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【摘要】本实验通过一组烧杯试验，考察了ClO2去除Mn2+的影响因素。结果表明：ClO2投加量、pH、初始锰浓度对ClO2除锰都有较大影响;ClO2投加量越高除锰效果越好，当初始Mn2+浓度为1mg/L、ClO2投加量为3mg/L时，出水达到国家饮用水标准<0.1mg/L。
【关键词】二氧化氯;除锰;影响因素
目前我国饮用水卫生标准中规定锰的浓度不应大于0.1mg/L。我国现行的除锰技术有：自然氧化法、接触氧化法、生物法和强氧化剂法。其中自然氧化法和接触氧化法都需要充分曝气，并采用锰砂为过滤材质，增加了处理成本且效果不理想。近年国内外许多学者对生物法进行了大量研究，但目前还没有构建起完善的工程理论设计和规范化的调试运行方法。强氧化剂氧化法除铁锰在发达国家应用十分普遍，ClO2作为一种强氧化剂已广泛应用于饮水处理的预氧化和消毒过程。本文设计了一组烧杯试验研究二氧化氯投加量、pH值、温度和原始锰浓度对二氧化氯除锰效果的影响。
1、试验材料和方法
1.1试验材料
1.1.1二氧化氯的制备
本实验采用亚氯酸钠（NaC1O2）法制取ClO2，所用的酸为一水柠檬酸（C6H8O7·H2O）。反应产生的ClO2由稳定的空气流导入装有蒸馏水的棕色吸收瓶中，副产物氯气（Cl2）等杂质则通过NaClO2饱和溶液去除。此方法制备的ClO2纯度在99%以上，浓度在200mg/L～600mg/L之间，ClO2储备液存放于4℃的冰箱里。
1.1.2含锰水样
配置锰标准贮备液（1mg/L）：称取3.076g一级硫酸锰溶于水中，加入2mL浓硫酸，定容于1000 mL容量瓶中。使用时用蒸馏水稀释至所需浓度，然后根据试验要求用NaOH和HNO3溶液调节pH。
1.2试验方法
首先将配好的含锰和含ClO2水样装在两个烧杯中，烧杯至于水浴装置中以控制温度，用两个定速的蠕动泵来控制流速，ClO2和锰在CD段反应，反应后的水样通入装有硫代硫酸钠（Na3S2O3）溶液的萃取瓶来中终止反应。CD段的长度与流速的比值等于反应时间，流速一定情况下，控制CD管的长度来控制反应时间。实验中两个蠕动泵的流速相等，因此配制含ClO2水样和含锰水样浓度均为试验浓度的两倍。
试验中Mn2+采用原子吸收分光光度法进行检测;ClO2采用连续碘量法滴定。
2、试验结果与讨论
2.1 ClO2投加量
ClO2投加量是ClO2除锰的重要参数。ClO2氧化锰过程分两步，第一步反应中ClO2氧化Mn2+的速度快，第二步亚氯酸根氧化Mn2+的能力比较弱。ClO2氧化锰反应式如式（1）～ （3）：
实验考察在锰初始浓度为1mg/L，温度20℃，pH=7.6时，按照[ClO2]/[Mn2+]=0.5、1、2、3，考察ClO2投加量对出水锰浓度的影响。实验结果为图1：
由图1可知，ClO2氧化锰的反应速度很快，ClO2投加量越大出水锰浓度越低。当ClO2浓度为3mg/L时出水锰浓度降低到0.1mg/L以下，达到国家饮用水标准。以上试验可知ClO2除锰反应主要进行第一步反应，亚氯酸根基本不参加反应。
2.2 pH值
由ClO2除锰的原理可知，pH值对该氧化反应的速度与彻底程度都有重要的影响。在20℃，[ClO2]/[Mn2+]=3，初始锰浓度为1mg/L时，调节原水pH至6.9、7.6和8.3，考察pH值对除锰效果影响。试验结果如图2：
