高錳酸鉀是一種常見的強氧化劑，常溫下為紫黑色片狀晶體，見光易分解。二氧化錳是一種兩性過渡金屬氧化物，是軟錳礦的主要成分，具有氧化性、吸附性及催化性。二者在水處理中有著廣泛應用。研究表明〔1〕，常規水處理工藝對水中污染物的去除效果有限，實際生產中，常采用預氧化工藝來強化常規處理工藝對有機物、藻類等的去除效果〔2〕。基于高錳酸鉀和二氧化錳的氧化性及二氧化錳的吸附性和催化作用，利用高錳酸鉀和二氧化錳去除水中的有機污染物、無機污染物及離子型污染物逐漸成為一種高效低耗的除污技術。

1 高錳酸鉀在水處理中的應用

1.1 高錳酸鉀在工業廢水處理中的應用 
于雪琴等〔3〕利用高錳酸鉀作為氧化劑，采用氧化還原—催化接觸過濾法對某電鍍廠鐵、鉻、錳重金屬離子嚴重超標的酸性洗漂廢水進行了處理。試驗確定了該廢水處理的最佳工藝條件：高錳酸鉀投加質量濃度為10 mg/L，反應pH 為8，濾速為5 m/h。經該方法處理后，總鉻、錳、總鐵及濁度的去除率均達到99%以上，出水CODCr、pH 均達到國家排放標準要求。

陳壁波〔4〕的研究表明，采用高錳酸鉀對造紙廢水進行預處理，后經混凝沉淀處理，可以提高廢水中溶解性有機物的去除率，提高廢水的處理效果。其中，高錳酸鉀最佳投加質量濃度為12 mg/L，反應時間為20 min，pH 為6.0。采用高錳酸鉀預處理可使CODCr去除率從79.3%提高到91.1%左右，BOD5去除率從64%提高到89.4%，色度去除率從82.5%提高到89.4%。

李金鵬等〔5〕采用高錳酸鉀對水體中的偶氮藍、茜素紅、酸性鉻藍K、鉻黑T 和偶氮砷Ⅲ5 種染料進行了脫色處理研究。結果表明，KMnO4的脫色作用迅速、高效，脫色效果明顯，在30 min 內脫色率均能達到90％以上。在選定的實驗條件下，溫度對脫色率的影響不大。

Jin Jiang 等〔6, 7〕研究了高錳酸鉀氧化降解EDCs/PPCPs（如：三氯生、雙酚A）的效能和機理。研究發現，高錳酸鉀能有效地氧化降解這些酚類衍生物，氧化機理和氧化酚相似。研究還發現，高錳酸鉀最終態還原產物錳氧化物能夠催化高錳酸鉀氧化，催化機理遵循表面絡合機理； 高錳酸鉀還原產生的中間態錳具有很強的氧化能力。

Lanhua Hu 等〔8〕考察了高錳酸鉀氧化降解含C=C 雙鍵的神經藥物卡馬西平（CBZ）的反應動力學和機理，發現高錳酸鉀能迅速氧化CBZ，二級反應動力學常數為（3.0±0.3）×102L/（mol·s），其氧化機理與一般含雙鍵化合物（如烯烴）基本相同，主要是雙鍵加成成環反應機理，生成一系列加氧、羥基化產物，反應過程能快速進行。

1.2 高錳酸鉀在微污染水處理中的應用

張曉慧等〔9〕研究了排洪時期高錳酸鉀預氧化強化混凝對東江水的處理效果，結果表明，對排洪時期東江水而言，當高錳酸鉀投加質量濃度為1.5 mg/L，接觸時間為1 h 時，才能有效起到助凝作用。當高錳酸鉀投加質量濃度＞1.5 mg/L 時，TOC 去除率＞56.08%，CODMn去除率＞49.67%，TOC、CODMn去除率隨高錳酸鉀投加量的增大緩慢升高。高錳酸鉀也可作為消毒劑抑制細菌生長，細菌總數的去除率＞92.11%。同時高錳酸鉀預氧化可使東江水中的臭味去除率達到85％以上，投加量越大，去除率越高。

蔣紹階等〔10〕利用高錳酸鉀預氧化技術處理受季節性影響導致出現微污染的賓川二水廠出水，結果表明，高錳酸鉀預氧化對原水的濁度、CODMn、UV254、氨氮、藻類均有較好的去除效果。連續運行高錳酸鉀預氧化，CODMn去除率保持在43％左右，NH4+-N 去除率保持在40％左右。經高錳酸鉀預氧化技術處理后的出水水質能夠穩定達到生活飲用水衛生標準。

