《污水的化學處》PPT課件.ppt

第三章 污水的化學處理,第一節(jié) 化學混凝法,第二節(jié) 中和法,第三節(jié) 化學沉淀法,第四節(jié) 氧化還原法,污水的化學處理是利用化學反應(yīng)的作用以去除水中的雜質(zhì)。,處理對象主要是污水中無機的或有機的(難于生物降解的)溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)。,常用的化學處理方法有化學混凝、中和法、化學沉淀法和氧化還原法。,第一節(jié) 化學混凝法,一、定義,Grutsch 把絮凝沉降作用/混凝沉降作用定義為：中和膠體和懸浮物顆粒表面電荷，使其克服膠體和懸浮物顆粒間的靜電排斥力，從而使膠體脫穩(wěn)的過程稱作絮凝沉降作用。,混凝/ 絮凝原理,化學混凝/絮凝處理的對象主要是水中的微小懸浮物和膠體雜質(zhì)。,1. 膠體的穩(wěn)定性,膠體間的相互斥力不僅與電位有關(guān)，還與膠粒的間距有關(guān)，距離越近，斥力越大。而布朗運動的動能不足以將兩顆膠粒推進到使范徳華引力發(fā)揮作用的距離。因此，膠體微粒不能相互聚結(jié)而長期保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。,水化作用也使膠體不能相互聚結(jié)。,2. 混凝原理,(1) 壓縮雙電層作用,混凝劑提供大量正離子會涌入膠體擴散層甚至吸附層, 使電位降低。當電位為零時, 稱為等電狀態(tài)。此時膠體間斥力消失, 膠粒最易發(fā)生聚結(jié)。,實際上，電位電位只要降至某一程度而使膠粒間排斥的能量小于膠粒布朗運動的動能時，膠粒就開始產(chǎn)生明顯的聚結(jié)，這時的電位稱為臨界電位。,膠粒因電位電位降低或消除以至失去穩(wěn)定性的過程，稱為膠體脫穩(wěn)。脫穩(wěn)的膠粒相互聚結(jié)，稱為凝聚。,上述反應(yīng)中，降低水中H+(或H3O+)濃度或提高pH，使反應(yīng)趨向右方，水合羥基絡(luò)合物的電荷逐漸降低，最終生成中性氫氧化鋁難溶沉淀物。,當pH4時，水解受到抑制，水中存在的主要是Al(H2O)33+ 。,當pH45時，水中有Al(OH)(H2O)52+、Al(OH)2(H2O)4+及少量Al(OH)3(H2O)3。,當pH78時，水中主要是Al(OH)3(H2O)3沉淀物。,但在某一特定pH時，水解產(chǎn)物還有許多復(fù)雜的高聚物和絡(luò)合物同時共存。,因為初步水解產(chǎn)物中的羥基OH-具有橋鍵性質(zhì)。,在由Al(H2O)63+轉(zhuǎn)向Al(OH)3(H2O)3的中間過程中，羥基可將單核絡(luò)合物通過橋鍵縮聚成多核絡(luò)合物：,或,兩個單羥基絡(luò)合物通過羥基橋聯(lián)可縮合成雙羥基雙核絡(luò)合物：,從上述反應(yīng)可以看出，三價鋁鹽發(fā)揮混凝作用的是各種形態(tài)的水解聚合物。,帶有正電的水解聚合物，同時起到壓縮雙電層的脫穩(wěn)和吸附架橋的作用。,為使硫酸鋁達到優(yōu)異的混凝效果，應(yīng)盡量使膠體脫穩(wěn)和吸附架橋作用都得到充分發(fā)揮。,當混凝劑投放水中后，應(yīng)立即進行劇烈攪拌，使帶電聚合物迅速均勻地與全部膠體雜質(zhì)接觸，使膠體脫穩(wěn)，隨后，脫穩(wěn)膠體在相互凝聚的同時，靠聚合度不斷增大的高聚物的吸附架橋作用，形成大的絮凝體，使混凝過程很好完成。,二、混凝劑/絮凝劑和助凝劑,1. 混凝劑/絮凝劑,（一）絮凝劑/混凝劑定義,定義 ：凡是能使水溶液中的溶 質(zhì)、膠體或者懸浮物顆粒產(chǎn)生絮 狀沉淀的物質(zhì)叫做絮凝劑/混凝劑 （Flocculant/Flocculating agent）。