KMnO4氧化法降解锰的效果研究

KMnO4氧化法降解锰的效果研究
摘要本文对影响KMnO4氧化降解锰过程进行研究，摸索KMnO4药剂投加的具体参数。

试验结果表明，将本实验原水中Mn2+全部氧化降解需要KMnO4与原水充分混合后反应6min以上且最优投量为0.74mg/L，降解效果最佳pH值在7.0～7.5之间。

关键词Mn2+；KMnO4；氧化
0 引言
在《职业性接触毒物危害程度分级》中锰及其无机盐在高危害物质之列。

人体摄入锰过量可造成中枢神经系统病变。

KMnO4的氧化能力较强，KMnO4在pH≤7条件下被还原为锰的高价不溶性氧化物。

通过本研究，摸索KMnO4药剂在水厂投加的最优化参数。

1 试验材料和方法
1.1 试验材料
1000mg/L的锰标准液，分析纯KMnO4，原水，聚合氯化铝（PACl）。

1.2 试验仪器
酸度计，搅拌机（六联），UV（紫外）可见分光光度计。

1.3 试验过程及方案
1）KMnO4投加量：联搅拌机烧杯中各加入1L原水，PACl浓度为5mg/L，用石灰乳液（浓度为2g/L）调节pH值为7.0±0.1，同时投加PACl与KMnO4，最终提取上清液检测总Mn浓度；
2）KMnO4投加点及pH值：实验设置了3个pH值（7.0、8.0、9.0），分别设置两种投加方式，实验用原水水温为26℃，：方式一：调节pH后直接加入KMnO4溶液和PACl溶液，运行程序为快混（130转/分钟）0.8min→慢混（55r/min）16min→沉淀16min。

最后提取上清液检测铝离子浓度及总Mn浓度。

方式二：调节pH值（加入石灰）后投加KMnO4，搅拌速度设定为110r/min时间为35min，之后加入PACl溶液，运行程序同方式一；
3）反应时间：搅拌机（六联）烧杯中各加入1.0L左右原水，设置反应时间分别为4min、6min、10min、12min、14min、18min，搅拌速度设定为130r/min，调节pH值至7.0，搅拌结束后立即取样检测。

2 结果与讨论
2.1 KMnO4投加量的确定
理论上KMnO4氧化Mn2+（1.00mg/L）大概需要1.92mg/L，且由于还原性的有机物和无机物在原水中或多或少存在着，这会直接导致KMnO4的额外消耗。

KMnO4的用量会因为Mn2+在生成物MnO2的吸附作用，以及溶解氧的存在所引起的氧化降解作用下有所减少。

因此准确的KMnO4投加量无法简单通过理论分析确定，为此我们必须通过大量的实验来进行研究探讨。

本文实验用原水总锰含量为0.60mg/L，溶解锰含量为0.40mg/L，检测水温为26℃，pH值为6.70。

实验分别设置了6个不同的KMnO4浓度来进行测试，最终结果如图1所示。

由图1可推断出，KMnO4的最优投量在0.74mg/L但投加0.54mg/L的KMnO4就可降解溶解锰，由此可看出KMnO4除了具有氧化作用以外还有提高混凝沉淀的效果以及助凝作用。

投加0.53mg/L的KMnO4就可以降解溶解锰，说明理论投加量大于实际的KMnO4投量；KMnO4投量过低或过高都会影响总锰降解效率，降解锰效果最好的点在KMnO4浓度为0.74mg/L时，由此确定KMnO4最优投加比例ρ（Mn2+）/ρ（KMnO4）=0.40 /0.74=0.54。

2.2 KMnO4投加点及pH值的确定
实验投加的PACl浓度为5.0mg/L，KMnO4浓度为0.74mg/L，实验结果如图2所示。

由图2可知，虽然总锰降解效率随着pH值的升高而增加，但溶液中铝离子的含量也随之增加，铝离子浓度已经超标（当pH值为8.0时）；从总Mn降解率来看方式二相对于方式一高，总锰降解效率提高约10%～20%。

GB5749-2006中规定的铝离子限值为0.2mg/L，而研究表明，最佳pH值越低，水温越高，成反比趋势。

当水温为16℃，沉后水余铝为0.19mg/L时pH值为7.5，因深圳市地处亚热带气候区，水温最高可达28℃左右。

因此，建议自来水处理总锰控制工艺的pH值应低于7.5。

2.3 反应时间的确定
原水总Mn含量为0.60mg/L，溶解锰含量为0.40mg/L，pH值为6.70，温度为26℃。

所得结果如图3所示。

由图3可知，反应时间大于3分钟时，溶解锰的降解效率高于95%，反应时间为6min时溶解锰的降解效率可达到100%。

由此说明对于本实验原水，投加
KMnO4氧化降解锰的反应速率是很高的；原水中Mn2+在原水与KMnO4充分混合后反应时间超过6min即可被全部降解。

3 结论
综合以上分析，本文实验可推断出：KMnO4最优投量为0.74mg/L，原水与KMnO4充分混合后反应6分钟以上即可降解原水中全部Mn2+，建议将投药前水的pH值控制在7.0至7.5之间（如水厂处理工艺）。

参考文献
[1]张加玲，张瑞莲，侯文静.饮用水中过量铁和锰对蚕豆根尖细胞微核率的影响[N].山西医科大学学报，2003，34（4）：314-315.
[2]秦钮慧.饮用水卫生与处理技术[M].北京：化学工业出版社，2002.
[3]Spicher R，Skrinde R T.Potassium Permanganate Oxidation of Organic Compounds[J].AWWA，1965（4）：472.。