飲用水處理劑--高鐵酸鉀
飲用水質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到人的健康問題隨著人們保健意識的不斷增強，對飲用水處理劑提出了更高要求。原來普遍使用的液氯及漂白粉等含氯消毒劑消毒飲水時會產(chǎn)生氯仿、溴仿等有機致癌物，特別是對污染較重的塘水消毒時。會產(chǎn)生大量的三鹵甲烷。因此，選擇一種消毒效果好，產(chǎn)生三鹵甲烷(THMs)少的消毒劑來代替目前的飲用水消毒劑，對保證人們的健康具有十分重要的意義。
高鐵酸鉀是20世紀(jì)70年代以來開發(fā)的一種繼臭氧、過氧化氫、二氧化氯之后的又一種新型水消毒劑，主要用于飲用水的消毒處理，它能快速殺滅水中的細(xì)菌和病毒，且不會生成三氯甲烷、氯代酚等衍生物消毒后的水無臭、無味、口感好。有望成為新一代飲用水處理劑。
1高鐵酸鉀的性質(zhì)及制備
1．1高鐵酸鉀的性質(zhì)
純高鐵酸鉀是一種暗紫色、有金屬光澤的粉末狀晶體。其化學(xué)分子式為K2FeO4。熔點198~C。熱穩(wěn)定性稍差。超過601E開始分解。溶液的pH對其穩(wěn)定性的影響很大，當(dāng)pH值為10-11時非常穩(wěn)定：當(dāng)pH值為8～l0時。穩(wěn)定性有所下降；而當(dāng)pH<7．5時。穩(wěn)定性明顯下降；其溶液在微酸性(pH值為4-5)條件下很快分解。放出氧氣。并析出具有高度吸附活性的絮狀Fe(OH)。干燥或溶于強堿溶液的高鐵酸鉀在室溫下都很穩(wěn)定。高鐵酸鉀氧化還原電位在酸性條件下為2．20V，堿性條件下為0．72V，是一種比高錳酸鉀更強的氧化劑。
1．2高鐵酸鉀的制備
目前，國內(nèi)外報道的高鐵酸鉀制備方法主要有3種：次氯酸鹽氧化法、電解氧化法和過氧化物高溫氧化法。
1．2．1次氯酸鹽氧化法(2-3)·
制備原理：以鐵鹽和次氯酸鹽(如NaCIO、KCIO)或氯氣為原料，在堿性溶液中反應(yīng)制備高鐵酸鉀。其反應(yīng)式如下：
使用的鐵鹽通常為硝酸鐵Fe(NO3)3·9H2O或三氯化鐵FeCI3。
次氯酸鹽氧化法的生產(chǎn)工藝成熟，設(shè)備投資少。操作簡便。但對設(shè)備腐蝕性強，環(huán)境污染嚴(yán)重，適合小規(guī)模企業(yè)生產(chǎn)。
1．2．2電解氧化法(4-6)
制備原理：在鐵制陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。將鐵或Fe3+氧化成FeO]42-。再在陽極液中加入KOH。使高鐵酸鉀沉淀出來。
電解氧化法操作簡單，原材料消耗少。但對裝置要求高，副產(chǎn)物多。電力消耗大。
1．2.3過氧化物氧化法(7)
采用堿金屬的過氧化物氧化鐵鹽或鐵的氧化物制備高鐵酸鉀。是一個很有發(fā)展前途的工藝方案。
該方法反應(yīng)物少，副反應(yīng)少，可制得純度很高的高鐵酸鹽。但反應(yīng)需要高溫，且干燥的反應(yīng)環(huán)境不易控制。
2高鐵酸鉀水處理劑特點
高鐵酸鉀在水的消毒、脫色、除臭等方面具有重要的作用。殺菌機理是通過其強烈的氧化作用，破壞了細(xì)菌的某些結(jié)構(gòu)(如細(xì)胞壁、細(xì)胞膜)以及細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的一些物質(zhì)(如酶等)，抑制和阻礙了蛋白質(zhì)及核酸的合成，使菌體的生長和繁殖受阻，起到殺死菌體的作用(8)。凈化機理主要是由于高鐵離子在其被還原生成Fe3+過程中，經(jīng)歷了一系列由六價到三價帶有不同電荷的中間狀態(tài)，因而表現(xiàn)出獨特的處理效果(9)與常規(guī)的含氯消毒劑比較，高鐵酸鉀作為新型飲用水處理劑，具有以下優(yōu)點。
2.l殺菌效果好、用量少、作用快