,絮凝劑/混凝劑分類：,1、組成，可將其分為無機混凝劑和有機絮凝劑； 2、根據(jù)它們分子量高低，可將其分為低分子和高分子兩大類； 3、若按其官能團離解后所帶電荷的性質(zhì)，還可將其分為非離子、陰離子、陽離子和兩性等類型。,（二）無機混凝劑,主要包括硫酸鋁、氯化鋁、硫酸鐵、氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁等。 無機高分子混凝劑（ IPF）和無機低分子混凝劑相比，具有沉降速度快、用量少、效果好、使用范圍廣等優(yōu)點 。,1.硫酸鋁的制備,（a）硫酸分解鋁土礦法 將鋁土礦石粉碎后，在加壓條件下與50%60%的硫酸反應(yīng)，然后經(jīng)沉降分離、中和、蒸發(fā)、結(jié)晶等過程，制得硫酸鋁產(chǎn)品。,1.硫酸鋁的制備,（b）硫酸分解氫氧化鋁法 令氫氧化鋁與硫酸反應(yīng)后，經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶等過程，制得產(chǎn)品。,2.鋁酸鈉的制備,氫氧化鋁堿解法：向5080的氫氧化鈉溶液中加入粗氫氧化鋁，升溫至110后保溫3h，制得鋁酸鈉溶液，再蒸發(fā)至干，即得產(chǎn)品。,3.氯化鐵的制備,固體產(chǎn)品采用氯化法、低共熔混合 反應(yīng)法和四氯化鈦副產(chǎn)法; 液體產(chǎn)品采用鹽酸法和一步氯化法。,4.硫酸亞鐵的制備,（a）硫酸法 在加熱下令硫酸與鐵屑反應(yīng)，經(jīng)過沉淀、結(jié)晶、脫水，制得硫酸亞鐵。 （b）鈦白副產(chǎn)法 作為硫酸法制鈦白粉（二氧化鈦）過程的副產(chǎn)物制得硫酸亞鐵。 （c）從酸洗廢液中制取 酸洗時采用20%-25%的稀硫酸。酸洗后的廢洗液中含有15%-20%的硫酸亞鐵。利用冷卻結(jié)晶法將硫酸亞分離出來，而含硫酸的母液則返回酸洗槽。冷卻溫度為-10-5。,5.聚合氯化鋁的制備,（a）鋁屑鹽酸法 利用廢鋁屑、煉鋁熔渣和浮皮等作原料，與鹽酸反應(yīng)生成三氯化鋁，經(jīng)過聚合、沉降等工序，制成產(chǎn)品。 （b）沸騰熱解法 將結(jié)晶氯化鋁沸騰熱解，然后加水聚合，再經(jīng)固化、干燥、破碎，即制得聚合氯化鋁固體產(chǎn)品。,6.聚合硫酸鐵的制備,(a)以鐵屑、鐵礦粉或鐵礦熔渣粉為原料，與硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵，然后再通入氧氣和硝酸（作催化劑）進行聚合，生成液體聚合硫酸鐵。 (b)以硫酸亞鐵（例如，來自鈦白粉生產(chǎn)的副產(chǎn)物和鋼鐵硫酸酸洗廢液中的硫酸亞鐵）為原料，,6.聚合硫酸鐵的制備,(c)利用液體產(chǎn)品進行噴霧干燥，制成固體顆粒。 (d)推薦使用中國專利CN1060278(1992.4.15)中提出的方法。該方法是以硫酸亞鐵為原料，利用空氣作氧化劑，制得固體產(chǎn)品,發(fā)展趨勢 ：,（1）向高分子量聚合鋁、聚合鐵方向發(fā)展； （2）聚合鋁（鐵）的共存陰離子從低價向高 價發(fā)展； （3） 結(jié)合聚合鋁、聚合鐵的優(yōu)點，研究開發(fā) 性能更好、適用性更強的聚合鋁鐵、聚 鋁（鐵）硅酸鹽絮凝劑； （4） 利用價廉的礦物、礦渣廢料為原料開發(fā) 復(fù)合型絮凝劑； （5） 開發(fā)復(fù)合型的無機有機高分子絮凝劑。,（二）有機絮凝劑,比較：有機高分子絮凝劑因具有用量小、絮凝能力強、絮凝速度快、效率高、受共存鹽類、pH值及溫度影響小、生成污泥量少且易于處理等優(yōu)點，對節(jié)約用水、強化廢（污）水處理和回用有重要作用，尤其在提高絮凝體機械強度及其脫水效率，克服水處理“瓶頸效應(yīng)”方面的作用更為突出 。