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1.1天然錳砂接觸氧化除鐵工藝的開發(fā)

我國建國初期，開始進行經(jīng)濟建設，特別是在東北地區(qū)，遇到作為水源的地下水中鐵.錳含量超標問題，為進行地水除鐵除錳，引進了國外的自然氧化除鐵工藝，該工藝流程長，設備龐大，投資很大。由國外文獻可知，制作人造錳砂可對水中溶解氧氧化二價鐵起催化作用，但當時國內(nèi)藥劑昂貴，不適宜采用。聯(lián)想到可否使用國內(nèi)的天然錳礦砂。我與于維元合作，經(jīng)對國內(nèi)錳砂調(diào)研采樣，并做模型試驗發(fā)現(xiàn)天然錳砂有很強的催化氧化除鐵作用，且很便宜，從而開發(fā)出天然錳砂除鐵工藝，該工藝只需將含鐵地下水曝氣，再經(jīng)天然錳砂濾池過濾，即可除鐵，由于在工藝中引進了催化技術，所以大大簡化了流程，降低了建設費，從而在國內(nèi)獲快速推廣應用。

1.2鐵質(zhì)活性濾膜催化作用的發(fā)現(xiàn)

過去認為天然錳砂中的二氧化錳是催化劑，但在我與劉燦生等合作進行的實驗及生產(chǎn)應用中發(fā)現(xiàn)許多反�，F(xiàn)象。例如錳砂的表面覆蓋了一些三價鐵泥，呈黃色，由于錳砂表面的二氧化錳被覆蓋，其催化活性認為應減弱，但實驗結(jié)果恰恰相反，舊錳砂的催化活性反而比新錳砂更強。

又例如，當錳砂除鐵濾池被鐵質(zhì)堵塞后對濾層進行反沖洗，我們按照二氧化錳是催化劑的理論，對濾層進行沖洗，以為沖洗的盡量干凈除鐵效果會更好，但事實恰恰相反。圖1為以30L/S.㎡的強度對錳砂濾層進行反沖洗，當反沖時間為5-8分鐘時（曲線1），沖洗后濾柱出水鐵濃度經(jīng)10-15分鐘即降至0.3 mg/L以下，當反沖洗時間為20分鐘（曲線2）和40分鐘（曲線3），濾柱出水水質(zhì)便大大惡化。

圖1 反沖洗時間過長對錳砂除鐵能力的影響

濾料粒徑0.6～2.0mm，濾層厚度0.8m，地下水含鐵量3.4mg/L，濾速30m/h

1-反沖洗時間5～8min；2-反沖洗時間20min；3-反沖洗時間40min

綜上反�，F(xiàn)象，表明該工藝中的催化物質(zhì)不是二氧化錳，而是覆蓋于錳砂表面的鐵質(zhì)薄膜，可稱為“鐵質(zhì)活性濾膜”。鐵質(zhì)活性濾膜可在除鐵過程中在天然錳砂表面自然生成，是一個自催化過程。

將天然錳砂用于高含鐵量地下水的處理時，常在濾層表面生成由錳砂為核心，外面包裹厚厚鐵泥的鐵質(zhì)泥球，鐵質(zhì)泥球具有優(yōu)異的催化活性和除鐵作用，更證實該工藝的催化物質(zhì)確實不是錳砂中的二氧化錳，而是鐵質(zhì)活性濾膜。

1.3人造銹砂的制作

鐵質(zhì)活性濾膜的發(fā)現(xiàn)表明天然錳砂只是活性濾膜的載體，從而聯(lián)想到可用石英砂等更廉價的濾材來代替錳砂。試驗表明在5-20mg/L含鐵量的地下水中，用石英砂替代錳砂，只經(jīng)7-10d砂表面上就能自然生成鐵質(zhì)活性濾膜，即可獲得優(yōu)質(zhì)的除鐵水。但是對于低含鐵量的地下水，鐵質(zhì)活性濾膜生成的時間較長，有的可長達20-30d，在活性濾膜生成之前，濾池出水含鐵量是不達標的。為縮短出水不達標的時間，我提出了人工制作具有催化除鐵作用的石英砂濾料（人造銹砂），即在工廠中用曝氣后高濃度的含鐵水經(jīng)砂層過濾，加速活性濾膜在石英砂表面的生成，再將這種人工制作的濾料用于低含鐵量的除鐵水廠，預計會很快獲得除鐵水。

