第7章 氧化還原與消毒-13-14-02

1、第7章 氧化還原與消毒l7.1 概述概述l7.2 氯氧化與消毒氯氧化與消毒l7.3 臭氧氧化與消毒臭氧氧化與消毒l7.4 其它氧化與消毒方法其它氧化與消毒方法l7.5 高級(jí)氧化概述高級(jí)氧化概述7.1 概述l7.1.1 氧化劑和消毒方法氧化劑和消毒方法l7.1.2 化學(xué)氧化化學(xué)氧化l7.1.3 消毒與滅活消毒與滅活7.1.1 氧化劑和消毒方法l一、消毒定義一、消毒定義l二、消毒方法二、消毒方法l三、消毒機(jī)理三、消毒機(jī)理l四、常見(jiàn)的氧化劑四、常見(jiàn)的氧化劑l五、消毒的優(yōu)缺點(diǎn)及工藝選擇五、消毒的優(yōu)缺點(diǎn)及工藝選擇一、消毒定義l消毒過(guò)程消毒過(guò)程：氧化劑在水處理過(guò)程中可以與水中微生物如原生動(dòng)物、浮游生物、藻

2、類、細(xì)菌、病毒等作用，使之滅活或強(qiáng)化去除的過(guò)程。l消毒：消毒：將水體中的病原微生物(pathogenic organisms)滅活，使之減少到可以接受的程度。二、消毒方法l化學(xué)藥劑（氧化劑等）l物理法（熱和光）l機(jī)械法（格網(wǎng)、膜）l輻射（射線、電子束）三、消毒機(jī)理l消毒主要有以下幾個(gè)方面的作用：l（1） 破壞細(xì)胞壁；l（2） 改變細(xì)胞通透性；l（3） 改變微生物的DNA或RNA；l（4） 抑制酶的活性。四、常見(jiàn)的氧化劑l氯；l臭氧；l二氧化氯；l過(guò)氧化氫；l高錳酸鹽；l高鐵酸鹽等。五、消毒的優(yōu)缺點(diǎn)及工藝選擇名名稱稱 優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn) 缺缺 點(diǎn)點(diǎn) 使用條件使用條件液氯效果可靠，投配設(shè)備簡(jiǎn)單，投量準(zhǔn)確，

3、價(jià)格便宜氯化形成的余氯及某些含氯化合物低濃度時(shí)對(duì)水生生物有害，當(dāng)污水含工業(yè)廢水比例大時(shí)，氯化可能生成致癌物質(zhì)適用于大、中型污水處理場(chǎng)臭氧消毒效率高并能有效降解水中殘留有機(jī)物、色、味等；污水PH及溫度對(duì)消毒影響很小，不產(chǎn)生難處理或生物積累性殘余物投資大、成本高、投資管理較復(fù)雜適用出水水質(zhì)好，排入水體的水質(zhì)要求高的污水處理廠次氯酸鈉用海水或濃鹽水作為材料生產(chǎn)，可在污水廠現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)并直接投配，使用方便，投量可以直接控制需要有次氯酸鈉發(fā)生器和投配設(shè)備適用于中、小型污水處理廠紫外線是紫外線照射和氯化共同作用的物理化學(xué)方法，消毒效率高紫外線照射燈貨源不足，電耗能量多適用于小型污水處理廠7.1.2 化學(xué)氧化l

4、 化學(xué)氧化的分類：按化學(xué)藥劑在水處理過(guò)程中的投加點(diǎn)不同和產(chǎn)生的作用不同，分為預(yù)氧化、中間氧化和后氧化，如下圖所示：化學(xué)氧化的作用l 化學(xué)預(yù)氧化化學(xué)預(yù)氧化對(duì)水中藻類、浮游生物、色度、臭、味、有機(jī)物、鐵、錳等具有顯著的去除作用，同時(shí)可破壞氯化消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物質(zhì)。l 中間氧化中間氧化通常設(shè)在常規(guī)處理工藝的沉淀之后或過(guò)濾之后，作為水的深度處理手段，通過(guò)與顆?；钚蕴浚℅AC）或生物活性炭（BAC）聯(lián)用，利用活性炭的良好吸附性能和生物降解功能將氧化后的形成的可生化性較高的小分子有機(jī)物、有毒、有害中間產(chǎn)物及消毒副產(chǎn)物等進(jìn)一步去除。l 后氧化后氧化是保證飲用水衛(wèi)生安全的最后一道屏障，其主要目的是消毒，即滅活

