混凝剂进行搅拌的同时投加，提前投加KMnO4的好处在于保证了KMnO4与Mn2+的反应时间，在二者反应生成了悬浊和胶体状的MnO2H2O，再加入PAC混凝，保证了MnO2H2O能充分形成絮体，因此去除率提高。在投加混凝剂进行混凝以后投加KMnO4，虽然原水中的Mn2+同样可以反应生成MnO2H2O，但生成的MnO2H2O错过了絮体形成的最佳时间，因此在混凝以后投加KMnO4对Mn的去除效果不

明显。

2.3 投加KMnO4后对水质pH的影响

由化学反应式2Mn04-+3Mn2++2H2O→5MnO2↓+4H+可知，KMnO4除锰过程中会生成H+，配制ρ（Mn）=0.6mg/L的实验原水，分别投加不同浓度KMnO4，测定pH值，结果如图5所示，可以看出，去除水中的Mn2+，会影响水中的pH值，测定滤后水的浊度和色度，没有明显

变化。

2.4 水温、余氯对除锰的影响

水温对混凝效果有明显影响，温度低，不利于形成絮体，妨碍胶体凝聚。水温也对水的氧化还原电位产生影响，从而影响除锰的效果。温度对出水锰去除率的影响如图6所示：

3 结语

第一，高锰酸钾氧化混凝沉淀除Mn是一种有效地去除地表水中Mn2+的方法，去除率达到90%以上。使用高锰酸钾复合盐可以有效解决原水中锰含量超标问题。且高锰酸钾复合盐的投加量随原水中锰含量的增加相应有所提高。

第二，应该在投加混凝剂的同时或之前投加高锰酸钾，保证高锰酸钾和Mn2+有充分的反应时间。

第三，地表水中含有部分还原性物质，会使一部分高锰酸钾氧化，从而影响Mn2+的去除效果，可适当增加高锰酸钾投加量。

第四，高锰酸钾氧化、混凝沉淀除Mn适合现有的自来水厂进行工艺改进，特别适合于原水中Mn季节性超标的水厂。

参考文献

[1] 王占生，刘文君.微污染水源饮用水处理[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.

[2] 张杰，戴镇生.地下水除铁除锰现代观[J].给水排水，1996，22（10）.

[3] 袁德玉，杨开，杨小俊，等.高锰酸钾去除地表水中锰的生产试验[J].工业用水与废水，2005，36（3）.

作者简介：胡文佳（1983-），女，浙江金华人，金华市自来水公司检测中心工程师，硕士，研究方向：环境工程。

（责任编辑：秦逊玉）