1976年我和彭永臻等在一水廠開始進行試驗，開始十多天都未獲成功，有一天發(fā)現(xiàn)一支濾管獲得成功，原來是值班人員夜間一時睡著，濾上水位降至濾層界面以下，使?jié)夂�鐵水直接跌入濾層，二價鐵在砂表面上被溶解氧氧化，大大加速了活性濾膜的生成而獲成功。

1.4鐵質(zhì)活性濾膜的催化活性以及化學結(jié)構(gòu)

我和劉燦生等合作用長期除鐵的濾料做實驗，結(jié)果如圖2，曲線1為濾柱連續(xù)運行的濾料，其除鐵效果良好；曲線2為濾柱停運4d后濾料的除鐵效果，可見濾料除鐵效果開始已大大降低，以后才逐漸恢復；曲線3為濾柱停運12d后濾料的除鐵效果，可見濾料除鐵效能開始降低的程度更大，恢復的速度也更慢。這表明濾料表面的鐵質(zhì)濾膜會隨時間逐漸老化而喪失。

圖2 濾料成熟過程

其催化活性。所以，鐵質(zhì)濾膜的催化作用只有在連續(xù)的除鐵過程中才能實現(xiàn)，即濾料表面原來的鐵質(zhì)活性濾膜上不斷覆蓋上新的濾膜，這才能使濾膜始終保持新鮮而具有很高的催化活性。對新鮮濾膜的化學組成進行了測量，測出三價鐵占70-90%，二價鐵占2-30%，此外還含有Si、Ca、Mg、Mn等。用差熱分析和熱天枰分析對新鮮活性濾膜進行分析，如圖3a和圖4a所示，認為其化學組成可能是[m Fe(OH)₃+(1-m)Fe(OH₂)]·2H₂O,式中m為三價鐵所占比例�？梢哉J為活性濾膜為具有特殊化學結(jié)構(gòu)的鐵質(zhì)化合物。

圖3 (a) 新鮮濾膜的差熱曲線; (b) 新鮮濾膜的熱失重曲線

國內(nèi)外都有人認為接觸氧化除鐵是鐵細菌的作用。鐵細菌廣泛存在于自然界中，其生物酶能對二價鐵氧化起催化作用。我與劉燦生等合作，曾對除鐵濾層進行殺菌，發(fā)現(xiàn)濾池除鐵功能并未降低，表明鐵質(zhì)活性濾膜接觸氧化除鐵在多數(shù)天然水條件下（pH=6.0-8.0）主要是化學催化氧化，鐵細菌的生物作用雖然存在，但不是主要的。

2.1錳質(zhì)活性濾膜催化作用的發(fā)現(xiàn)

錳的氧化還原電位比較高，二價錳在天然水pH條件下（pH6-7.5）無法被水中溶解氧迅速氧化，而在建國初期用強氧化劑氧化錳則十分昂貴，而不適用。1958年，在哈爾濱市平房區(qū)按照自然氧化工藝（曝氣—反應沉淀—砂過濾）建成一個除鐵除錳水廠，建成后除鐵效果良好，而除錳效果不佳。一年后，我與范懋功、劉育超等合作，再次對水廠出水進行測量，發(fā)現(xiàn)除錳效果極佳，進一步發(fā)現(xiàn)該水廠濾池中的石英砂變黑，砂表面覆蓋了一層錳質(zhì)薄膜，對溶解氧氧化水中二價錳有催化作用。錳膜主要含有錳，次外還含有鐵、硅、鈣、鎂等元素。這層錳膜可稱為“錳質(zhì)活性濾膜”，從而提出了錳質(zhì)活性濾膜接觸氧化除錳工藝。

上述現(xiàn)象在我們實驗過程中得到再現(xiàn)，但錳質(zhì)活性濾膜的自然生成十分緩慢，一般條件下需經(jīng)數(shù)月時間。生成錳質(zhì)活性濾膜，并使出水錳濃度降至0.1mg/L以下的濾料，稱為成熟的除錳濾料。濾料在成熟以前出水錳濃度達不到用水要求。如將水放掉會造成很大經(jīng)濟損失。

