摘要：高鐵酸鉀可有效地去除水中微生物、無機以及有機污染物，污染物去除效果與高鐵酸鉀投加量、反應pH、反應時間等因素有關。由于高鐵酸鉀具有氧化選擇性及不穩定等缺點，有必要發展高鐵酸鉀聯用技術，本文分析了高鐵酸鉀在水處理中的應用及高鐵酸鉀聯用技術在水處理中的應用。
　　關鍵詞：高鐵酸鉀；水處理；聯用技術；還原產物
　　近年來，高鐵酸鉀以其具有強氧化性而在水處理領域得到廣泛的關注。在水溶液中，高鐵酸鉀以高鐵酸根FeO42-(Fe(VI))形式存在，具有極強的氧化性，在酸性和堿性條件下的氧化還原電位分別為+2.20V和+0.72V。高鐵酸鉀在酸性條件下的氧化能力很高，與水處理領域現有消毒劑相比氧化能力最強，它能快速殺滅水中的細菌和病毒，且不會生成三氯甲烷、氯酚等有害人體健康的消毒副產物，自身的還原產物Fe3+或Fe(OH)3為傳統的無機絮凝劑。因此高鐵酸鉀是一種集氧化、吸附、絮凝、助凝、殺菌、除臭為一體的新型高效多功能水處理劑，消毒后的水無嗅、無味、口感好，有望成為新一代綠色的飲用水處理劑。鑒于高鐵酸鉀在水處理中的優越性，關于它與其它技術聯用的研究也得到了顯著的進展，研究表明，高鐵酸鉀與鋁鹽、臭氧、光催化等的聯用技術均能得到良好的處理效果。特別是高鐵酸鉀－光催化具有明顯的協同作用，可以有效提高光催化效率及污染物去除率。
　　1高鐵酸鉀在水處理中的應用
　　1.1微生物的去除
　　1.1.1殺菌
　　高鐵酸鉀對各種細菌病毒（如大腸桿菌、f2病毒等）均有良好的殺菌作用。高鐵酸鉀具有強氧化性，加入水體后可破壞細菌的某些結構（如細胞壁、細胞膜）及細胞結構中的一些物質（如酶等），抑制和阻礙蛋白質及核酸的合成，使菌體的生長和繁殖受阻，起到殺死菌體的作用。少量的高鐵酸鉀即可達到良好的殺菌效果，研究表明，質量濃度為10～40mg•L-1的高鐵酸鉀在反應5min后對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等細菌的殺滅率即可達100%，對真菌的殺滅率也高于99.5%。
　　高鐵酸鉀在低濃度下就能快速殺死f2病毒，并且溶液pH對高鐵殺菌效果有很大影響，pH為6.9條件下，1mg•L-1的高鐵酸鉀5.7min可殺滅99%的f2病毒，而pH為5.9條件下僅需要0.77min，f2病毒去除率即可達到99%。當pH為7.8條件下，高鐵酸鉀投量達10mg•L-1，反應30min后才可殺滅99.9%的病毒。
　　高鐵酸鉀與其它消毒劑相比，用量少殺菌效率高。有研究對比了高鐵酸鉀與硫酸鐵（FS）聯用Cl2這2種消毒方法對大腸桿菌的殺滅效果。反應30min后，投量為4mg•L-1（以Fe的質量計量）的FS與投量10mg•L-1的Cl2或者投量為8mg•L-1（以Fe的質量計量）的FS與8mg•L-1的Cl2可將大腸桿菌徹底殺滅，而高鐵酸鉀投量僅需6mg•L-1（以Fe的質量計量）就可以使殺菌率達100%。
　　1.1.2除藻
　　水體富營養化問題的日趨嚴重，導致藻類瘋長，藻類可以使水產生嗅味、堵塞濾池、
　　甚至穿透濾層惡化水質，并且藻類也是一種消毒副產物的前體物，因此藻類的控制與去除具有重要的意義。高鐵酸鉀可以有效去除藻類，以某河水為例，源水pH=7.6，當投加1.4mg•L-1高鐵酸鉀后，藻類總數由3×107個•L-1下降到4.1×105個•L-1。高鐵酸鉀除藻機理主要是