5、水中致病微生物。水中消毒劑的類別l （1）氧化劑氧化劑：通過(guò)氧化作用破壞有機(jī)體內(nèi)的物質(zhì)而達(dá)到滅活微生物的作用；l （2）金、銀等重金屬離子金、銀等重金屬離子：重金屬能夠使微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)失去活性，例如銅離子能滅活藻類；l （3）一些物理方法一些物理方法：紫外線、超聲波、輻射，還有加熱法、冷凍法、機(jī)械過(guò)濾等；l （4）陽(yáng)離子表面活性劑陽(yáng)離子表面活性劑：如季銨類和吡啶鎓。7.1.3 消毒與滅活l 液氯的優(yōu)缺點(diǎn)：液氯的優(yōu)缺點(diǎn)：l 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：消毒效果好，成本較低，可在管網(wǎng)中保持一定余量；l 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：氯與水中一些有機(jī)物作用產(chǎn)生對(duì)人體有害的副產(chǎn)物l 衡量消毒劑的消毒效果衡量消毒劑的消毒效果一般要確定所

6、使用的消毒劑對(duì)微生物的滅活速率，最終決定有效接觸時(shí)間及投加量。消毒與滅活l （1）Chick定律式中 接觸t時(shí)間后存活的微生物數(shù)量； 初始微生物數(shù)量； 速率常數(shù)， ； 接觸時(shí)間，s；Wastson又提出了速率常數(shù)k與消毒劑濃度C的關(guān)系：式中 稀釋系數(shù)； 與消毒劑濃度無(wú)關(guān)的速率常數(shù)。0ln(/)N Nkt0NNktnkk Cnk1T（2）CT值l 微生物在消毒過(guò)程中的滅活速率可用Gard方程表示：l 對(duì)上式從t0到tT積分得：l 令a=1/b和k/a=kb=n，使b的單位與CT完全一樣得：l 上式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：1()dNkCNdta CT/011()k aNNa CT01nNCTNb0nNCT

7、Nb7.2 氯氧化與消毒l7.2.1 氯的性質(zhì)l7.2.2 氯消毒過(guò)程l7.2.3 氯化消毒副產(chǎn)物（DBP）的形成及控制l7.2.4 加氯點(diǎn)l7.2.5 加氯設(shè)備、加氯間和氯庫(kù)7.2.1 氯的性質(zhì)l 氯氣是一種黃色氣體，密度為3.2 ，極易被壓縮成琥珀色的液氯。l 氯氣容易溶解于水，在20和98kPa時(shí)，溶解度為7160mg/L。l 氯溶解在水中很快發(fā)生的反應(yīng)：l 起消毒作用的主要是HOCl。3/kg m22ClH OHOClHClHOClHOCl7.2.2 氯消毒過(guò)程（1）氯消毒機(jī)理）氯消毒機(jī)理l氯化作用（氯化作用（chlorination）常用作消毒的同義詞。）常用作消毒的同義詞。 易溶于

8、水中，在清水中，發(fā)生下列反應(yīng)： Cl2 + H2O HOCl + H+ + Cl- HOCl H+ + OCl- lHOCl和OCl-的比例與水中溫度和pH有關(guān)。pH高時(shí)，OCl-較多； pH9，OCl-接近100%； pH6，HOCl接近100%； pH=7.54, HOCl=OCl-不同pH值和水溫時(shí)水中HOCL和OCl的比例關(guān)系圖（2）折點(diǎn)加氯法加氯曲線加氯曲線水中無(wú)任何微生物、有機(jī)物等，加氯量余氯，如下圖中的 水中有機(jī)物較少時(shí)，需氯量滿足以后就是余氯，如下圖中的折點(diǎn)加氯法H：峰點(diǎn)：峰點(diǎn) B：折點(diǎn)：折點(diǎn) OA段段：水中雜質(zhì)把氯消耗光。 AH段段：氯與氨反應(yīng)，有余氯存在，有一定消毒效果，但