,有機高分子絮凝劑分類：,根據(jù)其性質(zhì)與來源的不同，可將有機高分子絮凝劑分為： 1、合成 2、天然：淀粉、纖維素、甲殼質(zhì)、生物質(zhì)（Biomass),1.合成有機高分子絮凝劑分類：,根據(jù)分子鏈上所帶電荷的性質(zhì)，可將其分 為: 非離子 陰離子 陽離子 兩性,(1)非離子型合成有機高分子絮凝劑分類,聚丙烯酰胺 聚氧化乙烯 脲醛縮合物 酚醛縮合物等,(2)陰離子型合成有機高分子絮凝劑分類,聚丙烯酸（鈉） 丙烯酰胺丙烯酸鈉共聚物 水解聚丙烯酰胺 磺甲基化聚丙烯酰胺 聚苯乙烯磺酸鈉等,(3)陽離子型合成有機高分子絮凝劑分類,聚二甲基二烯丙基氯化銨 丙烯酰胺二甲基二烯丙基氯化銨共聚物 聚-N-二甲氨基甲基丙烯酰胺（微）乳液 聚乙烯胺 聚乙烯醇季銨化產(chǎn)物等,(4)兩性型合成有機高分子絮凝劑分類,丙烯酰胺丙烯酸（鈉）二甲基二烯丙基氯化銨共聚物 丙烯酰胺丙烯酰胺2甲基丙磺酸（鈉）二甲基二烯丙基氯化銨共聚物等,(5)合成有機高分子絮凝劑的發(fā)展趨勢,（1）向超高分子量和低單體含量發(fā)展； （2）加速發(fā)展龍頭產(chǎn)品陽離子高分子絮凝劑； （3）開發(fā)兩性/兩親高分子絮凝劑； （4）開發(fā)多功能高分子絮凝劑； （5）向有機無機復(fù)合型絮凝劑方向發(fā)展； （6）開發(fā)選擇性絮凝劑,2.天然高分子改性絮凝劑,天然高分子改性絮凝劑根據(jù)原材料的不同，可 分為改性淀粉類絮凝劑、改性瓜爾膠類絮凝 劑、黃原膠及其改性產(chǎn)品、羧甲基纖維素 （鈉）及其改性產(chǎn)品、海藻酸鈉、改性木質(zhì)素 類絮凝劑、植物丹寧及其改性產(chǎn)品以及F691 粉改性產(chǎn)品等。,2.天然高分子改性絮凝劑,按其官能團離解后所帶電荷的性質(zhì)，還可 將天然高分子絮凝劑及其改性產(chǎn)品分為非 離子型、陰離子型、陽離子型和兩性型。,2.天然高分子改性絮凝劑發(fā)展趨勢,（1）加速發(fā)展陽離子型/兩性型天然高分子改性絮凝劑； （2）兩親型天然高分子改性絮凝劑的研究與開發(fā)； （3）新型高效多功能天然高分子改性絮凝劑的研究與開發(fā)； （4）復(fù)合絮凝劑的研制與開發(fā)； （5）選擇性絮凝劑的研究與開發(fā)。,3.聚丙烯酰胺簡介,PAM工業(yè)是50年代開始發(fā)展的。1952年美國氰氨公司首先進行了PAM的工業(yè)生產(chǎn)的開發(fā)研究，兩年后即正式投入大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。我國聚丙烯酰胺產(chǎn)品的開發(fā)始于20世紀50年代末期。1962年上海天原化工廠建成我國第1套聚丙烯酰胺生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)水溶膠產(chǎn)品。目前我國生產(chǎn)能力為10kt/a，其中水溶液占60%，干粉占38%，乳劑不足2%。,3.聚丙烯酰胺制備,概括起來有6類： （1）水溶液聚合 （2）乳液聚合，其中包括反相乳液聚合和反相微乳液聚合 （3）懸浮聚合 （4）沉淀聚合 （5）固態(tài)聚合 （6）分散聚合。,3.聚丙烯酰胺改性,1、磺甲基化 反應(yīng) 2、Hofmann降解反應(yīng) 3、水解反應(yīng) 4、 Mannich反應(yīng) 5、共聚反應(yīng),3.聚丙烯酰胺改性,1、磺甲基化 反應(yīng) 2、Hofmann降解反應(yīng) 3、水解反應(yīng) 4、 Mannich反應(yīng) 5、共聚反應(yīng),4.聚丙烯酸（鈉）簡介,目前國內(nèi)生產(chǎn)和使用的聚丙烯酸鈉主要有40%膠 體和95%干粉兩種，40%膠體的分子量約2000萬 左右，溶解時間58 h，95%干粉的分子量約 1000萬，溶解時間0.58 h不等。