我與楊海洋等合作，用EDS法對成熟濾料表面的錳質(zhì)活性濾膜進行分析，如圖4，可知對于該原水水質(zhì)，膜中Mn占45.44%，其次還有Fe、Ca、Si、Al、O、C等元素。圖5為Raman圖譜：錳質(zhì)活性濾膜錳氧化物定相Birnessibe-MnOx。圖6為XRD圖譜：錳質(zhì)活性濾膜MnOx晶型結(jié)構(gòu)。圖7為XRS圖譜全掃：錳質(zhì)活性濾膜元素。圖8為XPS圖譜細掃：錳質(zhì)活性濾膜Mn元素分峰。圖9為XPS圖譜細掃：錳質(zhì)活性濾膜O元素分峰。

以上分析表明，錳質(zhì)活性濾膜是一種具有催化作用的特殊構(gòu)造的錳化合物。

圖4 EDS分析：成熟濾料表面元素成分分析

圖5 Raman圖譜：成熟濾料表面錳質(zhì)濾膜錳氧化物定相Birnessite-MnOx

圖6 XRD圖譜：成熟濾料表面錳質(zhì)濾膜MnOx晶型結(jié)構(gòu)

圖7 XPS圖譜全掃：成熟濾料表面錳質(zhì)濾膜元素

圖8 XPS圖譜細掃：成熟濾料表面錳質(zhì)濾膜Mn元素分峰

圖9 XPS圖譜細掃：成熟濾料表面錳質(zhì)濾膜O元素分峰

錳質(zhì)活性濾膜接觸氧化除錳，只需將曝氣含錳水通入成熱的除錳濾層即可除錳，它利用溶解氧作為氧化劑，不投加化學藥劑，簡便易行，比較藥劑氧化除錳經(jīng)濟高效。但石英砂濾料成熱期過長，是有待解決的難題。

2.2天然錳砂除錳工藝的開發(fā)

上世紀七十年代，我和劉超等合作，在天然錳砂除鐵的啟發(fā)下，進行了將天然錳砂用于除錳的實驗，發(fā)現(xiàn)效果極佳。圖10為用天然錳砂和石英砂等進行的除錳實驗。實驗原水為超高濃度含鐵含錳地下水，原水錳濃度為6-8mg/L，鐵濃度約為14mg/L。由于錳和鐵濃度都很高，所以實驗采用兩級過濾工藝，第一級過濾除鐵，第二級過濾除錳。第二級濾柱中分別裝有天然錳砂、石英砂等濾料；以7.5m/h濾速過濾含錳水，圖10即為濾柱出水錳濃度的變化情況。優(yōu)質(zhì)天然錳砂（如樂平錳砂和馬山錳砂）對水中二價錳有很強的吸附能力，在該水質(zhì)條件下能將出水錳濃度降至0.1mg/L以下，并延續(xù)很長時間。在吸附除錳同時，錳砂表面開始生成錳質(zhì)活性濾膜，即開始具有接觸氧化除錳能力，這時除錳以吸附為主，當吸附開始衰減并趨于飽和時，出水錳濃度開始升高。當濾層的錳質(zhì)活性濾膜接觸氧化除錳能力逐漸增強并超過吸附衰減速度時，出水錳濃度又開始下降，使出水錳濃度過程線出現(xiàn)一個峯值。最后，出水錳濃度降至0.1mg/L以下，表示錳砂濾層已經(jīng)成熟。由圖10可見，樂平錳砂的成熟期為36d，馬山錳砂為51d。石英砂和錦西錳砂。

圖10 鐵質(zhì)活性濾膜老化實驗曲線

地下水含鐵量16～18mg/L;溶解氧濃度7～8mg/L;pH=6.0; 水溫6℃；濾速10m/h

2.3天然錳砂除錳的機理

2.4水中二價鐵對錳質(zhì)活性濾膜催化活性的影響

圖11 不同濾柱出水效果變化圖

試驗同時還檢測了濾柱內(nèi)的鐵細菌數(shù)。用無氧含鐵水浸泡和在130d的運行過程中，濾柱出水錳濃度因受二價鐵影響而發(fā)生大幅波動，但鐵細菌數(shù)則不受影響且變化不大，表明錳質(zhì)濾膜的催化活性與鐵細菌數(shù)相關性不大，再次表明錳質(zhì)活性濾膜主要是化學催化氧化除錳，而生物作用雖然存在但不是主要的。

