[发明专利]利用高活性中间态五价锰氧化除污染的水处理药剂

说明书

技术领域

本发明涉及氧化除污染的水处理药剂。

背景技术

随着工农业的迅速发展，大量难降解的有毒有害有机污染物进入水体，造成地表水源和地下水源的严重污染，水质不断恶化。目前主要采用化学氧化剂氯、二氧化氯、过氧化氢、臭氧和高锰酸钾等氧化法去除水中的有机污染物。臭氧的氧化能力强，对水质的适应能力强，但存在运行投资大、运行费用高，而且会产生致癌物溴酸盐的问题。虽然过氧化氢自身的氧化能力不高，但与二价铁离子在酸性条件下会产生强氧化性的羟基自由基，具有极强的氧化能力，但在反应过程中需要不断的监控和调整水体的pH值，导致工艺控制过于困难和复杂。二氧化氯具有很强的消毒能力，但与有机物反应会被还原成对人体红血球具有破坏作用的亚氯酸根，所以存在使用安全风险。氯对有机物具有一定的氧化作用，长期以来被用做给水处理的预氧化剂，但由于氯与水体中多种有机污染物作用生成一系列对人体危害较大的卤代副产物，因而预氯化逐渐地受到使用限制。高锰酸钾对去除水中有机污染物具有较强的氧化能力，且不会产生有毒有害副产物，但氧化有机物具有很强的选择性，只能氧化去除含有不饱和官能团的有机物，如烯烃类化合物和酚类化合物等，对于较难降解的有毒有害有机污染物反应活性低，去除率不高。因此，开发研究一种氧化能力强，不产生有毒有害副产物的水处理药剂势在必行。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有化学氧化水处理药剂(如氯、二氧化氯、过氧化氢、臭氧和高锰酸钾)的氧化能力弱，产生有毒有害副产物的问题，本发明提供了利用高活性中间态五价锰氧化除污染的水处理药剂。

本发明的第一种利用高活性中间态五价锰氧化除污染的水处理药剂，由二价锰离子、络合剂和过硫酸盐组成，其中二价锰离子、络合剂和过硫酸盐三者的摩尔比为1∶(1～50)∶(1～1000)。所述二价锰离子由氯化锰、硫酸锰和硝酸锰中的一种或者其中几种的组合提供。

本发明的第二种利用高活性中间态五价锰氧化除污染的水处理药剂，由高锰酸盐、络合剂和过硫酸盐组成，其中高锰酸盐、络合剂和过硫酸盐三者的摩尔比为1∶(1～50)∶(1～1000)。所述高锰酸盐为高锰酸钾和/或高锰酸钠。

本发明的第三种利用高活性中间态五价锰氧化除污染的水处理药剂，由二氧化锰、络合剂和过硫酸盐组成，其中二氧化锰、络合剂和过硫酸盐三者的摩尔比为1∶(1～50)∶(1～1000)。

本发明的三种利用高活性中间态五价锰氧化除污染的水处理药剂中，过硫酸盐为过一硫酸盐(MHSO₅，M＝K、Na或NH₄)和/或过二硫酸盐(A₂S₂O₈，A＝K、Na或NH₄)；络合剂为无机络合剂、小分子羧酸络合剂、氨基酸络合剂、氨羧络合剂、大分子羧酸络合剂或有机膦酸络合剂。

本发明利用高活性中间态五价锰氧化除污染的水处理药剂在络合剂存在条件下，二价锰离子、高锰酸盐或二氧化锰与过硫酸盐能原位快速产生高活性中间态五价锰，原位产生的高活性中间态五价锰具有氧化能力强、去除水中有机污染物速度快、不产生有毒有害副产物的优点。

以二价锰离子(Mn(II))、络合剂和过一硫酸盐(HSO₅^-)为例介绍本发明的高活性中间态五价锰的产生原理：首先，络合剂(L)存在条件下，Mn(II)催化过一硫酸盐(HSO₅^-)产生三价锰(Mn(III)L)和硫酸根自由基(SO₄·^-)，见反应式(1)；然后，生成的Mn(III)L再与过一硫酸盐(HSO₅^-)发生两电子的氧转移反应生成高活性中间态五价锰(Mn(V)L)和硫酸根(SO₄^2-)，见反应式(2)。生成的Mn(V)L在氧化降解有机物的过程中能够被还原为Mn(III)L，Mn(III)L再次催化过一硫酸盐(HSO₅^-)生成Mn(V)L和SO₄^2-，反应可以循环进行。

Mn(II)+HSO₅^-+L→Mn(III)L+SO₄·^-    (1)