浅谈复合型水处理剂高铁酸钾的制备及应用

浅谈复合型水处理剂高铁酸钾的制备及应用摘要高铁酸钾是一种集消毒、氧化、氧化絮凝、吸附于一身的多功能绿色水处理药剂。本文介绍了高铁酸钾的性质、制备方法及其有水处理领域的应用，以及其在保障供水安全方面发挥的重要作用。

关键词高铁酸钾氧化剂消毒剂助凝剂绿色水处理

1.概述

我国水资源总量为27701×108m3，位居世界第六，但由于人口众多，人均水量只有2300m3左右，居世界第88位，约为世界平均水平的1/4。据统计，全国已有29%的人在饮用不良水，7000万人在饮用高氟水。从地域上来看，西北、华北和沿海地区受水资源匮乏的影响较严重；从缺水点来看，主要是城市缺水现象十分严重。全国333座城市不同程度缺水，110座城市严重缺水。年缺水约1000亿m3，每年影响工业产值约2000亿元。

近几十年来，随着工农业生产的发展，湖泊、水库水的富营养化日趋严重，地表水源普遍受到污染。水污染的加剧严重影响了饮用水的净化，甚至直接导致了水质的下降。目前，我国绝大多数水厂饮用水的处理采用混凝、沉淀、过滤和加氯消毒的常规净水工艺。而采用常规净水工艺处理受污染的水源水，虽能有效去除原水浊度、杀灭水中微生物、防止水介疾病的传染，但也存在一些局限性。大量的生产实践表明，常规净水工艺对水中有害微量污染物的去除能力有限，而水源水中日益增加的有机物和藻类对水处理工艺的影响越来越严重，使采用常规处理工艺的净水厂出厂水质经常不能达标。对含藻量高的原水，常常会产生嗅味问题，且沉淀水中的残余藻类会堵塞滤池，缩短滤池的工作周期增加滤池反冲洗水量；对于受污染原水，还常常存在高氨氮问题，由于氮在水厂处理工艺过程中的转

化，极大地消耗了消毒剂氯的用量，常常导致消毒效果不够理想。为了克服原水污染对常规处理工艺净水效果的不利影响，各种旨在改善饮用水水质的净化技术应运而生。其中很重要的一项技术就是在净水之前尽量去除或降低水中微污染物质，即预处理技术。化学预氧化技术就是其中之一。其基本方法就是在原水输送过程中或者原水进入常规处理工艺前投加氧化剂，依靠氧化剂的氧化能力，氧化破坏有机胶体表面的保护膜，提高混凝沉淀效果，降解或破坏水中有机物的结构，达到减少或转化污染有机物的目的，有效降低嗅味，同时杀灭大部分藻类以及部分的细菌，降低藻类和有机物对后续混凝沉淀的干扰，并防止藻类在水厂各类构筑物中如沉淀池和滤池中滋生，还可一定程度上去除水中的无机污染物。现阶段应用的氧化剂有氯（即预氯化）、高锰酸钾、臭氧等，其中应用最多的预氧化剂是氯。但在氯化过程中氯与水中有机物作用生成多种有害卤代物,使用受到限制。采用臭氧预氧化除藻,虽然可取得较好的效果,但投资大,运行管理费用高。

氯预氧化也具有除藻效果,但其相当一部分被转化成对人体有害的副

产物亚氯酸根，特别是在预氧化过程中，氨氮的存在明显地降低了氯的消毒效率,大大提高了氯的需求量。而高铁酸钾是一种比高锰酸钾、臭氧、氯和二氧化氯的氧化能力还强的强氧化剂，是一种非离的新型高效饮水消毒剂和水处理剂，它可以去除原水中的有机污染物，尤其是对酚和硫化物有明显的氧化去除效果，还可以安全有效的氧化水中的CN-，对重金属离子也有吸附、沉降作用，还能使水脱色、脱臭。特别是在水质处理中与其它含氯型水年理剂相比，高铁酸钾对微污染水有良好的净化效果，且不会引起二次污染；其分解产物Fe(OH)3还有絮凝净水作用；游离的Fe3+和Fe2+具有补

血功能，能冶疗缺铁性贫血等。

2.高铁酸钾的性质

高铁酸根的分子式为：FeO42-，具有空间四面体结构，纯的高铁酸钾为紫黑色晶体，其水溶液呈紫红色。干燥的高铁酸钾在常温下可以在空气中长期稳定存在，198℃以上开始分解。但含水的高铁酸钾热稳定性明显下降，80℃时迅速分解为Fe(OH)3。高铁酸钾在整个PH范围内都具有强氧化性，其氧化还原电位在酸性条件下为2.20V，在碱性条件下为0.70V。在水溶液中，它的4个氧原子等价，且慢慢与水分子中的氧原子进行交换。高铁酸钾溶于水后，Fe6+在水中分解并不直接转化为Fe3+，而是经过+5、+4价的中间氧化态，逐渐还原成Fe3+，而且Fe6+还原成Fe3+过程中产生正价态水解产物，各种中间产物在Fe6+还原成Fe3+过程中产生聚合作用，生成的Fe3+能很快形成

Fe(OH)3胶体沉淀。

3.高铁酸钾的制备方法

目前，国内外有关高铁酸钾制备的方法主要有三种：电解法、熔融法、次氯酸盐氧化法。

3.1电解法

电解法制备高铁酸钾是通过电解以铁为阳极的碱性物溶液来实现的.通

过隔膜电解30%～50%NaOH溶液，并在阳极液中加入少量特效活化助剂，阳极和阴极分别采用20cm×7cm的低碳钢板和镍板，外加电压约为10V，控制适宜的电解时间的条件，可以获得约5%的高铁酸钾复合药液（不含固态铁化合物）。该法操作简单、原料消耗少、灵活方便，但电耗高、副产品较多，要制备稳定的纯高铁酸盐，不仅需要复杂的提纯过程，而且效率也低。

3.2 熔融法

熔融法又称干法,采用过氧化物高温氧化铁的氧化法物制得高铁酸钾。2FeSO4+6Na2O2===2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑。俄罗斯科学家曾提出在氧气流下，温度控制在350℃～370℃，锻烧Fe2O3和K2O2混合物制备K2FeO4晶体。但由于该反应为放热反应，温度升高快，容易引起爆炸，故需严格控制操作条件。该法比较危险且难于实现，目前很少采用。

3.3 次氯酸盐氧化法

次氯酸盐氧化法又称湿法,其反应原理为:在浓的NaOH溶液中,加入FeCl3和NaClO，由于Na2FeO4的溶解度很大,而NaCl，KCl等盐类的溶解度较小，因此，可以先在很浓的NaOH溶液中让ClO-充分氧化Fe3+，生成Na2FeO4，这时体系中的NaCl，KCl等杂质将会析出而被除去，然后再加入KOH而析出K2FeO4。

3.3.1实验步骤及反应原理

（1）制备次氯酸钠溶液

在0℃～5℃的条件下,将氯缓慢通入质量分数为40%～45%的NaOH碱溶液中至溶液PH=10～12，得到有效氯含量为20%～22%的次氯酸钠溶液，化学反应式如下：2NaOH+Cl2=NaClO+NaCl+H2O

（2）除盐

将固体NaOH加入反应釜内次氯酸钠溶液中，在有冰水冷却的条件下搅拌至NaOH全部溶解，用离心机过滤溶液（除去固体NaCl），得到碱性次氯酸钠溶液待用。

（3）氧化

启动搅拌，控制溶液温度在5℃～10℃，（此反应为放热反应，应控制