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【摘 要】论述了高铁酸钾本身具有的强氧化性在水处理中的应用前景及反应原理。研究表明，高铁酸钾能够有效地净化水中微生物、无机以及有机污染物，且污染物的净化效果与高铁酸钾投加当量、溶液pH、反应时间等有关。
【关键词】高铁酸钾；氧化性；应用水；净化
随着研究的深入，高铁酸钾的强氧化性在水处理领域得到广泛的重视。FeO4（Fe （VI））以五价的高酸铁根的形式存在于水溶液中，五价高酸铁的氧化性极强。在酸性条件下氧化电位表现为+2.20 V，而碱性条件下还原电位+0.72 V。尤其是在酸性条件下，高铁酸钾的氧化能力很高，同目前水处理过程中使用的消毒剂相比其氧化能力强10倍以上，它能迅速杀灭水中的各种细菌和病毒，而且氧化过程中不生成三氯甲烷、氯酚等危害人体健康的水处理副产物，还原产物 Fe3+或 Fe（OH）3是无害的无机絮凝剂。高铁酸钾的强氧化性时期成为氧化、吸附、助凝、絮凝、除臭、杀菌一体的有效净化水的高效多功处理剂，处理后的水无菌、无色、无嗅、无味。研究表明，为了充分利用高铁酸钾的氧化性在水处理中的作用效果，需要研究高铁酸钾对水处理杂质的类型及作用机理，这对于更好的将高铁酸钾应用于水处理有重要的意义。
1.杀菌作用
高铁酸钾在进入水体后，其氧化性会可破坏细菌细胞壁、细胞膜及细胞结构中的一些酶等物质，进而抑制或阻碍了蛋白质和核酸的合成，从而抑制了菌体的生长和繁殖，实现了杀死菌体的效果。研究表明，采用低浓度的高铁酸钾即能取得良好的杀菌效果，特别是对大肠杆菌、f2 病毒等的灭菌效果非常明显。质量浓度为10-30mg·L-1高铁酸钾溶液通过5 min 反应对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等细菌的杀死率为100%，同时对真菌的杀灭率也在 99.7%以上。
与其它消毒剂相比，少量的高铁酸钾即能实现较高的杀菌效率。对比高铁酸钾和联用硫酸铁（FS）与Cl2的两种消毒法对比杀灭大肠杆菌的效果。反应时间设定为30 min，投量为 4 mg·L-1的FS 和投量为10 mg·L-1的Cl2可将大肠杆菌完全杀灭，而仅需 6 mg·L-1的高铁酸钾投量就可以实现100%的杀菌率。
2.除藻
藻类数量超标会导致水体产生嗅味，出现堵塞滤池、穿透滤层导致水质恶化，另外一些藻类也是某种消毒副产物的前体物质，因此控制与去除藻类具有重要的意义。为了证明高铁酸钾的除藻作用，去某pH=7.5，投加 1.4 mg·L-1高铁酸钾后，藻类数值从 3×107个/L-1下降到 2.1×105个/L-1。高铁酸钾是通过氧化絮凝作用机理去除水中藻类物质，高铁酸钾强氧化性会导致藻类细胞的断裂，破坏藻类细胞外部鞘套，引起细胞物质由内向外围介质释放，破坏了藻类的正常段殖体繁殖过程，达到灭藻的效果。高铁酸钾溶于水会分解成氢氧化铁，这些负价离子吸附于藻类细胞表面，降低了细胞表面的电荷量，增加了藻类细胞质沉淀性。在氢氧化铁吸附和外流胞内絮凝物质双重抑制下，藻类细胞在混凝前就发生凝聚，实现进一步除藻的作用。特别是高铁酸钾与絮凝剂联用时，可以明显提高除藻效率。
3.除无机物
利用高铁酸钾的强氧化性可将水中 NH3-N、NO3-、H2S、CN-等非金属化合物氧化成 SO42-、NO3-、CO2等无害的物质。高铁酸钾的氧化和絮凝作用可对浑浊水中 NH3-N有效地去除，如果高铁酸钾和NH3-N的当量比大于 0.20时，高铁酸钾对NH3-N去除率能够达到 40%以上。不同高铁酸钾与NH3-N当量比情况下，如果延长反应时间，则会不同程度地提高NH3-N的去除率。原因是反应延长时间，增加了高铁的氧化作用时间，氧化分解物逐步增加了NH3-N的去除率。另外反应时间的延长利于高铁氧化絮凝的充分发挥，更加利于形成完全的絮体，促进了进一步去除NH3-N。