9、余氯為化合性氯，其主要成分是一氯氨。 HB段段：仍然是化合性余氯，加氯量繼續(xù)增加，氯氨被氧化成不起消毒作用的化合物，余氯反而減少。 BC段段：B點(diǎn)以后，出現(xiàn)自由性余氯。 加氯量超過(guò)折點(diǎn)需要量：折點(diǎn)氯化折點(diǎn)氯化 當(dāng)原水游離氨0.5mg/L時(shí)加氯量控制在峰點(diǎn)前。7.2.3 氯化消毒副產(chǎn)物（DBP）的形成及控制l 水中消毒副產(chǎn)物在500種以上；l 三鹵甲烷（THM）和鹵乙酸（HAA）被認(rèn)為是氯化消毒過(guò)程中形成的兩大類主要副產(chǎn)物。l 危害：THM中的物質(zhì)已被證明為致癌物質(zhì)或可疑致癌物；HAA致癌風(fēng)險(xiǎn)更高。l 目前控制水中氯化消毒副產(chǎn)物的技術(shù)有三種：l （1）強(qiáng)化混凝l （2）粒狀活性炭吸附l （3）膜

10、過(guò)濾7.2.4 加氯點(diǎn)l濾后加氯濾后加氯 l濾前加氯濾前加氯混凝劑投加時(shí)加氯，提高混凝效果。 l管網(wǎng)中途加氯管網(wǎng)中途加氯 一般設(shè)在加壓泵站或水庫(kù)泵站內(nèi)7.2.5 加氯設(shè)備、加氯間和氯庫(kù)l一般用氯氣一般用氯氣：有毒氣體，在68氣壓下變成液氯； l使用時(shí)采用氯瓶使用時(shí)采用氯瓶。干燥氯氣和液氯對(duì)鋼瓶無(wú)腐蝕作用，但遇水或受潮則會(huì)嚴(yán)重腐蝕金屬。因此，必須嚴(yán)格防止水和潮氣進(jìn)入氯瓶。l人工操作加氯設(shè)備人工操作加氯設(shè)備：加氯機(jī)（手動(dòng)）、氯瓶和校核氯瓶重量的磅秤等；缺點(diǎn)缺點(diǎn)是：加氯量調(diào)節(jié)滯后，余氯不穩(wěn)定。l自動(dòng)加氯設(shè)備自動(dòng)加氯設(shè)備：加氯機(jī)（自動(dòng)）、氯瓶、自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制裝置。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：能隨著流量、氯壓等變化調(diào)

11、節(jié)加氯量。l正壓加氯存在的問(wèn)題正壓加氯存在的問(wèn)題：多處漏氯和加氯不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響余氯合格率，且設(shè)備腐蝕較快，經(jīng)常跑氯。l普遍采用真空加氯機(jī)真空加氯機(jī)加氯設(shè)備、加氯間和氯庫(kù)l 氯氣氣源間漏氣有三處氯氣氣源間漏氣有三處：（1）閥門泄漏；（2）氯氣瓶針形閥慢性泄漏；（3）氯氣瓶表體泄漏。l 解決的辦法解決的辦法：在氯氣間設(shè)置氯氣吸收裝置。l 氯氣吸收系統(tǒng)原理氯氣吸收系統(tǒng)原理：將泄漏至廠房的氯氣，用風(fēng)機(jī)送入吸收系統(tǒng)，經(jīng)化學(xué)物質(zhì)吸收而轉(zhuǎn)化為其它物質(zhì)，避免氯氣直接排入大氣、污染環(huán)境。l 經(jīng)常使用的吸收劑為堿性強(qiáng)、吸收率高的NaOH。l Na與氯氣的反應(yīng)式為：222NaOHClNaClONaClH O7.3