3.1首提高錳酸鉀用于飲用水除微量有機污染物

二十世紀七十年代，發(fā)現(xiàn)了對飲用水進行氯消毒能產(chǎn)生對人體有危害的氯化消毒副產(chǎn)物---三氯甲烷等，進而又發(fā)現(xiàn)大量對人體有害的人工合成的微量有機污染物。這是人類面對的重大飲用水化學安全性問題。國外研究發(fā)現(xiàn)臭氧/活性炭聯(lián)用，并與常規(guī)工藝結(jié)合，去除水中微量有機污染物并控制氯化消毒副產(chǎn)物的生成效果較好，從而成為一種通用工藝得到推廣。當時我國剛進入改革開放時期，雖然也出現(xiàn)了比較嚴重的水環(huán)境污染，但社會經(jīng)濟尚不發(fā)達，一時難于推廣。我當時想，是否可以找到一種比較經(jīng)濟有效的飲用水除微量有機污染物技術。在我前期除鐵除錳的研究中，曾將高錳酸鉀用于氧化去除水中的鐵和錳，在國外也有用于飲用水除臭除味的。臭和味就是由水中某些微量有機物引起的，那么高錳酸鉀能除臭除味，也應對水中微量有機污染物有去除作用。二十世紀八十年代，我和我的研究生合作將高錳酸鉀用于飲用水凈化，發(fā)現(xiàn)對水中微量有機物以及微量重金屬有很好的去除效果。該技術只需向水中投加少量（1mg/L左右）高猛酸鉀，就能獲得滿意的效果，經(jīng)濟有效，簡便易行，從而在國內(nèi)水廠得到比較廣泛的推廣應用。

3.2高錳酸鉀除微量有機物新機理的發(fā)現(xiàn)

1988年，我和曲久輝等合作，用沈陽一口受污染的井水做試驗。曲久輝是我最早進行高錳酸鉀除微量有機物試驗研究的研究生。該井水除了含有大量微量有機污染物外，還含有較高濃度的二價錳�？紤]到二價錳會消耗高錳酸鉀，影響除微污染效果，所以試驗安排了一組對比試驗，一個試驗是先對原水除錳，再用除錳水進行除微量有機污染物試驗；另一個是直接用原水進行除微量有機物試驗，以觀察原水中二價錳對除污染效果的影響程度。但試驗結(jié)果與預想的恰恰相反。在含錳原水中投加高錳酸鉀除污染的效果比除錳水要好，并且通過色/質(zhì)聯(lián)機分析，發(fā)現(xiàn)高錳酸鉀不僅能通過氧化去除一部分微量有機物，并且還能去除那些不能氧化的微量有機物。不能被高錳酸鉀氧化的微量有機物也能被去除，應是高錳酸鉀氧化時生成的MnO₂對微量有機污染物的吸附作用。高錳酸鉀反應生成的MnO₂對微量有機物有吸附去除作用。這就很好的解釋了向含錳水中投加高錳酸鉀，能生成更多的MnO_2，使其除微量有機物的效果得到提高。所以高錳酸鉀除微量有機污染物，除了氧化作用以外，還有吸附去除作用。

這個機理在后續(xù)的試驗研究中進一步被證實。例如，1989年，我和馬軍等合作，冬季由松花江哈爾濱段下游取水樣，原水COD_Mn9-11mg/L，濁度-30NTU，pH=7.2-7.3，水溫～0°C。原水水樣取出后，經(jīng)自然沉淀，投加4mg/L高錳酸鉀，水溫控制為10°C，攪拌反應2小時后，用硫酸亞鐵還原剩余的高錳酸鉀，加入5mg/L硫酸鋁，攪拌過濾后，用GC/MS儀對水中微量有機物種類及含量進行測量，如圖12和圖13，通過檢索對原水中100種有機物進行鑒定。