H2S通常应用O2、ClO-、H2O2、Cl2及KMnO4等氧化去除，高鐵酸钾与上述氧化剂相比可以更高效地氧化H2S。O2氧化H2S 时，只有压条件才能缓慢反应慢，虽然ClO-、Cl2和KMnO4能够在常态下能够与H2S进行反应，但反应时间通常在5min左右，高铁酸钾却能够在1s 内能够完全氧化H2S 。高铁酸钾更出色的作用还在于能够处理高砷水，使用质量比为15：1以上的高铁酸钾与原水砷溶液，混合后的水样中砷残留量完全能够达到国家水卫生标准（<0.05 mg·L-1）净化方法简便、污泥量产生少，无二次污染。高铁酸钾还可以对水体中的金属离子如 Mn2+、Cu2+、Pb2+、Cr3+、Cd2+、Hg2+等具有较强的去除能力，通过生成的Fe（OH）3原产物胶絮凝吸附金属离子，达到需要的去除效果。
4.去除有机物
不同区域的水中含有不同种类和数量的有机物，如醇类、酚类、有机酸、苯酚、有机氮、脂类含硫化合物、氨基酸、苯及相关化合物等，还包括现代污染物及其附属产物，如内分泌干扰物（EDCs）、个人护理品（PPCPs）、藻毒素（MC）等。采用实验pH=8-12 的范围内，不同量比（1：1～1：5）环境下进行。实验结果表明，高铁酸钾上述的有机物和现代污染物具有非常明显的去除效果。高铁酸钾与有机物的摩尔比例会直接影响去除效果，高铁酸钾比重量越大，去除效果越好，当高铁盐与BPA 的当量比为5：1 时，BPA 在5min内即可完全降解。
5.结论
高铁酸钾的强氧化性特性决定其能够有效地去除微生物、无机以及有机污染物，在净化污染物的伴生还原生性无机絮凝剂，能够同时具备氧化与絮凝作用，高效的去除污染物。试验结果表明，高铁酸钾净化污染物效果与高铁酸钾使用当量、作用pH 等因素有关。高铁酸钾对氧化净化污染物的选择性较强，高铁酸钾单独的氧化去除率不高，且在 pH 较低条件下高铁酸钾容易分解，导致氧化效率降低。因此，研究高铁酸钾联用技术，实现更好的处理效果是以后的研究方向。
参考文献：
[1] Wood R H.The heat，free energy and entropy of the ferrate（VI）ion[J].J Am Chem Soc.，1958，80：2038-2040.
[2] JiangJ Q， Lloyd B. Progress in the development and use of ferrate （VI） salt as an oxidant and coagulant for water and wastewatet treatment[J]Water Research，2002，36：1397-1408.
[3] Sharma V K.Potassium ferrate （VI）：an environmentally friendly oxidant [J]. Advances in Environmental Research，2002，6 （2）：143-156.
[4] Deluca S J ，Cantelli M ，Deluca M A.Ferrate vs tranditional coagulants in the treatment of combined industrial-wastes[J].Wat Sci Technol.，1992，26：2077-2080.
[5]柳建， 黄靖博. 高铁酸盐在水处理中的作用与应用效果浅析[J].江西能源，2007，4：34-35.1-310.
[6] Yuan B L， Li X Z， Graham N. Aqueous oxidation of dimethyl phthalate in a Fe （VI）-TiO 2 -UV reaction system[J].Water Research，2008，42（6-7）：1413-1420.