12、 臭氧氧化與消毒l7.3.1 臭氧的物理化學(xué)性質(zhì)臭氧的物理化學(xué)性質(zhì) l7.3.2 臭氧氧化作用機(jī)理臭氧氧化作用機(jī)理l7.3.3 臭氧氧化有機(jī)物的特征臭氧氧化有機(jī)物的特征l7.3.4 臭氧預(yù)氧化對(duì)水處理效果的影響臭氧預(yù)氧化對(duì)水處理效果的影響l7.3.5 臭氧中間氧化臭氧中間氧化l7.3.6 臭氧消毒臭氧消毒l7.3.7 臭氧處理工藝系統(tǒng)臭氧處理工藝系統(tǒng)7.3.1 臭氧的物理化學(xué)性質(zhì)l臭氧的分子式為O3，一般為無(wú)色的氣體，具有特異的臭味，能夠刺激口、鼻等器官的粘膜。l臭氧的氧化力較強(qiáng)，以氧化還原電位表示，在酸性條件下為E2.07V，在堿性條件下為E1.24V。臭氧的沸點(diǎn)為-112，融點(diǎn)為-19.3

13、。l臭氧溶于水，溶解度與水溫呈反比關(guān)系。在常溫條件下，溶解量約為20mgL。 l臭氧在水中自行分解為氧，自行分解的速度由水溫和pH值所控制，高水溫與高高水溫與高pH值值能夠促進(jìn)分解。7.3.2 臭氧氧化作用機(jī)理l 1. 臭氧與無(wú)機(jī)物作用臭氧與無(wú)機(jī)物作用l 臭氧能氧化大部分無(wú)機(jī)物，例如在預(yù)臭氧化中，臭氧可有效地將水中溶解性鐵、錳等無(wú)機(jī)離子轉(zhuǎn)化為難溶解性氧化物，使其從水中沉淀出來(lái)。l 2. 臭氧與有機(jī)物作用機(jī)理臭氧與有機(jī)物作用機(jī)理l 作用途徑有二：l （1）臭氧分子與有機(jī)污染物間的直接氧化作用；這是緩慢且有明顯選擇性的反應(yīng)；l （2）臭氧被分解后產(chǎn)生羥基自由基，間接地與水中有機(jī)污染物作用，這一反應(yīng)

14、速率快，且沒(méi)有選擇性。7.3.3 臭氧氧化有機(jī)物的特征l （1）能夠?yàn)槌粞跹趸挠袡C(jī)物有：蛋白質(zhì)、氨基酸、木質(zhì)素、腐殖酸、鏈?zhǔn)讲伙柡突衔锖颓杌锏取Ｔ诔粞醯淖饔孟?，不飽和化合物形成臭氧化物，臭氧化物水解，不飽和化合物即行開裂。此外，臭氧對(duì)CHO-、NH2-、SH-、OH-、NO-等官能團(tuán)也有氧化作用。l （2）臭氧對(duì)有機(jī)物的氧化，難于達(dá)到形成CO2和H2O的完全無(wú)機(jī)化階段，只能進(jìn)行部分氧化，形成中間產(chǎn)物。 l （3）用臭氧對(duì)二級(jí)處理水進(jìn)行氧化處理，形成的中間產(chǎn)物主要有：甲醛、丙酮酸、丙酮醛和乙酸。但是如臭氧足夠，氧化還會(huì)繼續(xù)進(jìn)行下去，除乙酸外，其他物質(zhì)都可能為臭氧所分解。臭氧氧化有機(jī)物的特征

