摘要：高鐵酸鉀可有效地去除水中微生物、無(wú)機(jī)以及有機(jī)污染物，污染物去除效果與高鐵酸鉀投加量、反應(yīng)pH、反應(yīng)時(shí)間等因素有關(guān)。由于高鐵酸鉀具有氧化選擇性及不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，有必要發(fā)展高鐵酸鉀聯(lián)用技術(shù)，本文分析了高鐵酸鉀在水處理中的應(yīng)用及高鐵酸鉀聯(lián)用技術(shù)在水處理中的應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞：高鐵酸鉀；水處理；聯(lián)用技術(shù)；還原產(chǎn)物
　　近年來(lái)，高鐵酸鉀以其具有強(qiáng)氧化性而在水處理領(lǐng)域得到廣泛的關(guān)注。在水溶液中，高鐵酸鉀以高鐵酸根FeO42-(Fe(VI))形式存在，具有極強(qiáng)的氧化性，在酸性和堿性條件下的氧化還原電位分別為+2.20V和+0.72V。高鐵酸鉀在酸性條件下的氧化能力很高，與水處理領(lǐng)域現(xiàn)有消毒劑相比氧化能力最強(qiáng)，它能快速殺滅水中的細(xì)菌和病毒，且不會(huì)生成三氯甲烷、氯酚等有害人體健康的消毒副產(chǎn)物，自身的還原產(chǎn)物Fe3+或Fe(OH)3為傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)絮凝劑。因此高鐵酸鉀是一種集氧化、吸附、絮凝、助凝、殺菌、除臭為一體的新型高效多功能水處理劑，消毒后的水無(wú)嗅、無(wú)味、口感好，有望成為新一代綠色的飲用水處理劑。鑒于高鐵酸鉀在水處理中的優(yōu)越性，關(guān)于它與其它技術(shù)聯(lián)用的研究也得到了顯著的進(jìn)展，研究表明，高鐵酸鉀與鋁鹽、臭氧、光催化等的聯(lián)用技術(shù)均能得到良好的處理效果。特別是高鐵酸鉀－光催化具有明顯的協(xié)同作用，可以有效提高光催化效率及污染物去除率。
　　1高鐵酸鉀在水處理中的應(yīng)用
　　1.1微生物的去除
　　1.1.1殺菌
　　高鐵酸鉀對(duì)各種細(xì)菌病毒（如大腸桿菌、f2病毒等）均有良好的殺菌作用。高鐵酸鉀具有強(qiáng)氧化性，加入水體后可破壞細(xì)菌的某些結(jié)構(gòu)（如細(xì)胞壁、細(xì)胞膜）及細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的一些物質(zhì)（如酶等），抑制和阻礙蛋白質(zhì)及核酸的合成，使菌體的生長(zhǎng)和繁殖受阻，起到殺死菌體的作用。少量的高鐵酸鉀即可達(dá)到良好的殺菌效果，研究表明，質(zhì)量濃度為10～40mg•L-1的高鐵酸鉀在反應(yīng)5min后對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等細(xì)菌的殺滅率即可達(dá)100%，對(duì)真菌的殺滅率也高于99.5%。
　　高鐵酸鉀在低濃度下就能快速殺死f2病毒，并且溶液pH對(duì)高鐵殺菌效果有很大影響，pH為6.9條件下，1mg•L-1的高鐵酸鉀5.7min可殺滅99%的f2病毒，而pH為5.9條件下僅需要0.77min，f2病毒去除率即可達(dá)到99%。當(dāng)pH為7.8條件下，高鐵酸鉀投量達(dá)10mg•L-1，反應(yīng)30min后才可殺滅99.9%的病毒。