[7]王凯娟， 代丽萍， 郗园林， 等. 高铁酸钾消毒作用实验观察[J].中国公共卫生，2003，19（9）：1084-1085.
【关键词】高铁酸钾；氧化性；应用水；净化
随着研究的深入，高铁酸钾的强氧化性在水处理领域得到广泛的重视。FeO4（Fe （VI））以五价的高酸铁根的形式存在于水溶液中，五价高酸铁的氧化性极强。在酸性条件下氧化电位表现为+2.20 V，而碱性条件下还原电位+0.72 V。尤其是在酸性条件下，高铁酸钾的氧化能力很高，同目前水处理过程中使用的消毒剂相比其氧化能力强10倍以上，它能迅速杀灭水中的各种细菌和病毒，而且氧化过程中不生成三氯甲烷、氯酚等危害人体健康的水处理副产物，还原产物 Fe3+或 Fe（OH）3是无害的无机絮凝剂。高铁酸钾的强氧化性时期成为氧化、吸附、助凝、絮凝、除臭、杀菌一体的有效净化水的高效多功处理剂，处理后的水无菌、无色、无嗅、无味。研究表明，为了充分利用高铁酸钾的氧化性在水处理中的作用效果，需要研究高铁酸钾对水处理杂质的类型及作用机理，这对于更好的将高铁酸钾应用于水处理有重要的意义。
1.杀菌作用
高铁酸钾在进入水体后，其氧化性会可破坏细菌细胞壁、细胞膜及细胞结构中的一些酶等物质，进而抑制或阻碍了蛋白质和核酸的合成，从而抑制了菌体的生长和繁殖，实现了杀死菌体的效果。研究表明，采用低浓度的高铁酸钾即能取得良好的杀菌效果，特别是对大肠杆菌、f2 病毒等的灭菌效果非常明显。质量浓度为10-30mg·L-1高铁酸钾溶液通过5 min 反应对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等细菌的杀死率为100%，同时对真菌的杀灭率也在 99.7%以上。
与其它消毒剂相比，少量的高铁酸钾即能实现较高的杀菌效率。对比高铁酸钾和联用硫酸铁（FS）与Cl2的两种消毒法对比杀灭大肠杆菌的效果。反应时间设定为30 min，投量为 4 mg·L-1的FS 和投量为10 mg·L-1的Cl2可将大肠杆菌完全杀灭，而仅需 6 mg·L-1的高铁酸钾投量就可以实现100%的杀菌率。
2.除藻
藻类数量超标会导致水体产生嗅味，出现堵塞滤池、穿透滤层导致水质恶化，另外一些藻类也是某种消毒副产物的前体物质，因此控制与去除藻类具有重要的意义。为了证明高铁酸钾的除藻作用，去某pH=7.5，投加 1.4 mg·L-1高铁酸钾后，藻类数值从 3×107个/L-1下降到 2.1×105个/L-1。高铁酸钾是通过氧化絮凝作用机理去除水中藻类物质，高铁酸钾强氧化性会导致藻类细胞的断裂，破坏藻类细胞外部鞘套，引起细胞物质由内向外围介质释放，破坏了藻类的正常段殖体繁殖过程，达到灭藻的效果。高铁酸钾溶于水会分解成氢氧化铁，这些负价离子吸附于藻类细胞表面，降低了细胞表面的电荷量，增加了藻类细胞质沉淀性。在氢氧化铁吸附和外流胞内絮凝物质双重抑制下，藻类细胞在混凝前就发生凝聚，实现进一步除藻的作用。特别是高铁酸钾与絮凝剂联用时，可以明显提高除藻效率。
3.除无机物
利用高铁酸钾的强氧化性可将水中 NH3-N、NO3-、H2S、CN-等非金属化合物氧化成 SO42-、NO3-、CO2等无害的物质。高铁酸钾的氧化和絮凝作用可对浑浊水中 NH3-N有效地去除，如果高铁酸钾和NH3-N的当量比大于 0.20时，高铁酸钾对NH3-N去除率能够达到 40%以上。不同高铁酸钾与NH3-N当量比情况下，如果延长反应时间，则会不同程度地提高NH3-N的去除率。原因是反应延长时间，增加了高铁的氧化作用时间，氧化分解物逐步增加了NH3-N的去除率。另外反应时间的延长利于高铁氧化絮凝的充分发挥，更加利于形成完全的絮体，促进了进一步去除NH3-N。H2S通常应用O2、ClO-、H2O2、Cl2及KMnO4等氧化去除，高鐵酸钾与上述氧化剂相比可以更高效地氧化H2S。