由图2可知，pH对ClO2除锰影响比较大，一定范围内pH越大ClO2氧化锰离子的效果越好。其原因可能是ClO2氧化Mn2+是一个产H+过程，pH越高H+浓度越低，反应向正方向移动。把原水pH值从7.6提高到8.3后，出水达标的速度能加快一倍，因此可推知在出水锰浓度不达标时可适当提高原水pH值。
2.3初始锰浓度
在保证ClO2与初始Mn2+浓度的比例不变的情况下，考察ClO2氧化除锰是否适合其他浓度的含锰水样。当T=20℃、pH=7.6、[ClO2]/[Mn2+]=3时，本实验选取0.5mg/L、1mg/L、2mg/L和4mg/L四種初始锰浓度作为试验对象。试验结果如图3所示：
由图3可知，原水Mn2+浓度在0.5～4mg/L内，随着初始锰浓度提高，锰的去除率增大。产生这一现象的原因可能由于ClO2和Mn2+的浓度都增高，会加快锰氧化反应的速率，使得初期锰氧化产物的累积速率加快，而锰氧化产物又具有吸附性能和自催化作用，从而出现原水锰浓度越高出水锰浓度越低的情况。
结论：
（1）ClO2具有很强氧化性，能迅速将Mn2+迅速氧化成高价不溶性高价锰。氧化剂ClO2投加量是氧化除锰的一个关键因素，ClO2投加量越大，锰离子的去除率越高。在原水锰为1mg/L时，需3mg/L ClO2才能使出水锰浓度小于1mg/L满足我国饮用水标准，说明ClO2氧化锰一般只进行两步反应的第一步。
（2）pH对ClO2除锰的影响比较大，pH在6.9～8.3范围内，pH越高除锰效果越好;温度对ClO2除锰的反应速率有很大的影响，温度越高反应速率越高，去除效果越好，在低温条件下可以通过延长反应时间来保证出水水质。
（3）当[ClO2]/[Mn2+]=3时，初始Mn2+浓度在0.5～4mg/L内，出水锰浓度都能达标。初始锰浓度越高，锰的去除率越高。理论上ClO2除锰适用于高浓度锰时，在低浓度锰原水时需提高[ClO2]/[Mn2+]比值。
作者简介：
刘立山（1988-），男，汉族，湖南益阳，硕士研究生，工程师，主要从事市政给排水工程设计工作。
【关键词】二氧化氯;除锰;影响因素
目前我国饮用水卫生标准中规定锰的浓度不应大于0.1mg/L。我国现行的除锰技术有：自然氧化法、接触氧化法、生物法和强氧化剂法。其中自然氧化法和接触氧化法都需要充分曝气，并采用锰砂为过滤材质，增加了处理成本且效果不理想。近年国内外许多学者对生物法进行了大量研究，但目前还没有构建起完善的工程理论设计和规范化的调试运行方法。强氧化剂氧化法除铁锰在发达国家应用十分普遍，ClO2作为一种强氧化剂已广泛应用于饮水处理的预氧化和消毒过程。本文设计了一组烧杯试验研究二氧化氯投加量、pH值、温度和原始锰浓度对二氧化氯除锰效果的影响。
1、试验材料和方法
1.1试验材料
1.1.1二氧化氯的制备
本实验采用亚氯酸钠（NaC1O2）法制取ClO2，所用的酸为一水柠檬酸（C6H8O7·H2O）。反应产生的ClO2由稳定的空气流导入装有蒸馏水的棕色吸收瓶中，副产物氯气（Cl2）等杂质则通过NaClO2饱和溶液去除。此方法制备的ClO2纯度在99%以上，浓度在200mg/L～600mg/L之间，ClO2储备液存放于4℃的冰箱里。
1.1.2含锰水样
配置锰标准贮备液（1mg/L）：称取3.076g一级硫酸锰溶于水中，加入2mL浓硫酸，定容于1000 mL容量瓶中。使用时用蒸馏水稀释至所需浓度，然后根据试验要求用NaOH和HNO3溶液调节pH。
1.2试验方法