此外，國外已 有分子量3600萬的膠體產(chǎn)品和分子量2000萬 的固體產(chǎn)品。,4.聚丙烯酸（鈉）制備,水溶液聚合 反相乳液聚合,4.聚丙烯酸（鈉）制備,水溶液聚合 反相乳液聚合,（三）助凝劑,（1） pH調(diào)整劑：石灰、硫酸、鹽酸、氫氧化鈉等； （2）絮體結(jié)構(gòu)改良劑：如粘土等； （3）氧化劑：如氯氣、次氯酸鈉、臭氧、二氧化氯等。,三、 影響混凝效果的主要因素,1. 廢水水質(zhì),2. 混凝劑/絮凝劑,3. 水力條件,1.廢水水質(zhì)：,1、水溫 2、pH 值 3、雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度等,2.絮凝劑：,1、種類 2、用量 3、投加順序（無機和有機混合時：一般先加無機，再加有機；但是膠體顆粒大于50m，則可先加有機，再加無機）,3.水力條件 ：,1、攪拌強度 2、時間 攪拌強度一般用速度梯度（G）表示?；旌想A段：G一般在5001000 s-1,攪拌時間t應(yīng)在1030 s；反應(yīng)階段：攪拌強度減小，而反應(yīng)時間相應(yīng)延長， G和t值分別為20 70 s-1和1530 min。,四、 化學混凝的設(shè)備,1. 混凝劑的配制和投加設(shè)備,(1) 混凝劑的溶液和配制,混凝劑在溶解池中進行溶解:,攪拌,加速藥劑溶解,藥劑溶解完全后，將濃藥液送入溶液池，用清水稀釋到一定的濃度備用。,溶液池的容積可按下式計算：,溶解池的容積：,式中: W1溶液池容積，m3； qv處理地水量，m3/h; A混凝劑地最大投加量，mg/L; c溶液濃度，； n每天配置次數(shù)，一般為26次。,(2) 混凝劑溶液的投加,2. 混合設(shè)備,(1) 水泵混合,(2) 隔板混合,(3) 機械混合,3. 反應(yīng)設(shè)備,(1) 隔板反應(yīng)池,(2) 機械反應(yīng)池,第二節(jié) 中和法,一、概述,中和處理的目的是利用酸、堿性物質(zhì)調(diào)整廢水的酸、堿度，使其呈中性或接近中性，達到下一步處理或外排的要求。,中和法適用的廢水處理范圍 :,1、廢水排入受納水體前，其pH值指標超過排放標準； 2、工業(yè)廢水排入城市下水道系統(tǒng)前，以免對管道系統(tǒng)造成腐蝕。在排入前對工業(yè)廢水進行中和，比之對工業(yè)廢水與其他廢水混合后的大量廢水進行中和要經(jīng)濟的多； 3、中和法一般在廢水進行化學處理或生物處理之前進行。對生物處理而言，需將處理系統(tǒng)的pH維持在6.58.5范圍，以確保最佳的生物活力。,酸性廢水來源 :,主要來自礦山（排水）、化工、制酸、濕法冶金、鋼材及有色金屬表面酸洗處理、含二氧化硫煙氣洗滌、電鍍、電解、染料、制藥以及某些織物的生產(chǎn)等。,酸性廢水中酸的種類：,酸性廢水中有的含無機酸（如硫酸、鹽酸、磷酸、氫氟酸、氫氰酸等），有的含有機酸（如醋酸、甲酸、檸檬酸等）。,堿性廢水主要來源 ：,粘膠廠、印染廠、煉油廠、造紙廠、金屬加工廠等。,酸堿廢水分類：,強酸性廢水 pH 10,pH值調(diào)節(jié)與中和法的區(qū)別：,中和的目的是將處理后的廢水呈中性或接近中性。 pH值調(diào)節(jié)的目的是將廢水pH值調(diào)整至某一特定值（或范圍）以便達到某種特殊要求。例如將pH值由中性或酸性調(diào)至堿性，稱為堿化；如將pH值由中性或堿性調(diào)至酸性，稱為酸化。,二、酸性廢水的中和處理,1、投藥中和法 2、過濾中和法 3、酸堿廢水相互中和的方法,1、 投加法,常用藥劑是石灰、電石渣、石灰石等，有時也采用苛性鈉和碳酸鈉。,中和藥劑的投加量，可按化學反應(yīng)式進行估算。