　　高鐵酸鉀與其它消毒劑相比，用量少殺菌效率高。有研究對(duì)比了高鐵酸鉀與硫酸鐵（FS）聯(lián)用Cl2這2種消毒方法對(duì)大腸桿菌的殺滅效果。反應(yīng)30min后，投量為4mg•L-1（以Fe的質(zhì)量計(jì)量）的FS與投量10mg•L-1的Cl2或者投量為8mg•L-1（以Fe的質(zhì)量計(jì)量）的FS與8mg•L-1的Cl2可將大腸桿菌徹底殺滅，而高鐵酸鉀投量?jī)H需6mg•L-1（以Fe的質(zhì)量計(jì)量）就可以使殺菌率達(dá)100%。
　　1.1.2除藻
　　水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，導(dǎo)致藻類(lèi)瘋長(zhǎng)，藻類(lèi)可以使水產(chǎn)生嗅味、堵塞濾池、
　　甚至穿透濾層惡化水質(zhì)，并且藻類(lèi)也是一種消毒副產(chǎn)物的前體物，因此藻類(lèi)的控制與去除具有重要的意義。高鐵酸鉀可以有效去除藻類(lèi)，以某河水為例，源水pH=7.6，當(dāng)投加1.4mg•L-1高鐵酸鉀后，藻類(lèi)總數(shù)由3×107個(gè)•L-1下降到4.1×105個(gè)•L-1。高鐵酸鉀除藻機(jī)理主要是
　　通過(guò)其氧化絮凝作用去除水中藻類(lèi)物質(zhì)，高鐵酸鉀的強(qiáng)氧化性直接導(dǎo)致了藻類(lèi)細(xì)胞的斷裂，破壞了藻類(lèi)細(xì)胞外部鞘套，造成細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)向周?chē)�介質(zhì)的釋放，影響了藻類(lèi)的正常段殖體繁殖方式，從而達(dá)到殺滅藻類(lèi)的作用。并且高鐵酸鉀在水中分解生成氫氧化鐵，吸附于藻類(lèi)細(xì)胞表面，可以降低細(xì)胞表面電荷，增加藻類(lèi)細(xì)胞沉淀性。氫氧化鐵吸附與外流胞內(nèi)物質(zhì)絮凝的雙重作用下，使得部分藻類(lèi)細(xì)胞在混凝之前就能發(fā)生凝聚，得到進(jìn)一步去除。高鐵酸鉀除藻一般與絮凝劑聯(lián)用，可以大幅提高除藻效率。
　　1.2無(wú)機(jī)物的去除
　　高鐵酸鉀利用其強(qiáng)氧化性可以將水中NH3-N、NO3-、H2S、CN-某等無(wú)機(jī)非金屬化合物氧化生成SO42、NO3-、CO2等無(wú)害物質(zhì)，同時(shí)達(dá)到脫味除臭的效果。高鐵酸鉀的氧化和絮凝作用可對(duì)渾濁水中NH3-N有效地去除，當(dāng)高鐵酸鉀與NH3-N的量比大于0.25時(shí)，高鐵酸鉀對(duì)NH3-N去除率達(dá)到40%以上。在不同的高鐵酸鉀與NH3-N量比條件下，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，均不同程度地增加了NH3-N的去除率。這是由于延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，高鐵氧化作用時(shí)間增加，NH3-N去除率隨著高鐵的繼續(xù)氧化分解而逐步提高。同時(shí)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間有利于高鐵氧化絮凝作用的充分發(fā)揮，使絮體能夠完全形成，并進(jìn)一步去除部分氨氮。H2S一般可以用O2、H2O2、ClO-、Cl2和KMnO4氧化去除，但是與上述氧化劑相比，高鐵酸鉀可以更快速有效地氧化去除H2S。