圖12 GC/MS對松花江原水中微量有機物進行測定

圖13 GC/MS對投加高錳酸鉀和硫酸鋁混凝后水中微量有機物進行測定

表1 高錳酸鉀去除水中微量有機物的效果

3.3高錳酸鉀除污染的氧化副產(chǎn)物研究

雖然高錳酸鉀已在國內(nèi)外得到比較廣泛的應用，但是關于高錳酸鉀能否生成對人體有毒害作用氧化副產(chǎn)物的研究，在國內(nèi)外尚鮮有報導。我和叢麗等對其做了一些研究。

北京試驗原水取自京密引水渠黑山扈段，原水濁度為3.0NTU，pH值為8.08，DOC為2.66mg/L。向原水中同時加入3.0mg/L 的 FeCl3•6H2O 和1.0mg/L的 KMnO4,處理后采用GC/MSD對水樣中的有機物進行分析和鑒定。

松花江試驗原水有3個來源，1^#原水和2^#原水取自松花江位于哈爾濱上游江段。取水樣時間都在冬季冰封期和枯水期，兩水樣相隔數(shù)十日，1^#原水的濁度為10NTU，TOC為8.5mg/L,pH值為7.2-7.3，水溫接近0°C;2#原水的濁度為12NTU，TOC為9.4mg/L，pH值為7.2-7.3，水溫接近0°C。原水水樣經(jīng)實驗室模擬常規(guī)工藝處理，并同時投加硫酸鋁50mg/L和高錳酸鉀1mg/L，3^#原水取自松花江哈爾濱市下游的江段，與1^#原水和2^#原水不在同一年份。原水濁度約為20NTU,CODMn平均為10mg/L, pH值為7.2-7.3,水溫接近0°C。原水水樣也經(jīng)常規(guī)處理工藝處理，并投加硫酸鋁5mg/L和高錳酸鉀4mg/L。

對于京密引水渠水，用GC/MSD分析得到的原水和處理后水中有機物的質(zhì)譜圖�？芍�, 原水共檢出有機物125種，總出峰面積32128231；經(jīng)三氯化鐵和高錳酸鉀處理后水樣中有機物種類為75種，總出峰面積17034439。使原水中的有機物種類減少40%,濃度減少47%。經(jīng)過對照，原水中發(fā)現(xiàn) USEPA規(guī)程中的有機物2種，經(jīng)高錳酸鉀處理后，這兩種有機物全部消失。出水與原水對照，共新生成有機物18種，見表2，經(jīng)過對照沒有發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生USEPA規(guī)程中列出的有毒有害有機物。

表2 北京京密引水渠水新生成的產(chǎn)物

對于松花江1^#原水，共檢出微量有機物172種。經(jīng)過對照，原水中發(fā)現(xiàn)有10種微量有機物屬于 USEPA規(guī)程所列的有毒害有機物，經(jīng)高錳酸鉀處理后，原水中的有機 物種類減少48%,有機物濃度總量減少77%；其中屬于USEPA規(guī)程所列的有機物被完全去除的有4 種，被部分去除的有6種，濃度總量去除率達79%。在經(jīng)過處理后，新生成了 6種有機物，見表3，經(jīng)過對照發(fā)現(xiàn)，新生成的有機物都不屬USEPA規(guī)程中的有機物。

作為對照,進行了1^#原水只經(jīng)常規(guī)處理（不加高錳酸鉀）的除有機物試驗。試驗結(jié)果表明，1^#原水 只經(jīng)硫酸鋁（投加量50mg/L）混凝（混合一反應沉淀一過濾），水中微量有機物種類的去除率只有7.6%, 微量有機物濃度總量的去除率只有13.3%,效果比高錳酸鉀處理要差得多。

表3 松花江水新生成的副產(chǎn)物

松花江2^#原水中共檢出微量有機物187種，發(fā)現(xiàn)有13種屬于USEPA規(guī)程所列有毒害有機物，高錳酸鉀處理可使原水中有機物種類減少47.06%,有機物濃度總量減 少43.2%；其中屬USEPA規(guī)程所列有機物被完全去除的有10種，被部分去除的有3種，濃度總量去除 率達80.7%。在處理過程中新生成有機物9種，見表3，經(jīng)過對照發(fā)現(xiàn)都不屬USEPA規(guī)程中的有毒有害有機物。

