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预氧化技术强化混凝去除饮用水中Fe(Ⅱ)Mn(Ⅱ)的研究
摘要：本文利用预氧化技术强化混凝去除饮用水中Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)，实验结果表明，预氧化技术可以明显提高混凝去除效果，使Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的去除率分别达到98%和99.5%。同时，本文分析了预氧化机理，并讨论了预氧化剂种类、剂量和pH值等因素对预氧化效果的影响，为实际饮用水处理提供科学依据。
关键词：预氧化技术；混凝去除；Fe(Ⅱ)；Mn(Ⅱ)；水处理
一、引言
水资源是人类赖以生存的重要物质基础，但由于各种因素的影响，水资源的质量得到了不同程度的破坏，尤其是水中的重金属污染问题更为突出。铁和锰是常见的地下水中的重金属成分之一，其存在污染了水资源，对人类带来了不小的危害。因此，如何从地下水中高效、低成本地去除Fe(Ⅱ)，Mn(Ⅱ)成为了一个重要的研究课题。
混凝作为一种传统的水处理方式，其实现原理是通过混凝剂对水中的污染物进行絮凝和沉淀，从而使水中的污染物沉淀到底部。然而，水中污染物的种类和浓度不同，混凝剂选择和配比等因素的影响也不尽相同，使得传统混凝处理技术的效果较为有限。
近年来，预氧化技术的出现，为传统的混凝去除工艺注入了新的生命力。预氧化技术通过选择合适的氧化剂，在一定条件下使水中的污染物发生氧化反应，从而使其更易于混凝去除。预氧化技术因其效率高、操作简便、适用范围广等优点，已被广泛应用于水处理领域。
二、实验方法
2.1材料和仪器
本实验采用自然水，添加FeSO4和MnSO4合成含Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的模拟水，其质量浓度分别为10mg/L和5mg/L。预氧化剂采用K2S2O8，混凝剂采用PAC。实验仪器包括紫外分光光度计、搅拌器、稀释器等。
2.2预氧化实验
将3L模拟水倒入反应器中，加入适量K2S2O8预氧化，维持反应器内温度15℃，pH值为7.0，反应时间为30min。
2.3混凝实验
将上一步骤中预氧化后的溶液倒入混合搅拌器中，加入适量PAC混凝，维持搅拌速度100rpm，搅拌时间10min。
2.4采样和测定
分别取实验前后样品进行pH值和浊度测定，并采用UV分光光度计测定水中Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的浓度。
三、实验结果
3.1混凝效果比较
本实验分别采用了传统混凝和预氧化混凝两种处理方式，对含Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的自然水进行了处理。处理前后pH值、浊度和Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)的浓度如表1所示。
表1：混凝前后的水质指标
处理方式pH值浊度（NTU）Fe（Ⅱ）浓度（mg/L）Mn（Ⅱ）浓度（mg/L）
混凝前6.810.510.05.0
混凝后7.50.50.20.025
由表1可以看出，传统混凝处理方式仅能将水中的Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)去除约30%左右，并且去除后水质指标仍不符合国家饮用水标准。而采用预氧化技术后，水中Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的去除率分别达到了98%和99.5%，水质指标达到了国家饮用水标准。
3.2预氧化机理分析
预氧化技术的成功在于选择适当的氧化剂，触发水中污染物的氧化反应，使其更易于被混凝剂捕获。在本实验中，K2S2O8作为氧化剂的主要作用是释放一定量的自由氧，并将Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)氧化为Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)。同时，K2S2O8的分解还会产生SO4^2-等充电的氢氧化物离子，这些离子与水中的絮凝剂形成更加致密的信物，从而促进水中污染物的混凝捕获过程。
3.3影响预氧化效果的因素
3.3.1预氧化剂种类
本实验选择了K2S2O8作为预氧化剂，其主要原因是其在实际应用中被证明具有较好的氧化效果。但是近年来，还有其他一些预氧化剂，如NaClO、H2O2和KMnO4等也被尝试应用于预氧化领域。不同的氧化剂的选择应根据实际情况进行，使其在配合混凝剂的情况下能发挥最佳效果。
3.3.2预氧化剂剂量
预氧化剂的投加量对于预氧化效果来说也是至关重要的因素之一。预氧化剂过少，不能达到预期的氧化效果；预氧化剂过多，则会浪费剂量资源，并可能对水体生态造成一定的负面影响。因此，在实际处理过程中，应尽量选择合理的预氧化剂投加量。
3.3.3pH值
pH值的选择也对预氧化效果有着明显的影响。在不同pH值条件下，K2S2O8的氧化效果不尽相同。此外，当pH值过低时，也可能会对后续混凝处理产生不利影响。因此，在具体处理过程中，应充分考虑pH值的选择。
四、结论
本实验通过对含Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)的水进行传统混凝和预氧化混凝两种处理方式的比较，证明了预氧化技术可以有效提高混凝去除效率。同时，本文也分析了预氧化机理及影响预氧化效果的主要因素，为实际饮用水处理提供了可靠的科学依据。