使用O2氧化H2S反應(yīng)慢且只適用于有壓條件，ClO-、Cl2KMnO4能在5min內(nèi)完成H2S的氧化，而高鐵酸鉀在1s內(nèi)即可完全氧化H2S。利用高鐵酸鉀去除氰化鋅復(fù)合物（K2Zn(CN)4），結(jié)果證明高鐵酸鉀可以將CN-完全轉(zhuǎn)化為毒性較低的OCN-。除此之外，高鐵酸鉀還可以處理高砷飲用水，只要高鐵酸鉀與原水砷的質(zhì)量比達(dá)到15：1以上，處理后的水樣中砷殘留量都可以達(dá)到國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（<0.05mg•L-1）的要求，且該方法簡(jiǎn)便、產(chǎn)生污泥量少，并由于高鐵酸鉀還原產(chǎn)物可用于后續(xù)絮凝除砷而無(wú)二次污染。
　　高鐵酸鉀對(duì)水體中的金屬離子如Mn2+、Cu2+、Pb2+、Cr3+、Cd2+、Hg2+也有很強(qiáng)的去除能力，僅少量的高鐵酸鉀（10～100mg•L-1）就可以將這些金屬離子降低至較低濃度水平。主要原因是高鐵酸鉀水解產(chǎn)生的中間態(tài)高電荷水解產(chǎn)物及最終還原產(chǎn)物Fe(OH)3膠體具有良好的絮凝吸附作用。
　　1.3有機(jī)物的去除
　　已有研究證明高鐵酸鉀對(duì)某些有機(jī)物具有良好的去除能力，如酚類(lèi)、醇類(lèi)、苯酚、有機(jī)酸、有機(jī)氮、氨基酸、脂類(lèi)含硫化合物、苯及其相關(guān)化合物及某些難分解化合物等，還包括新興污染物如內(nèi)分泌干擾物（EDCs）、藻毒素（MC）、個(gè)人護(hù)理品（PPCPs）等。
　　高鐵酸鉀去除有機(jī)物效能也受到反應(yīng)pH條件的影響，原因是高鐵酸鉀溶液的穩(wěn)定性及氧化性均取決于溶液的pH。研究表明：當(dāng)pH為9～11時(shí)，高鐵酸鉀非常穩(wěn)定，并且在pH=9.2、9.4時(shí)，其降解速率常數(shù)達(dá)到最小值；當(dāng)pH為8～9時(shí)，其穩(wěn)定性略有所下降；而當(dāng)pH<7.5時(shí)，穩(wěn)定性明顯下降；其溶液在微酸性（pH為4～5）條件下很快分解，放出氧氣，并分析出具有高度吸附活性的絮狀物Fe(OH)3。這是由于在酸性溶液中，F(xiàn)e(VI)具有較高的氧化電位（+2.20V），能迅速發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在水中Fe(VI)還原成Fe(III)。對(duì)高鐵酸鉀Fe(VI)氧化含氮和含硫污染物的反應(yīng)進(jìn)行了反應(yīng)速率、反應(yīng)計(jì)量關(guān)系和反應(yīng)產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，隨著pH的降低，反應(yīng)速率增加，pH對(duì)反應(yīng)的影響主要與Fe(VI)質(zhì)子化有關(guān)，因?yàn)橘|(zhì)子化的Fe(VI)是更強(qiáng)的氧化劑，所以pH較低條件下反應(yīng)速率快。Fe(VI)質(zhì)子化形式共有3種，H3FeO4+、H2FeO4和HFeO4-，它們?cè)谒�溶液中的含量與pH密切相關(guān)。

　　2高鐵酸鉀聯(lián)用技術(shù)在水處理中的應(yīng)用