松花江3^#原水中共檢出微量有機物100種，發(fā)現(xiàn)有5種屬于USEPA規(guī)程所列有毒害有機物，高錳酸鉀處理使原水中有機物種類減少53%,有機物濃度總量減少90%,其中屬USEPA規(guī)程所列有機物被完全去除的有4種，被部分去除的有1種，濃度總量去除率達99%。在處理過程中新生成有機物13種，見表3，將新生成的有機物與USEPA規(guī)程中所列有機物對照，發(fā)現(xiàn)都不屬該規(guī)程中的有毒害有機物。

綜上所述，高錳酸鉀在試驗原水和試驗條件下沒有觀察到生成對人體有毒害作用的氧化副產(chǎn)物，所以，高錳酸鉀與其他常用的氧化劑相比，是一種更為安全的氧化劑。

3.4發(fā)現(xiàn)高錳酸鉀的助凝作用

從二十世紀八十年代到現(xiàn)在的三十多年里，將高錳酸鉀用于飲用水凈化的實驗研究，還發(fā)現(xiàn)了高錳酸鉀的許多新的功能。

1990年，我和馬軍等合作，首先將高錳酸鉀用于大慶受重污染湖水為水源的工業(yè)水廠的水處理。該水廠原水因受生活污水和工業(yè)廢水的嚴重污染，混凝效果很差，水廠向水中投加了十多mg/L的氯進行助凝，不僅效果不顯著，并且設備腐蝕嚴重。我們以小劑量的高錳酸鉀替代氯，結(jié)果效果極佳，從而發(fā)現(xiàn)高錳酸鉀具有很強的助凝效果。這是高錳酸鉀用于水廠生產(chǎn)的第一個工程實例。

下面的實驗也證實了高錳酸鉀的助凝作用。實驗原水濁度220NTU，水溫10°C，pH=6.5。單獨投加聚合氯化鋁5mg/L，經(jīng)混凝沉淀后，水的濁度降至22NTU；投加聚合氯化鋁5mg/L及高錳酸鉀0.5mg/L，混凝沉淀后水的濁度降至14.1NTU，降幅達到35.6%；投加聚合氯化鋁5mg/L及高錳酸鹽復合劑0.5mg/L，混凝過濾后水的濁度降至12.1NTU，降幅達45%。試驗結(jié)果如圖14所示。

圖14 投藥量相同情況下氯與高錳酸鉀聯(lián)用與單獨氯降低總大腸菌群指標效果比較

2000年起，我和劉銳平合作，將高錳酸鉀廣泛用于從我國東北到西南的許多水廠的水處理，都取得了良好的助凝效果。高錳酸鉀助凝機理，是氧化、吸附以及氧化生成的二氧化錳作為絮凝核心共沉淀三者作用的結(jié)果。

3.5發(fā)明了高錳酸鹽復合劑

1989年，我和許國仁等合作，在上述水廠中除投加高錳酸鉀外，還投加了氯，發(fā)現(xiàn)能獲得更優(yōu)的助凝效果，所以當時我提出了復合劑的概念。圖15也證實了高錳酸鹽復合劑比高錳酸鉀具有更強的助凝作用。

1994年，我和陳衛(wèi)等合作，用高錳酸鉀與次氯酸鈣復合處理太湖高含藻水，效果極佳。

2003年，我和楊艷玲等合作，用高錳酸鉀與氯復合殺菌，發(fā)現(xiàn)將投氯量減少一半，也能獲得同樣的殺菌效果，如圖15，從而顯著減少了水中氯化消毒副產(chǎn)物的生成量。

圖15 PPC和KMnO4強化混凝對沉淀污水濁度去除的影響

2010年，我和俞文正等合作，用高錳酸鉀與氯復合處理廣州一水廠受重污染水中的有機錳，獲得良好除錳效果。

實驗發(fā)現(xiàn)，除了氯以外，還有許多藥劑能與高錳酸鉀復合形成高錳酸鹽復合劑，即以高錳酸鹽為主劑的復合劑，輔劑能提高和強化主劑的凈水效能。試驗發(fā)現(xiàn)，高錳酸鹽復合劑對水中鉛、鎘、鉻、汞等微量重金屬污染也都有良好去除作用。

