陳 玲

(沈陽(yáng)建筑大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110168)

錳是自然界中的重要資源。水中的錳一般是自然和人為2種來(lái)源。人為來(lái)源一般是人類(lèi)活動(dòng)所產(chǎn)生的錳，通過(guò)輸水管道中老化和錳礦的開(kāi)采等方式進(jìn)入到地下水中[3]。地殼中含有大量的錳元素，這些含錳物質(zhì)經(jīng)過(guò)物理化學(xué)反應(yīng)溶解到地下水中，而且地下水中的錳離子常以正二價(jià)形式存在，處理難度大。地下水中常常存在鐵錳離子超標(biāo)的現(xiàn)象，尤其是錳離子的存在，大大增加了處理難度。

錳是人體必需的微量元素，但人體長(zhǎng)期過(guò)量攝入錳，可致慢性中毒，錳攝入過(guò)量時(shí)會(huì)出現(xiàn)睡眠障礙、流涎、語(yǔ)言混亂、運(yùn)動(dòng)緩慢等癥狀，損害人類(lèi)的神經(jīng)中樞。錳離子一般以正二價(jià)態(tài)游離在地下水中，易被氧化成二氧化錳，沉淀后容易堵塞管道，且使水的色度增大。

地下水中錳難以去除是由于二價(jià)錳的高氧化還原電位，很難被氧化。目前生物法和化學(xué)法是國(guó)內(nèi)外研究的主要方法。生物法主要受溫度、pH等環(huán)境因素制約，除錳效果會(huì)受到影響?；瘜W(xué)法除錳比較便捷，且受環(huán)境制約小，此方法還有很大的研究空間。本文對(duì)近年來(lái)熱點(diǎn)研究方法進(jìn)行綜述[4,5]。

1 接觸氧化法

接觸氧化法除鐵錳是由李圭白院士繼自然氧化法之后研究的一種新型除鐵錳方法[6]。接觸氧化法原理是含錳的地下水通過(guò)濾料表面錳質(zhì)的活性濾膜對(duì)水中錳吸附截留，再進(jìn)行氧化作用，使錳離子沉淀。研究表明，影響錳離子自催化過(guò)程的主要因素是附著在濾料上的活性濾膜，而不同過(guò)濾材料的錳氧化催化劑具有不同特性，這種差異表現(xiàn)在化合物的化學(xué)成分、微觀(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)和多態(tài)形態(tài)上等[7]。

濾膜的形成會(huì)受濾料的影響[8,9]。在濾柱運(yùn)行初期，不同濾料對(duì)污染物的吸附能力不同，這就會(huì)影響濾料的成熟。對(duì)不同濾料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以減少濾料的成熟期。被廣泛應(yīng)用于去除水中鐵錳離子的濾料主要有錳砂、石英砂、河砂以及沸石等，如今研究者著重于對(duì)濾料的改良。

張?jiān)骑w等[10]研究了在投氯條件下原位錳改性沸石濾料吸附并氧化錳離子，反應(yīng)一段時(shí)間后，原位錳改性沸石表面上會(huì)生成很多錳氧化物，這些氧化物會(huì)加快錳離子的吸附氧化過(guò)程，可以穩(wěn)定持續(xù)除錳。而且加氯后，原位錳改性沸石表面生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大大增加了表面積，提高反應(yīng)速率。原位錳改性沸石氯催化氧化過(guò)濾運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，除錳效果會(huì)越穩(wěn)定。

2 生物法

生物法除鐵錳是1992年張杰院士提出的以生物固錳法除錳機(jī)制[11]，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證明，在濾池中起主要除錳作用的是鐵細(xì)菌。但是由于微生物對(duì)環(huán)境變化的抗力較小，常常會(huì)使錳離子出水不穩(wěn)定。近幾年，研究者大多研究如何培養(yǎng)提取優(yōu)勢(shì)菌種，減小環(huán)境影響，從而達(dá)到穩(wěn)定出水[12]。

張宇等[13]提出以2層濾料的方式可以加快除錳生物濾膜的成熟周期。通過(guò)模擬試驗(yàn)，高鐵低錳的環(huán)境下，使用2層濾料可以緩沖反沖洗水以及亞鐵離子對(duì)生物濾膜的破壞，生物除鐵除錳在同層去除的培養(yǎng)周期將大大縮短。

3 試劑氧化法

試劑氧化法是通過(guò)向水中投加強(qiáng)氧化劑，充分混合后，將水中鐵錳離子氧化為顆粒物，然后過(guò)濾，將其截留去除。常用的氧化劑有高錳酸鉀、液氯、次氯酸鈉、二氧化氯、臭氧等[14]。

3.1 高錳酸鉀

高錳酸鉀有很強(qiáng)的氧化性，能夠直接將鐵錳離子氧化，對(duì)于錳含量低的水可以有效去除，但是對(duì)于錳含量高的水則采用高錳酸鉀作為預(yù)氧化劑聯(lián)合其它工藝將水中錳離子有效去除[15]。