　　雖然高鐵酸鉀在去除水中有毒有害、難降解污染物方面有著比較明顯的優(yōu)勢(shì)，但是高鐵酸鉀用作消毒劑還存在一些缺點(diǎn)：Fe(VI)具有很強(qiáng)的選擇性，對(duì)不同化合物的氧化速率和效率不同。對(duì)于某些難降解有機(jī)物，單獨(dú)高鐵酸鉀氧化去除率不高。在pH較低情況下，高鐵酸鉀自身降解速率快，氧化作用時(shí)間短，對(duì)有機(jī)物去除不完全。因此，為了彌補(bǔ)這些不足，有必要發(fā)展高鐵酸鉀聯(lián)用技術(shù)，達(dá)到相互協(xié)同，促進(jìn)并提高有機(jī)物的去除效果。
　　高鐵酸鉀－鋁鹽聯(lián)用主要起到強(qiáng)化混凝的作用。利用高鐵酸鉀對(duì)多種地表水進(jìn)行預(yù)氧化后加入混凝劑硫酸鋁混凝沉淀，發(fā)現(xiàn)高鐵酸鉀預(yù)氧化可以強(qiáng)化混凝效果，該過(guò)程形成的絮體大小比單獨(dú)鋁鹽混凝形成的絮體大，進(jìn)而提高絮體沉淀性能。對(duì)于高有機(jī)污染地表水，強(qiáng)化混凝效果更佳。同時(shí)，對(duì)于低溫低濁水，高鐵預(yù)氧化也可以有效地降低其濁度。用高鐵酸鉀進(jìn)行預(yù)氧化，也可有效提高藻類(lèi)的去除率。單獨(dú)投加聚合氯化鋁（PAC）時(shí)，去除藻類(lèi)效果不理想。當(dāng)投加少量高鐵酸鉀進(jìn)行預(yù)氧化后，再經(jīng)PAC混凝，對(duì)藻類(lèi)去除率可達(dá)97.85%，比單獨(dú)PAC混凝除藻去除率提高10%～20%，水中藻類(lèi)總量下降2個(gè)數(shù)量級(jí)。該過(guò)程中高鐵酸鉀發(fā)揮其氧化殺藻能力，在一定程度上抑制藻類(lèi)的萌發(fā)和生長(zhǎng)的同時(shí)，也由于生成Fe(OH)3等絮凝劑增加了藻類(lèi)的去除。近年來(lái)，馬軍等[13,30]研究發(fā)明高鐵酸鉀復(fù)合藥劑，該高鐵酸鉀復(fù)合藥劑是將少量高鐵酸鉀等藥劑與鋁鹽通過(guò)一定方式復(fù)合而成的，可顯著提高對(duì)低溫低濁水的處理效果，具有良好的降低沉后與濾后水濁度與色度、殺菌、除藻等作用，同時(shí)一定程度上提高了高鐵酸鉀的穩(wěn)定性。一直以來(lái)，高鐵酸鉀由于其難制備與不穩(wěn)定的缺陷，未能在水處理中得到廣泛的應(yīng)用。高鐵酸鉀復(fù)合藥劑提高了高鐵酸鉀穩(wěn)定性，并能夠批量生產(chǎn)，可在不改變現(xiàn)有工藝流程、不增加大的附屬設(shè)施的條件下改善處理效果，具有廣闊的研究開(kāi)發(fā)前景。
　　3結(jié)論
　　高鐵酸鉀具有強(qiáng)氧化性，可以有效地去除微生物、無(wú)機(jī)以及有機(jī)污染物，在氧化污染物的同時(shí)還原生成優(yōu)良的無(wú)機(jī)絮凝劑，集氧化與絮凝作用于一體，更好地去除污染物。高鐵酸鉀氧化污染物效果與高鐵酸鉀投加量、pH等影響因素有關(guān)。
　　高鐵酸鉀對(duì)氧化污染物具有很強(qiáng)選擇性，對(duì)不同化合物的氧化速率和效率不同。對(duì)于某些難降解有機(jī)物，單獨(dú)高鐵酸鉀氧化去除率不高，并且高鐵酸鉀自身在pH較低條件下容易分解，影響氧化效率。因此有必要發(fā)展高鐵酸鉀聯(lián)用技術(shù)，取得更好的處理效果。現(xiàn)有的高鐵酸鉀聯(lián)用技術(shù)主要有高鐵酸鉀－鋁鹽、高鐵酸鉀－臭氧以及高鐵酸鉀－光催化聯(lián)用等，高鐵酸鉀聯(lián)用技術(shù)也是近年來(lái)有關(guān)高鐵酸鉀研究的熱點(diǎn)與應(yīng)用方向。