1.3 高錳酸鉀在城市污水回用中的應用

楊艷玲等〔11〕研究了高錳酸鉀單獨預處理工藝以及高錳酸鉀與氯或氯胺聯用預處理工藝的消毒效能及對三鹵甲烷（THMs）形成的控制效果。結果表明，對于污染嚴重，尤其是耗氯物質含量較高的污水二級出水，高錳酸鉀單獨預處理工藝和高錳酸鉀與氯或氯胺聯用預處理工藝的消毒性能明顯優于單獨氯或氯胺工藝，并且高錳酸鉀與氯或氯胺聯用能夠進一步降低THMs 的生成量。

李婷婷等〔12〕分析了污水大規模回用的現實意義及技術可行性，并在技術方面引入水源管道預氧化技術，以高錳酸鉀作為預氧化劑，通過管道模擬試驗，研究了高錳酸鉀的投加量對有機污染物、濁度等的去除效果。結果表明，高錳酸鉀作為管道預氧化劑，對有機污染物、濁度的去除效果優異，其最佳投加質量濃度為4～4.5 mg/L，在此條件下有機污染物去除率約為60%，濁度去除率接近100%。

1.4 利用高錳酸鉀降解地下水中的硝基苯
 
邱立萍等〔13〕的研究表明，雙氧水- 高錳酸鉀（H2O2-KMnO4）的催化氧化作用能有效地降解地下水中的硝基苯（NB），反應過程中產生的羥基自由基符合自由基作用機理。同時，在實驗條件下，當pH=6，H2O2、KMnO4質量濃度分別為3、1 mg/L 時，反應60 min，H2O2-KMnO4催化氧化降解硝基苯的效率可達90%以上。

曹玉彬〔14〕利用高錳酸鉀氧化法對三氯乙烯（TCE）污染的地下水進行了處理。結果表明，在TCE濃度相同但n（KMnO4）∶n（TCE）不同的條件下，隨著n（KMnO4）∶n（TCE）的增加，TCE 氧化去除效率加快；對體積分數為1×10-4 的TCE，當n（KMnO4）∶n（TCE）=5，反應時間為210 min 時，TCE 的去除率能夠達到99％以上。

2 二氧化錳在水處理中的應用

二氧化錳在水處理中的應用廣泛，一方面，利用二氧化錳的吸附與氧化作用可去除水中的各種金屬離子污染物、非金屬離子污染物和有機污染物；另一方面，利用二氧化錳的催化作用可促進水中有機污染物、內分泌干擾物的降解過程。

2.1 利用二氧化錳去除水中的離子污染物

Runping Han 等〔7〕在沸石上涂層二氧化錳（MOCZ）用于去除水中的Ur（Ⅳ），結果表明，在溫度為293 K、pH=4.0 的條件下，最大吸附量可達15.1mg/g，此過程是一個自發的吸熱過程，增加溫度可以增加二氧化錳的吸附量。他們還將上述方法用于去除溶液中共存的Cu（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）〔15〕，結果表明，在Cu（Ⅱ）或Pb（Ⅱ）的存在下，二氧化錳吸附Pb（Ⅱ）或Cu（Ⅱ）的量降低，且二氧化錳對Pb（Ⅱ）的吸附量的降低程度大于其對Cu（Ⅱ）的吸附量的降低程度，但二氧化錳吸附Cu（Ⅱ） 和Pb（Ⅱ）的總量不會變化。

Shuguang Wang 等〔16〕利用碳納米管鍍二氧化錳材料去除水中的Pb（Ⅱ），結果表明，與單獨采用碳納米管相比，該材料對Pb（Ⅱ）的去除率顯著提高。吸附主要在最初的15 min 內進行，達到吸附平衡至少需要2 h。

S. S. Tripathy 等〔17〕研究了海水中δ-MnO2吸附Cd2+的行為過程及反應機制。研究發現，隨著pH 的增加，δ-MnO2對Cd2+的吸附量也在增加。ZhiliangZhu 等〔18〕利用D301 樹脂負載二氧化錳作為吸附劑去除水中的Cd2+。實驗結果表明，pH、平衡溫度以及其他離子的相互作用均對吸附效果產生影響。當pH在3~8 時，在高濃度堿性物質存在的條件下，D301樹脂負載二氧化錳能夠有效地去除水中的Cd2+。