2010年，發(fā)現(xiàn)某河水出現(xiàn)鉈的污染，危害很大。當時國內(nèi)外尚無有效的去除飲用水中微量鉈的技術。我和馬軍、陳忠林、梁恒等合作用高錳酸鹽復合劑技術進行除鉈試驗，經(jīng)4天4夜的艱苦努力，終于取得成功，并在三十多個城市水廠進行推廣，覆蓋人口達六百萬。這是高錳酸鹽復合劑大規(guī)模應用的一則實例。

3.6高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用除臭除味及除微量有機污染物

受污染的水源水常有臭味，特別是湖庫水藻類爆發(fā)時常產(chǎn)生臭味，對水質(zhì)影響很大。習慣上都用粉末活性炭除臭除味，但有時效果不佳。我和陳忠林等合作，通過大量實驗，發(fā)現(xiàn)高錳酸鉀除臭除味與粉末活性炭有互補性，即粉末活性炭除臭味效果不佳時，高錳酸鉀常有好的效果，反之亦然�，F(xiàn)今高錳酸鉀和粉末活性炭聯(lián)用除臭除味在我國已經(jīng)成為一項通用技術，而獲廣泛應用。

2003年，北京密云水庫藻類爆發(fā)，水廠原水產(chǎn)生臭味。我和劉銳平等與水廠合作，對國內(nèi)外各種方法進行試驗篩選，發(fā)現(xiàn)高錳酸鹽復合劑與活性炭聯(lián)用效果最佳。水廠采用該技術后，解決了自來水的臭味問題。由于北京水廠產(chǎn)水量巨大，是這一技術在百萬噸/日水廠應用的一則實例。

高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用除微量有機污染物也有很好效果。山東東營市南郊水廠以黃河下游水庫為水源，由于黃河沿途有污廢水排入，使水質(zhì)受到一定污染。2009年，我和李星，梁恒等合作，提出向原水中投加高錳酸鹽復合劑和粉末活性炭，再經(jīng)常規(guī)混凝沉淀和砂濾，最后經(jīng)超濾的提高水質(zhì)的改造方案。該水廠改造工程于2009年12月峻工投產(chǎn)，水廠出水106項指標達到國家標準要求，除污染效果良好。水廠采用的凈化工藝中，常規(guī)混凝工藝和超濾對微量有機污染物去除能力都不強，所以高錳酸鹽復合劑和粉末活性炭聯(lián)用在提高除微污染效果方面起到了主要作用。南郊水廠是一個10萬m³/日的大型水廠，這是高錳酸鹽復合劑和粉末活性炭聯(lián)用除污染技術在大型水廠首個應用成功的實例，也是國內(nèi)首次將國產(chǎn)超濾膜成功應用于大型水廠的實例。

我從事飲用水凈化技術的研究，上述研究工作是我部分成果的回顧。我工作的特點是結(jié)合我國社會經(jīng)濟發(fā)展的重大需求，針對當時生產(chǎn)中突出問題進行研究，站在水業(yè)科技發(fā)展的前沿，通過技術創(chuàng)新解決問題并力求將研究成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，以造福人民。

鐵、錳比較廣泛存在于天然水中,必然對水帶來某些危害，所以除鐵、除錳是-項長期需要研究的課題。近期，我的團隊將新技術——膜過濾用于地下水除鐵除錳，已取得-些新成果。近些年來,發(fā)現(xiàn)地表水比較普遍出現(xiàn)季節(jié)性超標現(xiàn)象，這是由于水庫(湖)水在夏秋季存在溫度差別，形成上高下低現(xiàn)象，導致底層與其他水層交換受到阻礙,水中溶解氧耗盡出現(xiàn)臭氧還原現(xiàn)象，結(jié)果出現(xiàn)鐵、錳溶解嚴重時出現(xiàn)超標,這種現(xiàn)象在部分水庫（湖），特別是南方地區(qū)比較普遍存在，成為水廠凈水的新課題。目前，比較多采用KMnO₄除錳，但KMnO₄是國家控制物資(制毒品),且價格較貴，故我的團隊采用次氯酸鈉除錳，在催化劑作用下，已取得一些成果。水庫已成為超過40%的城市水源，地表水季節(jié)性錳超標未解決，因此除錳是個全新的大課題,有待今后進行長期研究。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135423006553

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