金刺猬
2018-11-24 00:00
一、高鐵酸鉀的化學(xué)性質(zhì)
高鐵酸鉀是20世紀(jì)70年代以來開發(fā)的一種繼臭氧、過氧化氫、二氧化氯之后一種新型水處理劑,它能快速殺滅水中的細(xì)菌和病毒,且不會生成三氯甲烷、氯代酚等次級衍生物。純高鐵酸鉀是一種暗紫色、有金屬光澤的粉末狀晶體,其化學(xué)分子式為K2FeO4,熱穩(wěn)定性稍差,溶液的pH對其穩(wěn)定性的影響很大,當(dāng)pH值為10-11時非常穩(wěn)定;當(dāng)pH值為8-l0時,穩(wěn)定性有所下降;而當(dāng)pH<7.5時,穩(wěn)定性明顯下降,其溶液在微酸性(pH值為4-5)條件下很快分解,放出氧氣,并析出具有高度吸附活性的無機絮凝劑Fe(OH)3。干燥或溶于強堿溶液的高鐵酸鉀,在室溫下很穩(wěn)定,高鐵酸鉀氧化還原電位在酸性條件下為2.20 V,堿性條件下為0.72 V,是一種比高錳酸鉀(1.659 V)和次氯酸鹽(1.49 V)更強的氧化劑。
二、高鐵酸鉀的作用機理
首先,從氧化還原電極電位值可以看出,高鐵酸鹽有很強的氧化能力,可以氧化多種無機、有機物質(zhì),如NH3、S2O42-、SCN-、H2S、醇、酸、胺、羥酮、氫醌、苯腙、肟等化合物,并且不會對人類和環(huán)境帶來任何破壞,是理想、高效、高選擇性的強氧化劑;其次,高鐵酸根離子在水溶液中還能殺死大腸桿菌和一般細(xì)菌,能除去污水中的有害有機物、NO2-及劇毒CN-等;另外高鐵酸根離子分解產(chǎn)生的Fe(OH)3可以作為吸附劑,吸附各種陰陽離子,起到很好的凈水作用,比目前市場上使用的各種凈水劑如明礬、聚合氯化鋁、硫酸鐵等具有很大的優(yōu)越性,這些凈水劑一般只具單純的吸附、絮凝功能,脫色、除臭,難以有效降低水體的生物耗氧量(BOD)、化學(xué)耗氧量(COD)值,幾乎不具備滅菌殺蟲效能。與環(huán)保方面通用的氧化劑二氧化錳、高錳酸鉀、三氯化鉻、重鉻酸鉀相比,高鐵酸鉀無重金屬二次污染。與氯制劑相比,高鐵酸鉀無“三致”作用,不產(chǎn)生二氯甲烷、三氯甲烷化合物,也不產(chǎn)生有異味的氯酚化合物。高鐵酸鉀不僅可以消毒,而且對環(huán)境友好,是一種集氧化、吸附、絮凝、助凝、殺菌、殺蟲、除臭為一體的新型高效多功能綠色水處理劑。其殺菌機理是通過強烈的氧化作用,破壞細(xì)菌的某些結(jié)構(gòu)(如細(xì)胞壁、細(xì)胞膜)以及細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的一些物質(zhì)(如酶等),抑制和阻礙蛋白質(zhì)及核酸的合成,使菌體的生長和繁殖受阻,起到殺死菌體的作用;凈化機理主要是由于高鐵離子在其被還原生成Fe3+過程中,經(jīng)歷了一系列由六價到三價帶有不同電荷的中間狀態(tài),因而表現(xiàn)出獨特的處理效果,與常規(guī)消毒劑相比,高鐵酸鉀作為新型水產(chǎn)消毒劑,具有殺菌效果好、用量少、作用快、功能性多、安全性好、使用方便、應(yīng)用廣泛等諸多優(yōu)點。
三、 高鐵酸鉀在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用
1、去除水中有機污染物
朱啟安等研究表明，在反應(yīng)溫度為36℃、水的pH值約為7的條件下，對2，4，6-三氯酚濃度為10 mg/L的配水采用100 mg/L的高鐵酸鉀氧化處理5～8 min后，對2，4，6-三氯酚含量降為0.08 mg/L；曲久輝等研究了高鐵酸鉀對水中微量鄰氯苯酚的去除效果，結(jié)果表明，鄰氯苯酚的質(zhì)量濃度為4mg/L時，加入60 mg/L的高鐵酸鉀氧化處理10 min，對鄰氯苯酚的去除率可達99.3%。此外，高鐵酸鉀還可用于乙醇胺、醇、羧酸、胺、羥酮、氫醌、苯胺、肟和SCN-等化合物的氧化去除。
2、高鐵酸鉀對微囊藻毒素的去除
自20世紀(jì)90年代以來，淡水水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象日益嚴(yán)重，水體的富營養(yǎng)化往往導(dǎo)致藻類瘋長形成水華，造成水味腥臭、透明度下降，消耗水體中溶解氧，影響水產(chǎn)品的養(yǎng)殖。高鐵酸鉀是一種強氧化劑，通過攻擊微囊藻毒素Adda基團中的共軛雙鍵而使MC毒性消失，從而提高水產(chǎn)品質(zhì)量及改善養(yǎng)殖水質(zhì)。雷慶鐸等研究了高鐵酸鉀對微囊藻毒素（MC-LR）的去除效果，探討不同反應(yīng)影響因素(反應(yīng)時間、高鐵酸鉀質(zhì)量濃度、溫度、pH值)對去除率的影響。結(jié)果表明，高鐵酸鉀能夠有效地去除水中的MC-LR。其去除率與高鐵酸鉀投加質(zhì)量濃度、反應(yīng)時間成正相關(guān)，其中高鐵酸鉀質(zhì)量濃度對去除效果的影響較為明顯；反應(yīng)溫度對去除率的影響不顯著；pH值對去除率也有重要影響。