15、l（4）污水用臭氧進(jìn)行處理，BODCOD比值隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而提高，說(shuō)明污水的可生化性得到改善。 l（5）臭氧對(duì)二級(jí)處理水進(jìn)行處理，COD去除率與pH值有關(guān)，pH值上升去除率也顯著提高，在高pH值的條件下，臭氧自行分解進(jìn)行非常顯著，在其分解過(guò)程中生成活性很強(qiáng)的OH ，在OH的作用下，COD得到很高的去除率。7.3.4 臭氧預(yù)氧化對(duì)水處理效果的影響l 1. 除藻除味l 臭氧預(yù)氧化具有良好的除藻、殺菌、除臭作用，當(dāng)臭氧投加量為2mg/L時(shí)，能使除藻效率提高1020。l 2. 控制氯化消毒副產(chǎn)物的作用l （1）臭氧預(yù)氧化對(duì)三鹵甲烷（THM）的控制作用；l （2）臭氧預(yù)氧化對(duì)其他氯化消毒副產(chǎn)物的作用；l

16、 （3）氧化助凝作用；l （4）臭氧氧化副產(chǎn)物。7.3.5 臭氧中間氧化l 在常規(guī)凈水工藝的沉后或?yàn)V后投加臭氧，可以氧化常規(guī)工藝難以去除的微量有機(jī)污染物微量有機(jī)污染物。l 但是臭氧不可能將三鹵甲烷前驅(qū)物徹底氧化破壞，只是增加了可生化性，對(duì)水中已形成的三鹵甲烷幾乎沒(méi)有作用，一般要經(jīng)過(guò)吸附工藝去除。l 人們開發(fā)了臭氧生物活性炭聯(lián)用技術(shù)臭氧生物活性炭聯(lián)用技術(shù)。l 將臭氧化學(xué)氧化、活性炭物理化學(xué)吸附、生物氧臭氧化學(xué)氧化、活性炭物理化學(xué)吸附、生物氧化降解化降解合為一體的除污染工藝。7.3.6 臭氧消毒l 1. 作用作用：既是氧化劑，又是消毒劑，在水中投入臭氧進(jìn)行消毒或氧化通稱臭氧化。l 2. 臭氧消毒的

17、特點(diǎn)臭氧消毒的特點(diǎn)：主要靠OH的作用，它的氧化作用極強(qiáng)（E03.06V）。但作為消毒劑，由于臭氧在水中不穩(wěn)定，易散失，因此在O3消毒之后，往往需要投加少量的氯等以維持水中剩余消毒劑。l 3. 優(yōu)點(diǎn)：消毒效果好，且劑量小、作用快，不會(huì)產(chǎn)生三鹵甲烷等有害物質(zhì)，也可改善水的口感和感觀性能。l 4. 缺點(diǎn)：臭氧消毒生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜，投資較大，電耗也較高l 5. 飲用水的投加臭氧劑量一般為0.21.5mg/L。臭氧消毒l臭氧作為深度處理技術(shù)，臭氧對(duì)二級(jí)處理水進(jìn)行以回用為目的的處理，其主要的任務(wù)是：l （1）去除污水中殘存的有機(jī)物；l （2）脫除污水的著色；l （3）殺菌消毒。7.3.7 臭氧處理工藝系統(tǒng)l

18、臭氧處理工藝組成部分（1）臭氧發(fā)生系統(tǒng)；（2）接觸反應(yīng)系統(tǒng)；（3）尾氣處理系統(tǒng)。l （1）臭氧發(fā)生系統(tǒng)）臭氧發(fā)生系統(tǒng)：包括氣體的預(yù)處理、臭氧發(fā)生器、供電設(shè)備、電氣控制及檢測(cè)設(shè)備等。l （2）接觸反應(yīng)系統(tǒng)）接觸反應(yīng)系統(tǒng)：1）以純氧或富氧空氣為原料氣的閉路系統(tǒng)；2）以空氣或富氧空氣為原料氣的開路系統(tǒng)。閉路提高了原料氣的含氧率，降低生產(chǎn)成本。l （3）尾氣處理系統(tǒng)）尾氣處理系統(tǒng)：活性炭吸收法、化學(xué)吸收法、催化氧化法和燃燒法。l 臭氧不能貯存，需現(xiàn)場(chǎng)邊發(fā)生邊使用臭氧處理工藝系統(tǒng)l 臭氧消毒的工藝流程見(jiàn)下圖。臭氧在水中的溶解度僅10mgL，因此通入水中的臭氧往往不可能全部被利用，為了提高臭氧的利用率，接