S. M. Maliyekkal 等〔19〕利用錳氧化物涂層氧化鋁（MOCA）材料去除水中的Fˉ，考察了溶液pH、初始Fˉ 濃度和共存離子對吸附效果的影響，得出錳氧化物涂層氧化鋁對Fˉ 的最大吸附量為2.85 mg/g。研究表明，二氧化錳還可用于去除水中的As（Ⅲ） 〔20〕、Cr（Ⅲ）〔21〕。

2.2 利用二氧化錳降解水中的有機污染物

有文獻報道，二氧化錳是降解有機污染物最有效的過渡金屬氧化物之一〔22〕。R. Jothiramalingam等〔23〕利用多孔二氧化錳摻雜TiO2材料光催化降解氣態甲苯。結果表明，與商業化TiO2處理效果相比，該種方法在環形光反應器中具有較高的光催化效率和較低的催化劑負荷。

不同形態的二氧化錳對有機污染物的降解效果不同，對于揮發性有機化合物（VOCs），γ-MnO2比β-MnO2更具催化活性。γ-MnO2具有的特性使其特別適合于揮發性有機化合物的去除，甚至比貴金屬催化劑更具催化活性〔24〕。

二氧化錳對水中酚類有機物具有良好的吸附降解作用，其中對苯酚模擬廢水的研究很多。研究表明，不同方法合成的二氧化錳對苯酚具有不同的吸附效果，利用化學法合成的新生態二氧化錳表面富羥基，其對苯酚的吸附效果優良。不同條件下苯酚催化臭氧化過程的影響研究表明，該新生態的二氧化錳對苯酚臭氧化反應具有明顯的催化作用〔22, 25〕。二氧化錳作為氧化劑，還可與五氯酚等高毒性的酚類化合物發生氧化降解反應〔26〕。

M. A. Alsheyab 等〔27〕利用臭氧和二氧化錳聯合工藝處理廢水中的TOC 和COD。實驗主要采用兩步氧化過程來降解廢水中的三鹵甲烷、腐殖酸和黃腐酸等污染物質。廢水先經過臭氧處理，其TOC 和COD 去除率分別為67%和73%，然后使用二氧化錳進一步氧化，TOC 和COD 去除率分別達到79%和89%，二氧化錳的深度氧化效果比較顯著。

2.3 利用二氧化錳去除水中的內分泌干擾物

J. Rudder 等〔28〕分別利用沙子、顆粒狀活性炭和二氧化錳去除水中的17-α-乙炔基雌二醇，結果表明，沙子、顆粒狀活性炭和二氧化錳對水中17-α-乙炔基雌二醇的去除率分別為17.3％ 、99.8％ 和81.7％。對比顆粒狀活性炭和二氧化錳的去除機理，顆粒狀活性炭的去除機理為吸附性，二氧化錳的去除機理是由于其自身的催化性能。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

3 總結與展望

高錳酸鉀預氧化技術具有除濁、除臭、除色、除藻、有效去除水中無機污染物和有機污染物、控制消毒副產物以及強化混凝等綜合凈水效能，在強化常規處理工藝、微污染水源水處理、深度處理方面發揮了獨到的優勢〔29〕。高錳酸鉀在氧化降解有機物過程中不會產生有毒、有害副產物，其最終還原產物為不溶性環境友好的錳氧化物，很容易從溶液中分離。另外，在應用過程中，高錳酸鉀氧化法還具有基建費用低、設備簡單、運行管理方便、使用靈活的特點，可以根據水質變化情況隨時調整藥劑的投量〔30〕。因而，高錳酸鉀在各種工業廢水、生活污水及微污染水的處理中均有廣泛應用，其作為水處理的一種預處理技術具有良好的發展前景。同時，當高錳酸鉀與其他氧化劑聯用時，相互協同優勢互補，能夠取得更佳的處理效果，據此應大力開發效能更高的復合型產品。二氧化錳在水處理中的應用主要體現在它的吸附性和催化作用上，二氧化錳的形態對污染物的降解效果影響很大，因此，深入研究不同形態二氧化錳的吸附性和催化性能是今后的一個重要研究方向。