3、高鐵酸鉀對魚類病原菌的殺菌效果
魚類細(xì)菌性疾病是目前危害漁業(yè)生產(chǎn)最嚴(yán)重的一類疾病。劉乾甫等試驗測定了高鐵酸鉀對8種常見魚類病原菌的MIC和MBC，并研究了不同濃度的高鐵酸鉀溶液對幾種病原菌的殺滅效果。結(jié)果顯示，高鐵酸鉀對2種弧菌的抑制效果良好，測得的MIC、MBC也比較低，分別為1.2 mg/L、9.6 mg/L；當(dāng)各試驗菌菌落數(shù)約為105 cfu/mL，高鐵酸鉀溶液的濃度為1.2 mg/L、2.4 mg/L、7.2 mg/L、12 mg/L時，對8種試驗菌作用1h后殺菌效果也差別很大。2.4 mg/L的消毒液對溫和氣單胞菌、河弧菌、弧菌Ⅰ組淡水亞組弧菌就能達到95 %以上的殺菌率；在低于或等于7.2 mg/L濃度時，更能將河弧菌、弧菌Ⅰ組淡水亞組弧菌完全殺滅；而殺菌時間相同，對嗜水氣單胞菌、點狀產(chǎn)氣單胞菌點狀亞種、熒光假單胞菌則需要7.2 mg/L的消毒液才能達到95%以上的殺菌率；對魯克氏耶爾森菌、腸型點狀產(chǎn)氣單胞菌的殺滅效果要差一些。
4、去除水中無機污染物
相對有機污染物而言，高鐵酸鉀的強氧化性更容易氧化含硫、氰、砷等的無機物。高鐵酸鉀氧化水中的無機還原物的反應(yīng)時間較短，一般以分鐘計，有些反應(yīng)甚至幾秒鐘之內(nèi)完成。當(dāng)pH值為5.95，加入高鐵酸鉀溶液濃度為45 mg/L時，水中S2-濃度從25.33 mg/L降至0.33 mg/L[12-13]。高鐵酸鉀對廢水中CN-這種毒性極強的物質(zhì)去除效果也十分顯著，當(dāng)pH值為11.20，加入高鐵酸鉀溶液濃度為75 mg/L時，水中CN-濃度從10.00 mg/L降至0.085 mg/L[12-14]。另外，曲久輝等研究表明高鐵酸鉀對飲用水中的氨氮也有一定的去除作用。
5、去除水中重金屬污染物
高鐵酸鹽去除水中重金屬主要依靠其在水中分解后產(chǎn)生的氫氧化鐵膠體沉淀的吸附和共沉作用。試驗結(jié)果表明，高鐵酸鉀預(yù)處理鉛和鎘表現(xiàn)出更高的去除率，說明高鐵酸鉀分解后的水解產(chǎn)物對鉛、鎘的吸附作用較好。溶液的pH值是重金屬去除率的一個重要影響因素，酸性條件(pH值為4)下的去除率都比較低，而堿性條件下的去除率要比酸性條件下高得多。廖蔚峰等研究表明，高鐵酸鉀對單一重金屬離子極高，達94.5%以上。
6、殺菌消毒
高鐵酸鉀的強氧化性能夠破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜以及細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的酶，抑制蛋白質(zhì)及核酸的合成，阻礙菌體的生長和繁殖，起到殺死細(xì)菌的作用。高鐵酸鉀溶液濃度為10～40 mg/L時，接觸5 min即對細(xì)菌繁殖體具有較強的殺滅作用，殺滅率達100%；對真菌也有一定的殺滅作用，殺滅率達99.50%以上。魚類病害、漁業(yè)水質(zhì)是影響?zhàn)B殖魚類產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素。在水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中，常用化學(xué)消毒劑對池水進行殺菌消毒以達到防治水產(chǎn)動物病害的目的。然而許多化學(xué)消毒劑具有毒害作用，在重視無公害水產(chǎn)品生產(chǎn)的新形勢下，采用新的高效低毒、低殘留藥劑來防治病害或改善養(yǎng)殖水體生態(tài)環(huán)境已越來越受到重視。目前，高鐵酸鉀在水處理方面的應(yīng)用研究較為成熟，這對使用高鐵酸鉀改善養(yǎng)殖水體具有借鑒和指導(dǎo)意義。
前人的研究表明，高鐵酸鉀具有比氯氧化劑更強的氧化性能，在殺菌消毒、預(yù)氧化除藻等方面表現(xiàn)出了理想的效能，且高鐵酸鉀本身及其在應(yīng)用過程中并不產(chǎn)生致癌、致畸、致突變性副產(chǎn)物，具有高度的安全性。因此，高鐵酸鉀在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景，是替代氯氧化劑的理想選擇。隨著人們認(rèn)識水平的提高，眾多專家學(xué)者的通力協(xié)作，高鐵酸鉀這種無機水處理劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域中必將發(fā)揮重要的作用。
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