,石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，濃度在10左右，反應(yīng)在池中進行。,石灰量多時，可用生石灰。,為了防止產(chǎn)生沉淀，石灰乳槽均裝有攪拌設(shè)備。,2、過濾法,石灰石或白云石作中和劑時常呈粗粒狀，可作濾料，故用過濾法。,3、酸堿廢水相互中和的方法：,若廠區(qū)內(nèi)也有堿性廢水排出，則可利用堿性廢水來中和酸性廢水，達到以廢治廢的目的，此時應(yīng)進行中和能力的計算。,三、堿性廢水的中和處理,利用廢酸性物質(zhì)中和 投藥中和,1、利用廢酸性物質(zhì)中和法,廢酸性物質(zhì)包括含酸廢水、煙道氣等。煙道氣中CO2含量很高（可高達24），此外還含有SO2和H2S，因此可用來中和堿性廢水。用煙道氣中和堿性廢水的優(yōu)點是可以把廢水處理預(yù)消煙除塵結(jié)合起來，進而達到以廢治廢的目的，投資省，運行費用低，缺點是出水中的硫化物、耗氧量和色度都會顯著增加，還需進一步處理。,2、投藥中和法,常用的藥劑有硫酸、鹽酸以及壓縮的二氧化碳氣體等。,第三節(jié) 化學沉淀法,用易溶的化學藥劑(可稱沉淀劑)使溶液中某種離子以它的一種難溶的鹽和氫氧化物形式從溶液中析出，在化學上稱沉淀法，在化工和環(huán)境工程上稱化學沉淀法。,廢水處理中，常用化學沉淀法去除廢水中的有害離子，陽離子如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，陰離子如SO42-、PO43-。,難溶鹽和難溶氫氧化物在溶液中的離子的濃度之積(稱溶度積Ks)是常數(shù)，當能結(jié)合成難溶鹽的兩種離子的濃度之積超過這鹽的溶度積時，該鹽將析出，而這兩種離子的濃度將下降，需要去除的離子就與水分離。,二、化學沉淀法分類,氫氧化物沉淀法 硫化物沉淀法 碳酸鹽沉淀法 鉻酸鹽沉淀法 鹵化物沉淀法 鐵氧體沉淀法等。,1、氫氧化物沉淀法,很多金屬的氫氧化物難溶于水，例如銅、鉻、鎘、鉛、鐵等重金屬的氫氧化物的溶度積一般度很小。因此，可采用氫氧化物沉淀法去除水溶液中的重金屬離子。常用的沉淀劑由石灰、碳酸鈉、苛性鈉等。氫氧化物沉淀法采用的沉淀劑原料來源廣，價格較低，因而在生產(chǎn)實踐中應(yīng)用廣。,2、硫化物沉淀法,很多金屬硫化物的溶度積都很小，因此常用硫化物去除廢水中的重金屬離子。溶度積越小的物質(zhì)，越易形成硫化物沉淀析出，主要金屬硫化物的順序如下： Hg2+Ag+As+Cu2+Pb2+Cd2+Zn2+ Fe2+,3、碳酸鹽沉淀法,碳酸鹽沉淀法時向廢水中投加某種沉淀劑，使其與金屬離子生成碳酸鹽沉淀。,4、鉻酸鹽沉淀法,鉻酸鹽沉淀法僅用于去除廢水中的六價鉻，使用的沉淀劑有BaCl2、BaCO3、BaS等，因此也稱為鋇鹽法除鉻 。,鉻酸鹽沉淀法除鉻的原理 ：,BaCO3+H2CrO4=BaCrO4+CO2+H2O 2BaCO3+K2Cr2O7=2BaCrO4+K2CO3+CO2,5、鹵化物沉淀法,a、鈣鹽沉淀法脫氟 b、氯化物沉淀法除銀,a、鈣鹽沉淀法脫氟,含氟廢水的處理方法有離子交換法、電凝聚法、鈣鹽沉淀法等。其中，鈣鹽沉淀法可用于去除雜質(zhì)多、含氟濃度高的廢水。如廢水中還含有Mg2+等金屬離子，可先加石灰調(diào)pH值至911，此時廢水中同時生成氟化鈣和氫氧化鎂等沉淀物，由于氫氧化鎂兼具吸附和沉淀雙重功能，可使廢水中的含氟濃度降至8mg/L以下。,b、氯化物沉淀法除銀,氯化物沉淀法通常用于去除鍍銀和照相工藝中產(chǎn)生的含銀廢水。采用氯化物除銀，應(yīng)注意一下幾點： （1）當廢水中的銀含量很高時，例如氰化鍍銀銀槽中含銀濃度高達1345 g/L，那么先用電解法回收廢水中的銀，并將銀濃度降至100500 mg/L，然后再用氯化物沉淀法，使銀濃度降至幾mg/L。 （2）沉淀劑的投加量不能太多，以免沉淀的氯化銀又與氯離子產(chǎn)生絡(luò)合反應(yīng)，使部分固體氯化銀又重新溶解。 （3）當處理電鍍含銀廢水時，一般先采用氯化法氧化氰，反應(yīng)過程中釋放出來的氯離子再與銀離子發(fā)生沉淀反應(yīng)。,6、鐵氧體沉淀法,鐵氧體是一類具有一定晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物，是一種重要的磁性介質(zhì)。其化學組成主要是由二價金屬氧化物與三家金屬氧化物構(gòu)成。鐵氧體沉淀法就是采用適宜的處理工藝，是廢水中的各種金屬離子形成不溶性的鐵氧體晶粒沉淀析出，從而達到去除廢水中金屬離子的方法。,鐵氧體沉淀法的工藝流程 :,投加亞鐵鹽 pH值的調(diào)整 充氧加熱 固液分離 沉渣處理,投加亞鐵鹽,補充 Fe2+；通過氧化，補充Fe3+；若廢水中含有六價格，則可利用Fe2+還原六價格，生成Cr3+，作為鐵氧體的原料之一。,pH值的調(diào)整：一般降廢水中的pH值調(diào)整為89，以使大多數(shù)金屬氧化物能沉析出來。 充氧加熱：向廢水中通入氧氣，使Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，并通過加熱的方式促進反應(yīng)的進行，加速鐵氧體的形成。 固液分離：采用沉淀法或離心分離法使鐵氧體與廢水分離。此外，也可采用磁力分離法使之分離。,沉渣處理,由于沉渣的組成、性質(zhì)以及用途的不同，處理方式各異。若廢水成分單純而且濃度穩(wěn)定，則沉渣可用作鐵金氧磁體的原料。若廢水成分復(fù)雜，則沉渣可供制耐腐蝕瓷器或暫時堆置儲存。,第四節(jié) 氧化還原法,第四節(jié) 氧化還原法,一、基本原理 二、化學氧化法 三、化學還原法,一、基本原理,廢水中呈溶解狀態(tài)的無機物或有機物，通過化學反應(yīng)被氧化或還原為微毒、無毒的物質(zhì)，或者轉(zhuǎn)化成容易與水分離的狀態(tài)，從而達到處理目的的方法，稱為氧化還原法。 簡單無機物的化學氧化還原過程的實質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移。失去電子的元素被氧化，是還原劑；得到電子的元素被還原，是氧化劑。在一個化學反應(yīng)中，氧化和還原是同時發(fā)生的，某一元素失去電子，必定有另一元素得到電子。,有機物的氧化還原過程 ：,由于涉及共價鍵，電子的移動情形很復(fù)雜。許多反應(yīng)并不發(fā)生電子的直接轉(zhuǎn)移。只是原子周圍的電子云密度發(fā)生變化。目前還沒有建立電子云密度變化與氧化還原反應(yīng)的方向和程度之間的定量關(guān)系。因此，在實際上，凡是加氧或脫氫的反應(yīng)稱為氧化，而加氫或脫氧的反應(yīng)稱為還原；凡是與強氧化劑作用而使有機物分解成簡單的無機物如CO2、H2O等的反應(yīng)，可判斷為氧化反應(yīng)。,二、化學氧化法,1、空氣氧化法 2、氯氧化法 3、臭氧氧化法 4、高錳酸鹽的氧化法 5、過氧化氫氧化法 6、光氧化法,水處理中常用氧化劑,a、活潑非金屬中性分子，如O2、O3、Cl2等； b、帶正電荷的離子，接受電子后還原成帶較低正電荷的離子，如MnO4-中的Mn7+變?yōu)镸n2+,Fe3+變?yōu)镕e2+等； c、帶正電荷的離子，接受電子后還原成負離子，如漂白粉的次氯酸根中的Cl+變成為Cl-； d、電解槽的陽極； e、某些化學反應(yīng)產(chǎn)生新生態(tài)原子（如氧原子）等。,選擇氧化劑應(yīng)考慮的因素,a、對污染物有良好氧化還原作用； b、反應(yīng)生成物無害，不會產(chǎn)生二次污染； c、價格合理，來源易得； d、常溫下反應(yīng)迅速； e、反應(yīng)所需的pH值合適，不太高也不太低； f、操作簡便。