O2氧化H2S 时，只有压条件才能缓慢反应慢，虽然ClO-、Cl2和KMnO4能够在常态下能够与H2S进行反应，但反应时间通常在5min左右，高铁酸钾却能够在1s 内能够完全氧化H2S 。高铁酸钾更出色的作用还在于能够处理高砷水，使用质量比为15：1以上的高铁酸钾与原水砷溶液，混合后的水样中砷残留量完全能够达到国家水卫生标准（<0.05 mg·L-1）净化方法简便、污泥量产生少，无二次污染。高铁酸钾还可以对水体中的金属离子如 Mn2+、Cu2+、Pb2+、Cr3+、Cd2+、Hg2+等具有较强的去除能力，通过生成的Fe（OH）3原产物胶絮凝吸附金属离子，达到需要的去除效果。
4.去除有机物
不同区域的水中含有不同种类和数量的有机物，如醇类、酚类、有机酸、苯酚、有机氮、脂类含硫化合物、氨基酸、苯及相关化合物等，还包括现代污染物及其附属产物，如内分泌干扰物（EDCs）、个人护理品（PPCPs）、藻毒素（MC）等。采用实验pH=8-12 的范围内，不同量比（1：1～1：5）环境下进行。实验结果表明，高铁酸钾上述的有机物和现代污染物具有非常明显的去除效果。高铁酸钾与有机物的摩尔比例会直接影响去除效果，高铁酸钾比重量越大，去除效果越好，当高铁盐与BPA 的当量比为5：1 时，BPA 在5min内即可完全降解。
5.结论
高铁酸钾的强氧化性特性决定其能够有效地去除微生物、无机以及有机污染物，在净化污染物的伴生还原生性无机絮凝剂，能够同时具备氧化与絮凝作用，高效的去除污染物。试验结果表明，高铁酸钾净化污染物效果与高铁酸钾使用当量、作用pH 等因素有关。高铁酸钾对氧化净化污染物的选择性较强，高铁酸钾单独的氧化去除率不高，且在 pH 较低条件下高铁酸钾容易分解，导致氧化效率降低。因此，研究高铁酸钾联用技术，实现更好的处理效果是以后的研究方向。
参考文献：
[1] Wood R H.The heat，free energy and entropy of the ferrate（VI）ion[J].J Am Chem Soc.，1958，80：2038-2040.
[2] JiangJ Q， Lloyd B. Progress in the development and use of ferrate （VI） salt as an oxidant and coagulant for water and wastewatet treatment[J]Water Research，2002，36：1397-1408.
[3] Sharma V K.Potassium ferrate （VI）：an environmentally friendly oxidant [J]. Advances in Environmental Research，2002，6 （2）：143-156.
[4] Deluca S J ，Cantelli M ，Deluca M A.Ferrate vs tranditional coagulants in the treatment of combined industrial-wastes[J].Wat Sci Technol.，1992，26：2077-2080.
[5]柳建， 黄靖博. 高铁酸盐在水处理中的作用与应用效果浅析[J].江西能源，2007，4：34-35.1-310.
[6] Yuan B L， Li X Z， Graham N. Aqueous oxidation of dimethyl phthalate in a Fe （VI）-TiO 2 -UV reaction system[J].Water Research，2008，42（6-7）：1413-1420.
[7]王凯娟， 代丽萍， 郗园林， 等. 高铁酸钾消毒作用实验观察[J].中国公共卫生，2003，19（9）：1084-1085.