绿色氧化剂高铁酸盐及其在水处理中的应用_刘佳刚

绿色氧化剂高铁酸盐及其在水处理中的应用刘佳刚,王宝辉,陈微,刘威,刘巍(大庆石油学院化学化工学院,黑龙江大庆163318)摘要:高铁酸盐作为一种新型高效、绿色的多功能水处理剂,在国内外已经引起了人们的广泛关注。综述了高铁酸盐应用于饮用水消毒、杀菌、除藻,有机、无机废水的氧化混凝,降解腐殖质,色度浊度的去除以及生活污水处理等环境治理方面研究的最新进展。并对今后的研究进行了展望。关键词:高铁酸钾;水治理;应用中图分类号:TQ131文献标志码:A文章编号:1008-1267(2008)04-0016-04氧化剂和消毒剂在环境治理中起到重要的作用,应用十分广泛。但是过去用的氧化剂和消毒剂有其应用的局限性。高铁酸盐具备强氧化性和对环境无污染的性能,它的结构中含有FeO42-其中心原子Fe以六价存在。在酸、碱条件下的标准电极电势分别为,EOFeO42-/Fe3+=2.120V,EOFeO42-/Fe(OH)3=0.172V[1]。因此,无论在酸性,还是碱性条件下高铁酸盐都具有极强的氧化性,可以广泛用于水和废水的氧化、消毒、杀菌。在适当酸度条件下,高铁酸盐被还原为无毒的、且具有絮凝、吸附、共沉淀等多种协同功能的Fe(OH)3。因此,高铁酸盐是一类新型、高效、绿色的多功能水处理剂。1高铁酸盐处理饮用水1.1饮用水的杀菌、消毒高铁酸盐能够破坏细菌的细胞壁、细胞膜、以及细胞结构中的酶,抑制蛋白质及核酸的合成,阻碍菌体的生长和繁殖,起到杀死细菌的作用。高铁酸钾对大肠杆菌、f2病毒以及Qβ噬菌体有良好的灭活作用。T.Schink,T.D.Waite等[2]发现高铁酸钾在低浓度下就能快速杀死f2病毒;pH为6.9条件下,1mg/L的高铁酸钾5.7min可杀灭99%f2病毒,而pH为5.9条件下只需要0.77min;pH为7.8条件下,10mg/L的高铁酸钾30min可杀灭99%f2病毒。日本学者加藤研究总结出了高铁酸钾对大肠杆菌和一般细菌的杀菌能力为[3]:[NO/CO]-n×N=K式中的CO:高铁酸钾的浓度(mol·L-1);NO:开始时的细菌总数(个/L);N:杀菌30min后的细菌个数(个/L);K:常数,对大肠杆菌K=4.0×10-10,对一般细菌K=6.8×10-7;n:常数,对大肠杆菌n=1.89,对一般细菌n=1.44。刘深,吴建一[4]研究发现,当投药量大于4mg/L时,处理后的雨水中的细菌总数小于100个/L,对生活污水,投药量大于100mg/L时,杀菌率增长不显著;陈希天,肖遥,等[5]污水中细菌总数小于1.67×105个/L时,高铁酸钾的处理后的污水细菌总数才低于100个/L,因此对严重污染的污水,需要进行预处理后再用高铁酸钾消毒。1.2高铁酸盐应用于饮用水除藻高铁酸钾有氧化絮凝作用,可以去除水中藻类物质。高铁酸盐的氧化性直接导致了藻类细胞的断裂,破坏了藻类细胞外部鞘套,造成细胞内物质向周围介质的释放,而影响了藻类的正常段殖体繁殖方式,从而达到杀灭藻类的作用[6,7]。用高铁酸盐进行预氧化,可有效提高藻类的去除率。投加84mg/LPAC时,去除藻类仅79.57%。当在PAC中加入112mg/LK2FeO4,则对藻类去除率可达97.85%,水中藻类总量下降两个数量级[8]。仅用0.14mg/L的高铁酸盐,就能明显提高聚合铝对含藻类水的混凝去除率[9]。另有研究表明,高铁酸盐刺激藻类释放的细胞内物质大多数是高分子化合物,也有助于混凝除藻[10]。收稿日期:2008-02-25作者简介:刘佳刚(1981-),男,硕士,研究生,主要从事新能源环境科学方面的研究。第22卷第4期2008年7月Vol.22No.4Jul.2008天津化工TianjinChemicalIndustry第22卷第4期刘佳刚等:绿色氧化及高铁酸盐及其在水处理中的应用2高铁酸盐在工业废水中的应用2.1高铁酸盐用于有机污染物的降解高铁酸盐和被还原生成的铁的中间氧化态都有极强的氧化性。此外,高铁酸盐能够将水分子分解成具有强氧化性的原子氧,可以氧化有机污染物,并可能将有机物最终分解为二氧化碳。同时,还原产物Fe(OH)3具有混凝、吸附性能,也有助于有机污染物的去除。高铁酸钾可将羟胺、N-甲基羟胺、N-苯胲、邻甲基羟胺分别快速氧化成氮氧化物、亚硝基甲烷、亚硝基苯、甲醇和氮气;还可将硫代硫酸盐、苯亚磺酸盐、蛋氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸、二甲亚砜分别快速氧化成亚硫酸盐、苯磺酸盐和对应的砜[11]。高铁酸钾去除有机污染物的效能主要取决于高铁酸钾与有机物的比例,过量的高铁酸钾对去除有机污染物是有利的[12]。研究结果表明高铁酸钾与有机物的质量配比在3∶1~5∶1之间,pH<8条件下高铁酸钾降解苯、氯苯、烯丙苯、苯酚的百分率分别为18%~47%、23%~47%、85%~100%、3