首先将配好的含锰和含ClO2水样装在两个烧杯中，烧杯至于水浴装置中以控制温度，用两个定速的蠕动泵来控制流速，ClO2和锰在CD段反应，反应后的水样通入装有硫代硫酸钠（Na3S2O3）溶液的萃取瓶来中终止反应。CD段的长度与流速的比值等于反应时间，流速一定情况下，控制CD管的长度来控制反应时间。实验中两个蠕动泵的流速相等，因此配制含ClO2水样和含锰水样浓度均为试验浓度的两倍。
试验中Mn2+采用原子吸收分光光度法进行检测;ClO2采用连续碘量法滴定。
2、试验结果与讨论
2.1 ClO2投加量
ClO2投加量是ClO2除锰的重要参数。ClO2氧化锰过程分两步，第一步反应中ClO2氧化Mn2+的速度快，第二步亚氯酸根氧化Mn2+的能力比较弱。ClO2氧化锰反应式如式（1）～ （3）：
实验考察在锰初始浓度为1mg/L，温度20℃，pH=7.6时，按照[ClO2]/[Mn2+]=0.5、1、2、3，考察ClO2投加量对出水锰浓度的影响。实验结果为图1：
由图1可知，ClO2氧化锰的反应速度很快，ClO2投加量越大出水锰浓度越低。当ClO2浓度为3mg/L时出水锰浓度降低到0.1mg/L以下，达到国家饮用水标准。以上试验可知ClO2除锰反应主要进行第一步反应，亚氯酸根基本不参加反应。
2.2 pH值
由ClO2除锰的原理可知，pH值对该氧化反应的速度与彻底程度都有重要的影响。在20℃，[ClO2]/[Mn2+]=3，初始锰浓度为1mg/L时，调节原水pH至6.9、7.6和8.3，考察pH值对除锰效果影响。试验结果如图2：
由图2可知，pH对ClO2除锰影响比较大，一定范围内pH越大ClO2氧化锰离子的效果越好。其原因可能是ClO2氧化Mn2+是一个产H+过程，pH越高H+浓度越低，反应向正方向移动。把原水pH值从7.6提高到8.3后，出水达标的速度能加快一倍，因此可推知在出水锰浓度不达标时可适当提高原水pH值。
2.3初始锰浓度
在保证ClO2与初始Mn2+浓度的比例不变的情况下，考察ClO2氧化除锰是否适合其他浓度的含锰水样。当T=20℃、pH=7.6、[ClO2]/[Mn2+]=3时，本实验选取0.5mg/L、1mg/L、2mg/L和4mg/L四種初始锰浓度作为试验对象。试验结果如图3所示：
由图3可知，原水Mn2+浓度在0.5～4mg/L内，随着初始锰浓度提高，锰的去除率增大。产生这一现象的原因可能由于ClO2和Mn2+的浓度都增高，会加快锰氧化反应的速率，使得初期锰氧化产物的累积速率加快，而锰氧化产物又具有吸附性能和自催化作用，从而出现原水锰浓度越高出水锰浓度越低的情况。
结论：
（1）ClO2具有很强氧化性，能迅速将Mn2+迅速氧化成高价不溶性高价锰。氧化剂ClO2投加量是氧化除锰的一个关键因素，ClO2投加量越大，锰离子的去除率越高。在原水锰为1mg/L时，需3mg/L ClO2才能使出水锰浓度小于1mg/L满足我国饮用水标准，说明ClO2氧化锰一般只进行两步反应的第一步。
（2）pH对ClO2除锰的影响比较大，pH在6.9～8.3范围内，pH越高除锰效果越好;温度对ClO2除锰的反应速率有很大的影响，温度越高反应速率越高，去除效果越好，在低温条件下可以通过延长反应时间来保证出水水质。
（3）当[ClO2]/[Mn2+]=3时，初始Mn2+浓度在0.5～4mg/L内，出水锰浓度都能达标。初始锰浓度越高，锰的去除率越高。理论上ClO2除锰适用于高浓度锰时，在低浓度锰原水时需提高[ClO2]/[Mn2+]比值。
作者简介：
刘立山（1988-），男，汉族，湖南益阳，硕士研究生，工程师，主要从事市政给排水工程设计工作。