饮用水处理剂--高铁酸钾

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饮用水质量的好坏直接关系到人的健康问题随着人们保健意识的不断增强,对饮用水处理剂提出了更高要求。原来普遍使用的液氯及漂白粉等含氯消毒剂消毒饮水时会产生氯仿、溴仿等有机致癌物,特别是对污染较重的塘水消毒时。会产生大量的三卤甲烷。因此,选择一种消毒效果好,产生三卤甲烷(THMs)少的消毒剂来代替目前的饮用水消毒剂,对保证人们的健康具有十分重要的意义。
高铁酸钾是20世纪70年代以来开发的一种继臭氧、过氧化氢、二氧化氯之后的又一种新型水消毒剂,主要用于饮用水的消毒处理,它能快速杀灭水中的细菌和病毒,且不会生成三氯甲烷、氯代酚等衍生物消毒后的水无臭、无味、口感好。有望成为新一代饮用水处理剂。
1高铁酸钾的性质及制备
1.1高铁酸钾的性质
纯高铁酸钾是一种暗紫色、有金属光泽的粉末状晶体。其化学分子式为K2FeO4。熔点198~C。热稳定性稍差。超过601E开始分解。溶液的pH对其稳定性的影响很大,当pH值为10-11时非常稳定:当pH值为8~l0时。稳定性有所下降;而当pH<7.5时。稳定性明显下降;其溶液在微酸性(pH值为4-5)条件下很快分解。放出氧气。并析出具有高度吸附活性的絮状Fe(OH)。干燥或溶于强碱溶液的高铁酸钾在室温下都很稳定。高铁酸钾氧化还原电位在酸性条件下为2.20V,碱性条件下为0.72V,是一种比高锰酸钾更强的氧化剂。
1.2高铁酸钾的制备
目前,国内外报道的高铁酸钾制备方法主要有3种:次氯酸盐氧化法、电解氧化法和过氧化物高温氧化法。
1.2.1次氯酸盐氧化法(2-3).
制备原理:以铁盐和次氯酸盐(如NaCIO、KCIO)或氯气为原料,在碱性溶液中反应制备高铁酸钾。其反应式如下:

使用的铁盐通常为硝酸铁Fe(NO3)3.9H2O或三氯化铁FeCI3。
次氯酸盐氧化法的生产工艺成熟,设备投资少。操作简便。但对设备腐蚀性强,环境污染严重,适合小规模企业生产。
1.2.2电解氧化法(4-6)
制备原理:在铁制阳极发生氧化反应。将铁或Fe3+氧化成FeO]42-。再在阳极液中加入KOH。使高铁酸钾沉淀出来。

电解氧化法操作简单,原材料消耗少。但对装置要求高,副产物多。电力消耗大。
1.2.3过氧化物氧化法
(7)
采用碱金属的过氧化物氧化铁盐或铁的氧化物制备高铁酸钾。是一个很有发展前途的工艺方案.