19、觸反應(yīng)池最好建成水深為56m的深水池、或建成封閉的幾格串聯(lián)的接觸池、設(shè)管式或板式微孔擴(kuò)散器散布臭氧。 空壓機(jī)干燥器臭氧發(fā)生器污水接觸反應(yīng)池消除臭氧出水7.4 其它氧化與消毒方法l7.4.1 氯氨消毒氯氨消毒l7.4.2 二氧化氯消毒二氧化氯消毒l7.4.3 次氯酸鈉消毒次氯酸鈉消毒l7.4.4 高錳酸鹽氧化高錳酸鹽氧化l7.4.5 紫外線消毒紫外線消毒7.4.1 氯氨消毒l 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：水中含有有機(jī)物和酚時(shí)，氯氨消毒不會(huì)產(chǎn)生氯臭和氯酚臭，同時(shí)可大大減小THMS的可能性；能保持水中余氯較久，適用于供水管網(wǎng)較長(zhǎng)的情況。l 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：作用緩慢，殺菌能力比自由氯弱。單獨(dú)使用的情況較少。l 人工投加氨

20、可以是液氨、硫酸氨或氯化氨。l 氯和氨的投加量視水質(zhì)不同而有所不同。一般采用氯：氨3：16：1l 采用氯氨消毒時(shí)，一般先加氨，再加氯。7.4.2 二氧化氯消毒l 1. 二氧化氯的物理化學(xué)性質(zhì)l 二氧化氯是一種綠色氣體，沸點(diǎn)11，凝固點(diǎn)59，具有與氯一樣的氣味，比氯更刺激，毒性更大。易溶于水，是一種易于爆炸的氣體。因其易于揮發(fā)、易爆炸等特性，所以不易貯存，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)制備和使用。l 2. 二氧化氯氧化消毒的機(jī)理l ClO2既是消毒劑又是氧化能力很強(qiáng)的氧化劑， 對(duì)細(xì)菌的細(xì)胞具有較強(qiáng)的吸附和穿透能力，能有效地破壞細(xì)菌內(nèi)含巰基的酶；消毒能力比氯強(qiáng)。l ClO2的投加量約為1.02.0 mg/L二氧化氯消

21、毒l 二氧化氯消毒的特點(diǎn)：二氧化氯消毒的特點(diǎn)：l （1）不會(huì)與水中有機(jī)物作用生成三鹵甲烷,不會(huì)生成氯酚l （2）ClO2余量能在管網(wǎng)中保持很長(zhǎng)的時(shí)間，即衰減速度比氯慢。l （3）ClO2不水解，消毒受pH影響較小。l （4）作為氧化劑，能去除或降低水的色、嗅及鐵、錳、酚等物質(zhì)。l （5）ClO2本身和副產(chǎn)物亞氯酸根ClO2對(duì)人體血紅細(xì)胞有損害。有報(bào)道認(rèn)為還對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)及生殖系統(tǒng)有損害。因此，美國(guó)對(duì)水的剩余ClO2和ClO2-的總量規(guī)定不超過(guò)1.0mg/L。歐洲一些國(guó)家有自己的一些規(guī)定，但目前我國(guó)還沒(méi)有規(guī)定。二氧化氯消毒l 二氧化氯的制備方法：二氧化氯的制備方法：l （1）亞氯酸鈉和氯制取 l

22、 （2）酸與亞氯酸鈉制取HClHOClOHCl2222ClH OHOClHCl222222HOClHClNaClOClONaClH O222222ClNaClOClONaCl22254452NaClOHClClONaClH O2242242105854NaClOH SOClONa SOH O7.4.3 次氯酸鈉消毒l 次氯酸鈉消毒通常用于小型水廠，因其易分解，常用次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場(chǎng)制取，反應(yīng)如下： NaCl + H2O - NaOCl + H2l 次氯酸鈉也是強(qiáng)氧化劑和消毒劑，但消毒效果不如氯。l 次氯酸鈉的消毒仍靠HOCl。反應(yīng)如下： NaOCl + H2O - HOCl + NaOH7.4