,1 空氣氧化法,空氣氧化法就是把空氣鼓入廢水中，利用空氣中的氧氣氧化廢水中的污染物。,（1）地下水除鐵、錳,在缺氧的地下水中常出現(xiàn)二價鐵和錳。通過曝氣，可以將它們分別氧化為Fe(OH)3和MnO2沉淀物。 除鐵反應(yīng)式為：2 Fe2+1/2 O2+5H2O2 Fe(OH)3+4 H+ 考慮水中的堿度作用，總反應(yīng)式可寫為： 4 Fe2+ O2+8HCO3+2H2O4Fe(OH)3+8CO2,（2）工業(yè)廢水脫硫,石油煉制廠、石油化工廠、皮革廠、制藥廠等都排出大量含硫廢水。硫化物一般以鈉鹽或銨鹽形式存在于廢水中，如Na2S,NaHS,(NH4)2S,NH4HS.在酸性廢水中，也以H2S形式存在。當含硫量不很大，無回收價值時，可采用空氣氧化法脫硫。,2 氯氧化法,（1）氯系氧化劑 （2）氯氧化法在水處理中的應(yīng)用 （3） 加氯設(shè)備,（1）氯系氧化劑,常用的氯系氧化劑主要有液氯、漂白粉、次氯酸鈉、二氧化氯等。各藥劑的氧化能力用有效氯含量表示。氧化價大于-1的那部分具有氧化能力，稱之為有效氯。作為比較標準，取液氯的有效氯含量為100。,（2）氯氧化法在水處理中的應(yīng)用,在廢水處理中，氯氧化法主要用于去除氰化物、硫化物、酚類物質(zhì)等，此外還可用于脫色、除臭、消毒等。,a 含氰廢水處理,氧化反應(yīng)分為兩個階段進行。第一階段，CN-CNO-,在pH1011時，此反應(yīng)只需5分鐘，通?？刂圃?015分鐘。當用Cl2氧化劑時，要不斷的加堿，以維持必要的堿度；若采用NaOCl，由于水解呈堿性，只要反應(yīng)開始時調(diào)整好pH值，以后可不再加堿。雖然CNO-的毒性只有CN-的1/1000左右，但從保證水體安全出發(fā)，應(yīng)進行第二階段處理，即將CNO-氧化為NH3（酸性條件）或N2（pH88.5），反應(yīng)可在1小時之內(nèi)完成。,b 含酚廢水的處理,采用氯氧化除酚，理論投氯量與酚量之比為6：1時，即可將酚完全破壞， 但由于廢水中存在其他化合物也與氯作用，實際投氯量必須過量數(shù)倍，一般要超出10倍左右。如果投氯量不夠，酚氧化不充分，而且生產(chǎn)具有強烈臭味的氯酚。當氯化過程在堿性條件下進行時，也會產(chǎn)生氯酚。,c 廢水脫色,氯有較好的脫色效果，可用于印染廢水，TNT廢水脫色。脫色效果與pH值以及投氯方式有關(guān)。在堿性條件下效果更好。若輔加紫外線照射，可大大提高氯氧化效果，從而降低氯用量。,(3) 加氯設(shè)備,氯氣是一種有毒的刺激性氣體。當空氣中氯氣濃度達到4060mg/L時，呼吸0.51小時即有危險。因此氯的運輸、儲存及使用應(yīng)特別謹慎小心，確保安全。加氯設(shè)備的安裝位置應(yīng)盡量的靠近加氯點。加氯設(shè)備應(yīng)結(jié)構(gòu)堅固，防凍保溫，通風良好，并備有檢修及搶修設(shè)備。 氯氣是一般加壓成液氯，用鋼瓶裝運，干燥的氯氣或液氯對鐵、鋼、鉛、銅都沒有腐蝕性，但氯溶液對一般金屬腐蝕性很大，因此使用液氯瓶時，要嚴防水通過加氯設(shè)備進入氯瓶。當氯瓶出現(xiàn)泄漏不能制止時，應(yīng)將氯瓶投入到水或堿液中。,3 臭氧氧化法,（1）臭氧性質(zhì) （2）臭氧的制備方法 （3）臭氧氧化法在水處理中的應(yīng)用,（1）臭氧性質(zhì),（1）不穩(wěn)定性 臭氧不穩(wěn)定，在常溫下容易自行分解成為氧氣并放出熱量。 2O3=3O3+H, H=284kJ/mol MnO2，PbO2等催化劑的存在或經(jīng)紫外輻射都會促使臭氧分解。臭氧在空氣中的分解速度與臭氧濃度和溫度有關(guān)。,（1）臭氧性質(zhì),（2）溶解性 臭氧在水中溶解度要比純氧高10倍,比空氣高25倍。溶解度主要取決于溫度和氣相分壓，也受氣相總壓影響。