陳晨等[16]利用投加高錳酸鉀的方法處理某水廠(chǎng)的高錳水，在向水中投加高錳酸鉀后，水體中的錳得到了快速去除。但是在投加高錳酸鉀的過(guò)程中，藥劑的投加量是個(gè)比較重要的問(wèn)題，理論上藥劑投加量是原水中錳含量的2倍左右，但是在實(shí)踐中藥劑的投加量應(yīng)根據(jù)濾前和濾后水中錳的含量、原水色度等多個(gè)方面綜合確定。

徐滿(mǎn)天等[17]研究了高錳酸鉀與混凝劑聯(lián)合去除湖泊原水中的錳，考察了濁度、pH以及混凝劑對(duì)錳去除率的影響。實(shí)驗(yàn)表明，濁度的變化對(duì)除錳所需高錳酸鉀投量幾乎沒(méi)有影響，但是高濁度會(huì)影響錳的檢測(cè)，使總錳檢測(cè)偏低；pH升高有利于錳的去除；Fe3+/Al3+離子混凝劑一定程度會(huì)降低錳的吸附去除效率。

3.2 氯

氯是氧化性很強(qiáng)的一種氧化劑，在給水處理中常作為消毒劑和氧化劑，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉且可持續(xù)性強(qiáng)。液氯、次氯酸鈉和二氧化氯等是常用的氯氧化劑。

孫麗華[18]等研究了液氯應(yīng)用于地表水廠(chǎng)應(yīng)急除錳，研究表明，通過(guò)在預(yù)氧化接觸池投加氯，出廠(chǎng)水中錳從原水的0.1～2.0mg·L-1降低到0.05mg·L-1以下,色度從原水的50°～80°降低至5°左右。

吳雪軍[19]等將二氧化氯除錳技術(shù)應(yīng)用于地表水廠(chǎng)改造，比較了高錳酸鉀法、氯接觸氧化法、二氧化氯法，結(jié)果表明，處理相同量的錳，二氧化氯的投加量最小，運(yùn)行成本最低。

4 電化學(xué)法

用電化學(xué)法處理低鐵高錳的地下水，是指利用外加電場(chǎng)使水中產(chǎn)生強(qiáng)氧化作用的離子及中間產(chǎn)物Mn2+氧化為MnO2，然后過(guò)濾去除。電化學(xué)法是一種新型的除鐵錳方法，是一種方便、快捷且處理效果顯著的方法，是現(xiàn)今水處理方法的熱點(diǎn)研究課題[20]。

李軍幸等用直流電微電解裝置去除水中鐵、錳離子[21]。實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變電極板數(shù)量來(lái)探究水中鐵錳的去除效果，實(shí)驗(yàn)證明，隨著電極板數(shù)量的增加，水中錳離子的去除效果顯著提高，對(duì)鐵離子影響不大。當(dāng)電極板塊數(shù)為5塊以上時(shí)，對(duì)鐵、錳的去除效果接近，但是會(huì)增加成本。該技術(shù)可去除70%～80%的鐵離子，對(duì)錳的去除效率達(dá)40%～50%。

Sean T McBeath等研究了電絮凝方法除地下水中的錳離子，但是電絮凝方法對(duì)錳離子的去除效果并不顯著[22]。在電絮凝的處理下，錳離子只有10%的還原量，但是在接下來(lái)的絮凝反應(yīng)中，錳離子的濃度還會(huì)進(jìn)一步降低，是因?yàn)檠趸i對(duì)二價(jià)錳離子的進(jìn)一步催化，混合反應(yīng)5min，錳離子的去除可達(dá)到27%。

5 結(jié)語(yǔ)

接觸氧化法和生物法是現(xiàn)今為止處理效果相對(duì)較好的方法，但是活性濾膜的形成較為耗費(fèi)時(shí)間，而且運(yùn)行時(shí)要求的環(huán)境條件較為嚴(yán)格。因此，對(duì)本方法研究點(diǎn)著重放在活性濾膜的改性上，使活性濾膜能夠減少成熟時(shí)間以及提高其對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。

試劑氧化法是比較高效率的一種處理方法，受時(shí)間、環(huán)境等條件的影響較小，比較方便高效。但存在投加量難掌控、可能會(huì)在水體中發(fā)生副反應(yīng)，產(chǎn)生有毒物質(zhì)等問(wèn)題。現(xiàn)今需要找到更加高效、不會(huì)造成二次污染且便宜的藥品來(lái)替代之前的藥品。

電化學(xué)方法在飲用水處理中是比較新型的一種處理方法，快捷方便，基本不需要添加化學(xué)藥劑。因其耗電較大，且對(duì)錳的去除率很難達(dá)到0.1mg·L-1，所以利用電化學(xué)方法處理飲用水的應(yīng)用并不是很廣泛。對(duì)電化學(xué)方法的未來(lái)研究應(yīng)著重在利用外加電場(chǎng)使水中產(chǎn)生強(qiáng)氧化作用的離子及中間產(chǎn)物，然后利用其強(qiáng)氧化性將錳離子氧化為二氧化錳，通過(guò)過(guò)濾去除。