高鐵酸鉀是一種比高錳酸鉀、臭氧、氯氣氧化能力更強的氧化劑，在水溶液中較低濃度時能快速殺滅大腸桿菌，殺菌力強、速度快。據(jù)報道(10)，當(dāng)水中的細(xì)菌總數(shù)在l×105～3×l05cfu/ml以下，殺滅率高于99，5％，可達(dá)國內(nèi)外飲用水標(biāo)準(zhǔn)。對細(xì)菌含量小于2×l05cfu/ml的長江水，用6mg/L的高鐵酸鉀消毒作用30min，即可達(dá)到飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。
2．2多功能性
高鐵酸鉀可氧化NH+2；、S2062-\SCN-等無機物及醇、酸、胺、羥酮、氫醌、苯胺等有機化合物，起到很好的脫色除臭作用。其水解產(chǎn)物Fe(OH)膠體具有良好的絮凝、吸附等作用，不但可以去除水中細(xì)微懸浮物，尤其對納米級懸液顆粒物更具有高效絮凝的意義。高鐵酸鉀對水中的微量重金屬和難降解有機物的去除具有特殊功效。據(jù)報道”，在pH為7．6條件下，20～l00mg/L的高鐵酸鉀可使水中Pb(Ⅱ)濃度由4．8mg/L降至小于0．1mg/L；50mg/L的高鐵酸鉀可使Hg(Ⅱ)由2．4mg/L降至小于0，02mg/L。
2．3安全性好
高鐵酸鉀是一種更安全的水處理劑。Ames實驗證明，在用高鐵酸鹽處理水的過程中，不會引入或?qū)е氯魏斡卸居泻ξ镔|(zhì)，在飲用水源和廢水處理過程中，本身不產(chǎn)生任何致癌、致畸物質(zhì)，具有高度的安全性。因此，高鐵酸鉀是一個對人類和生物安全、對環(huán)境無二次污染的理想水處理劑。
2．4使用方便、應(yīng)用廣泛
消毒時，將天然水用河砂過濾或明礬澄清后，即可加入適量高鐵酸鉀粉末進行消毒。根據(jù)水源不同，使用不同的加藥量，一般為5～6mg/L(13)，則可達(dá)到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5750-85)。在野外臨時解決常溫生活用水消毒問題時，加入適量高鐵酸鉀粉末，半小時后即可飲用。特別適用于野外作業(yè)，如野營．地質(zhì)礦產(chǎn)、旅游等特殊情況下飲用水的潔治、消毒問題。
高鐵酸鉀不僅可用于飲用水的消毒處理，而且可廣泛地應(yīng)用于各類工業(yè)污水、生活污水的治理、循環(huán)冷卻水控制生物粘垢的生成以及低溫低濁水的澄清消毒，也可用于游泳池水的殺菌消毒。
3開發(fā)前景
高鐵酸鉀是一種集消毒、氧化、絮凝、吸附及助凝為一體的、毒副作用很小的、高效水處理化學(xué)藥劑。它不僅可以快速殺滅水中的細(xì)菌，而且可氧化去除水中的部分有機污染物，其水解產(chǎn)物Fe(OH)具有良好的絮凝作用，同時實現(xiàn)澄清和消毒殺菌兩個目的，有可能成為含氯消毒劑的替代品。但高鐵酸鉀難于制備，極不穩(wěn)定，且不易工業(yè)化生產(chǎn)，為了解決這一難題，我國的水處理工作者經(jīng)過研究，在生產(chǎn)方面取得進展。
3．1以高鐵酸鉀為核心的多功能高效穩(wěn)定復(fù)合藥劑的研制
通過一定方式顯著地提高了高鐵酸鉀的穩(wěn)定性，使之易于進行生產(chǎn)制備，從而使高鐵酸鉀的實際應(yīng)用成為可能。
3．2現(xiàn)場制備，并集制備、投加為一體的集成系統(tǒng)的研制
利用電解法在使用現(xiàn)場制備含有一定量高鐵形態(tài)的復(fù)合藥劑，使其穩(wěn)定性在一定程度上得到提高，同時根據(jù)高鐵制品的穩(wěn)定性要求邊制備邊投加，形成制備、投加和控制為一體的集成系統(tǒng)，這是高鐵酸鉀成功用于水處理的可行方法。
3．3利用控制釋放技術(shù)
制備以高鐵酸鉀為活性制劑的新型控釋飲用水消毒劑，選擇高鐵酸鉀為活性制劑，以聚乳酸等可降解性生物高分子或其它廉價、無毒、性能優(yōu)良的不可降解的高分子為載體，制成一種對環(huán)境無害，能勻速釋放的新型控釋飲用水消毒劑，解決消毒劑的持久性、安全性、方便性、高效性、多功能性和貯存運輸?shù)膯栴}。
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