在常壓下，20時的臭氧在水中的濃度和在氣相中的平衡濃度之比為0.285。 （3）毒性 高濃度臭氧是有毒氣體，對眼及呼吸器官有強烈的刺激作用。正常大氣中含臭氧的濃度是（14）108，當臭氧濃度達到（110）108時可引起頭痛、惡心等癥狀。我國工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準TJ3679規(guī)定車間空氣中O3的最高容許濃度為0.3 mg/m3。,（1）臭氧性質(zhì),（4）氧化性 臭氧是一種強氧化劑，其氧化還原電位與pH值有關(guān)。在酸性溶液中，E2.07V，氧化性僅次于氟。在堿性溶液中，E1.24V，氧化能力略低于氯（E1.36V）。研究指出，在PH5.69.8，水溫039范圍內(nèi)，臭氧的氧化效率不受影響。,（2）臭氧的制備方法,臭氧的制備方法較多，有化學法、電解法、紫外光法、無聲放電法等。工業(yè)上一般采用無聲放電法制取。,（3） 臭氧氧化法在水處理中的應(yīng)用,水經(jīng)臭氧處理，可達到降低COD、殺菌、增加溶解氧、脫色除臭、降低濁度幾個目的。 臭氧的消毒能力比氯更強。對脊髓灰質(zhì)炎病毒，用氯消毒，保持0.51mg/L余氯量，需1.52h,而達到同樣效果，用臭氧消毒，保持0.0450.45mg/L剩余O3，只需2min。若初始O3超過1mg/L ,經(jīng)1min接觸病毒去除率可達到99.99。,臭氧法處理煉油廢水效果：,某煉油廠利用O3處理重油裂解廢水，廢水含酚45mg/L，CN- 46 mg/L,S2- 45mg/L，油1530mg/L，COD 400500mg/L，pH11，水溫45。投加O3280mg/L，接觸12min，處理出水含酚0.005mg/L，CN- 0.10.2mg/L，S2- 0.30.4mg/L，COD 90120mg/L，油23mg/L。,臭氧法特點：,將混凝或活性污泥法與臭氧化聯(lián)合，可以有效地去除色度和難降解的有機物。紫外線照射可以激活O3分子和污染物分子，加快反應(yīng)速度，增強氧化能力，降低臭氧消耗量。目前臭氧氧化法存在的缺點是電耗大，成本高。,4 高錳酸鹽的氧化法,高錳酸鹽也是一種強氧化劑，能與水中的Fe2+、Mn2+、S2-、CN-、酚及其他致臭致味有機物很好地反應(yīng)，選擇適當投量，它能殺死很多藻類和微生物。與臭氧處理一樣 ，出水無異味。其投加與檢測均方很方便。,5 過氧化氫氧化法,過氧化氫與催化劑Fe2+構(gòu)成的氧化體系通常稱為Fenton試劑。在Fe2+催化下，H2O2能產(chǎn)生兩種活潑的氫氧自由基，從而引發(fā)和傳播自由基鏈反應(yīng)，加快有機物和還原性物質(zhì)的氧化。 Fenton試劑氧化一般在pH3.5下進行，在該pH值時其自由基生成速率最大。 過氧化氫與紫外光合并使用可氧化鹵代脂肪烴、一酸鹽、有機酸以及炸藥等。 通過投加的氧化劑劑量來控制氧化程度，使廢水中的有機物發(fā)生部分氧化、偶合或聚合， 形成分子量不太大的中間產(chǎn)物，從而改變它們的可生物降解性、溶解性及混凝沉淀性，然后通過生化法或混凝沉淀法去除。該法與深度氧化相比，可大大節(jié)約氧化劑用量，降低處理成本。,6 光氧化法,光氧化法是一種化學氧化法，其主要是利用光和氧化劑產(chǎn)生很強的氧化作用來氧化分解廢水中有機物和無機物。常用的氧化劑為氯氣，常用的光源為紫外光。實踐證明，在加氯的廢水中照射紫外線，可使氯的氧化能力加強10倍以上。原理：氯氣和水作用生成次氯酸，次氯酸分子吸收紫外光后，產(chǎn)生初生態(tài)氧，在光的作用下，把有機物氧化成CO2和H2O。光氧化法可用于去除醫(yī)院廢水和印染廢水等。,7 高級氧化技術(shù)定義,一般地，將涉及到羥基自由基的氧化過程稱為高級氧化流程；廣義地，也包括一些反應(yīng)機理