　　通過其氧化絮凝作用去除水中藻類物質，高鐵酸鉀的強氧化性直接導致了藻類細胞的斷裂，破壞了藻類細胞外部鞘套，造成細胞內物質向周圍介質的釋放，影響了藻類的正常段殖體繁殖方式，從而達到殺滅藻類的作用。并且高鐵酸鉀在水中分解生成氫氧化鐵，吸附于藻類細胞表面，可以降低細胞表面電荷，增加藻類細胞沉淀性。氫氧化鐵吸附與外流胞內物質絮凝的雙重作用下，使得部分藻類細胞在混凝之前就能發生凝聚，得到進一步去除。高鐵酸鉀除藻一般與絮凝劑聯用，可以大幅提高除藻效率。
　　1.2無機物的去除
　　高鐵酸鉀利用其強氧化性可以將水中NH3-N、NO3-、H2S、CN-某等無機非金屬化合物氧化生成SO42、NO3-、CO2等無害物質，同時達到脫味除臭的效果。高鐵酸鉀的氧化和絮凝作用可對渾濁水中NH3-N有效地去除，當高鐵酸鉀與NH3-N的量比大于0.25時，高鐵酸鉀對NH3-N去除率達到40%以上。在不同的高鐵酸鉀與NH3-N量比條件下，延長反應時間，均不同程度地增加了NH3-N的去除率。這是由于延長反應時間，高鐵氧化作用時間增加，NH3-N去除率隨著高鐵的繼續氧化分解而逐步提高。同時延長反應時間有利于高鐵氧化絮凝作用的充分發揮，使絮體能夠完全形成，并進一步去除部分氨氮。H2S一般可以用O2、H2O2、ClO-、Cl2和KMnO4氧化去除，但是與上述氧化劑相比，高鐵酸鉀可以更快速有效地氧化去除H2S。使用O2氧化H2S反應慢且只適用于有壓條件，ClO-、Cl2KMnO4能在5min內完成H2S的氧化，而高鐵酸鉀在1s內即可完全氧化H2S。利用高鐵酸鉀去除氰化鋅復合物（K2Zn(CN)4），結果證明高鐵酸鉀可以將CN-完全轉化為毒性較低的OCN-。除此之外，高鐵酸鉀還可以處理高砷飲用水，只要高鐵酸鉀與原水砷的質量比達到15：1以上，處理后的水樣中砷殘留量都可以達到國家飲用水衛生標準（<0.05mg•L-1）的要求，且該方法簡便、產生污泥量少，并由于高鐵酸鉀還原產物可用于后續絮凝除砷而無二次污染。
　　高鐵酸鉀對水體中的金屬離子如Mn2+、Cu2+、Pb2+、Cr3+、Cd2+、Hg2+也有很強的去除能力，僅少量的高鐵酸鉀（10～100mg•L-1）就可以將這些金屬離子降低至較低濃度水平。主要原因是高鐵酸鉀水解產生的中間態高電荷水解產物及最終還原產物Fe(OH)3膠體具有良好的絮凝吸附作用。
　　1.3有機物的去除
　　已有研究證明高鐵酸鉀對某些有機物具有良好的去除能力，如酚類、醇類、苯酚、有機酸、有機氮、氨基酸、脂類含硫化合物、苯及其相關化合物及某些難分解化合物等，還包括新興污染物如內分泌干擾物（EDCs）、藻毒素（MC）、個人護理品（PPCPs）等。