该方法反应物少,副反应少,可制得纯度很高的高铁酸盐。但反应需要高温,且干燥的反应环境不易控制。
2高铁酸钾水处理剂特点
高铁酸钾在水的消毒、脱色、除臭等方面具有重要的作用。杀菌机理是通过其强烈的氧化作用,破坏了细菌的某些结构(如细胞壁、细胞膜)以及细胞结构中的一些物质(如酶等),抑制和阻碍了蛋白质及核酸的合成,使菌体的生长和繁殖受阻,起到杀死菌体的作用
(8)。净化机理主要是由于高铁离子在其被还原生成Fe3+过程中,经历了一系列由六价到三价带有不同电荷的中间状态,因而表现出独特的处理效果
(9)与常规的含氯消毒剂比较,高铁酸钾作为新型饮用水处理剂,具有以下优点.
2.l杀菌效果好、用量少、作用快
高铁酸钾是一种比高锰酸钾、臭氧、氯气氧化能力更强的氧化剂,在水溶液中较低浓度时能快速杀灭大肠杆菌,杀菌力强、速度快。据报道(10),当水中的细菌总数在l×105~3×l05cfu/ml以下,杀灭率高于99,5%,可达国内外饮用水标准。对细菌含量小于2×l05cfu/ml的长江水,用6mg/L的高铁酸钾消毒作用30min,即可达到饮用水卫生标准
2.2多功能性
高铁酸钾可氧化NH+2;、S2062-\SCN-等无机物及醇、酸、胺、羟酮、氢醌、苯胺等有机化合物,起到很好的脱色除臭作用。其水解产物Fe(OH)胶体具有良好的絮凝、吸附等作用,不但可以去除水中细微悬浮物,尤其对纳米级悬液颗粒物更具有高效絮凝的意义。高铁酸钾对水中的微量重金属和难降解有机物的去除具有特殊功效。据报道",在pH为7.6条件下,20~l00mg/L的高铁酸钾可使水中Pb(Ⅱ)浓度由4.8mg/L降至小于0.1mg/L;50mg/L的高铁酸钾可使Hg(Ⅱ)由2.4mg/L降至小于0,02mg/L。
2.3安全性好
高铁酸钾是一种更安全的水处理剂。Ames实验证明,在用高铁酸盐处理水的过程中,不会引入或导致任何有毒有害物质,在饮用水源和废水处理过程中,本身不产生任何致癌、致畸物质,具有高度的安全性。因此,高铁酸钾是一个对人类和生物安全、对环境无二次污染的理想水处理剂。
2.4使用方便、应用广泛
消毒时,将天然水用河砂过滤或明矾澄清后,即可加入适量高铁酸钾粉末进行消毒。根据水源不同,使用不同的加药量,一般为5~6mg/L(13),则可达到卫生标准(GB5750-85)。在野外临时解决常温生活用水消毒问题时,加入适量高铁酸钾粉末,半小时后即可饮用。特别适用于野外作业,如野营.地质矿产、旅游等特殊情况下饮用水的洁治、消毒问题。
高铁酸钾不仅可用于饮用水的消毒处理,而且可广泛地应用于各类工业污水、生活污水的治理、循环冷却水控制生物粘垢的生成以及低温低浊水的澄清消毒,也可用于游泳池水的杀菌消毒。
3开发前景
高铁酸钾是一种集消毒、氧化、絮凝、吸附及助凝为一体的、毒副作用很小的、高效水处理化学药剂。它不仅可以快速杀灭水中的细菌,而且可氧化去除水中的部分有机污染物,其水解产物Fe(OH)具有良好的絮凝作用,同时实现澄清和消毒杀菌两个目的,有可能成为含氯消毒剂的替代品。但高铁酸钾难于制备,极不稳定,且不易工业化生产,为了解决这一难题,我国的水处理工作者经过研究,在生产方面取得进展。
3.1以高铁酸钾为核心的多功能高效稳定复合药剂的研制
通过一定方式显著地提高了高铁酸钾的稳定性,使之易于进行生产制备,从而使高铁酸钾的实际应用成为可能。
3.2现场制备,并集制备、投加为一体的集成系统的研制
利用电解法在使用现场制备含有一定量高铁形态的复合药剂,使其稳定性在一定程度上得到提高,同时根据高铁制品的稳定性要求边制备边投加,形成制备、投加和控制为一体的集成系统,这是高铁酸钾成功用于水处理的可行方法。
3.3利用控制释放技术
制备以高铁酸钾为活性制剂的新型控释饮用水消毒剂,选择高铁酸钾为活性制剂,以聚乳酸等可降解性生物高分子或其它廉价、无毒、性能优良的不可降解的高分子为载体,制成一种对环境无害,能匀速释放的新型控释饮用水消毒剂,解决消毒剂的持久性、安全性、方便性、高效性、多功能性和贮存运输的问题。