　　高鐵酸鉀去除有機物效能也受到反應pH條件的影響，原因是高鐵酸鉀溶液的穩定性及氧化性均取決于溶液的pH。研究表明：當pH為9～11時，高鐵酸鉀非常穩定，并且在pH=9.2、9.4時，其降解速率常數達到最小值；當pH為8～9時，其穩定性略有所下降；而當pH<7.5時，穩定性明顯下降；其溶液在微酸性（pH為4～5）條件下很快分解，放出氧氣，并分析出具有高度吸附活性的絮狀物Fe(OH)3。這是由于在酸性溶液中，Fe(VI)具有較高的氧化電位（+2.20V），能迅速發生氧化還原反應，在水中Fe(VI)還原成Fe(III)。對高鐵酸鉀Fe(VI)氧化含氮和含硫污染物的反應進行了反應速率、反應計量關系和反應產物的實驗研究。研究結果表明，隨著pH的降低，反應速率增加，pH對反應的影響主要與Fe(VI)質子化有關，因為質子化的Fe(VI)是更強的氧化劑，所以pH較低條件下反應速率快。Fe(VI)質子化形式共有3種，H3FeO4+、H2FeO4和HFeO4-，它們在水溶液中的含量與pH密切相關。

　　2高鐵酸鉀聯用技術在水處理中的應用
　　雖然高鐵酸鉀在去除水中有毒有害、難降解污染物方面有著比較明顯的優勢，但是高鐵酸鉀用作消毒劑還存在一些缺點：Fe(VI)具有很強的選擇性，對不同化合物的氧化速率和效率不同。對于某些難降解有機物，單獨高鐵酸鉀氧化去除率不高。在pH較低情況下，高鐵酸鉀自身降解速率快，氧化作用時間短，對有機物去除不完全。因此，為了彌補這些不足，有必要發展高鐵酸鉀聯用技術，達到相互協同，促進并提高有機物的去除效果。
　　高鐵酸鉀－鋁鹽聯用主要起到強化混凝的作用。利用高鐵酸鉀對多種地表水進行預氧化后加入混凝劑硫酸鋁混凝沉淀，發現高鐵酸鉀預氧化可以強化混凝效果，該過程形成的絮體大小比單獨鋁鹽混凝形成的絮體大，進而提高絮體沉淀性能。對于高有機污染地表水，強化混凝效果更佳。同時，對于低溫低濁水，高鐵預氧化也可以有效地降低其濁度。用高鐵酸鉀進行預氧化，也可有效提高藻類的去除率。單獨投加聚合氯化鋁（PAC）時，去除藻類效果不理想。當投加少量高鐵酸鉀進行預氧化后，再經PAC混凝，對藻類去除率可達97.85%，比單獨PAC混凝除藻去除率提高10%～20%，水中藻類總量下降2個數量級。該過程中高鐵酸鉀發揮其氧化殺藻能力，在一定程度上抑制藻類的萌發和生長的同時，也由于生成Fe(OH)3等絮凝劑增加了藻類的去除。近年來，馬軍等[13,30]研究發明高鐵酸鉀復合藥劑，該高鐵酸鉀復合藥劑是將少量高鐵酸鉀等藥劑與鋁鹽通過一定方式復合而成的，可顯著提高對低溫低濁水的處理效果，具有良好的降低沉后與濾后水濁度與色度、殺菌、除藻等作用，同時一定程度上提高了高鐵酸鉀的穩定性。一直以來，高鐵酸鉀由于其難制備與不穩定的缺陷，未能在水處理中得到廣泛的應用。高鐵酸鉀復合藥劑提高了高鐵酸鉀穩定性，并能夠批量生產，可在不改變現有工藝流程、不增加大的附屬設施的條件下改善處理效果，具有廣闊的研究開發前景。
　　3結論
　　高鐵酸鉀具有強氧化性，可以有效地去除微生物、無機以及有機污染物，在氧化污染物的同時還原生成優良的無機絮凝劑，集氧化與絮凝作用于一體，更好地去除污染物。高鐵酸鉀氧化污染物效果與高鐵酸鉀投加量、pH等影響因素有關。
　　高鐵酸鉀對氧化污染物具有很強選擇性，對不同化合物的氧化速率和效率不同。對于某些難降解有機物，單獨高鐵酸鉀氧化去除率不高，并且高鐵酸鉀自身在pH較低條件下容易分解，影響氧化效率。因此有必要發展高鐵酸鉀聯用技術，取得更好的處理效果。現有的高鐵酸鉀聯用技術主要有高鐵酸鉀－鋁鹽、高鐵酸鉀－臭氧以及高鐵酸鉀－光催化聯用等，高鐵酸鉀聯用技術也是近年來有關高鐵酸鉀研究的熱點與應用方向。