23、.4 高錳酸鹽氧化l 高錳酸鹽主要有高錳酸鉀、高錳酸鈉和高錳酸鈣等，其中高錳酸鉀應(yīng)用最為廣泛。l 1. 高錳酸鉀的物理化學(xué)性質(zhì)高錳酸鉀的物理化學(xué)性質(zhì)l 化學(xué)式為 ，暗黑色菱柱狀閃光晶體，易溶于水，其水溶液顏色呈紫紅色，固體相對(duì)密度2.7，加熱到200以上分解放出氧氣。l 2. 高錳酸鉀去除有機(jī)物的作用機(jī)理高錳酸鉀去除有機(jī)物的作用機(jī)理l 作用復(fù)雜，有高錳酸鉀與有機(jī)物間的直接作用；也有高錳酸鉀在反應(yīng)過(guò)程中形成的新生態(tài)水合二氧化錳對(duì)微量有機(jī)污染物的吸附與催化作用；同時(shí)還有高錳酸鉀在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的介穩(wěn)狀態(tài)中間產(chǎn)物的氧化作用。4KMnO高錳酸鹽氧化l 3. 高錳酸鉀預(yù)氧化控制氯化消毒副產(chǎn)物及助凝作高錳

24、酸鉀預(yù)氧化控制氯化消毒副產(chǎn)物及助凝作用用l 高錳酸鉀預(yù)氧化能夠破壞水中氯化消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物質(zhì)，從而降低氯化消毒副產(chǎn)物生產(chǎn)量；l 由于吸附作用等使高錳酸鉀對(duì)多種地表水表現(xiàn)出不同程度的助凝作用；l 研究結(jié)果表明，高錳酸鉀預(yù)氧化與生物活性炭組合可有效地強(qiáng)化對(duì)水中氨氮和有機(jī)物的去除7.4.5 紫外線消毒l水銀燈發(fā)出的紫外光，能穿透細(xì)胞壁并與細(xì)胞質(zhì)反應(yīng)而達(dá)到消毒的目的。紫外光波長(zhǎng)為25003600埃的殺菌能力最強(qiáng)。因?yàn)樽贤夤庑枵胀杆畬硬拍芷鹣咀饔茫饰鬯械膽腋∥?、濁度，有機(jī)物和氨氮都會(huì)干擾紫外光的傳播，因此處理水水質(zhì)，光傳播系數(shù)越高，紫外線消毒的效果也越好。 l紫外線消毒的工藝流程見(jiàn)下圖：l紫外線消

25、毒的照射強(qiáng)度為0.190.25Wscm2，污水層深度為0.651.0m。照射池污水處理水電能紫外線消毒l紫外線消毒與液氯消毒比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）消毒速度快，效率高。據(jù)試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，經(jīng)紫外線照射幾十秒鐘即能殺菌。一般大腸肝菌的平均去除率可達(dá)98，細(xì)菌總數(shù)的平均去除率為96.6。此外還能去除液氯法難以殺死的芽孢與病毒； （2）不影響水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分，不增加水的嗅和味； （3）操作簡(jiǎn)單，便于管理，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。l紫外線消毒的缺點(diǎn)是：不能解決消毒后在管網(wǎng)中再污染問(wèn)題，電耗較大，水中懸浮雜質(zhì)妨礙光線透射等7.5 高級(jí)氧化概述l7.5.1 高級(jí)氧化工藝（高級(jí)氧化工藝（AOP）簡(jiǎn)介）簡(jiǎn)介l7

26、.5.2 常見(jiàn)的高級(jí)氧化過(guò)程常見(jiàn)的高級(jí)氧化過(guò)程7.5.1 高級(jí)氧化工藝（AOP）簡(jiǎn)介l1. 高級(jí)氧化工藝的定義高級(jí)氧化工藝的定義（Glaze于1987年提出）： l 任何以產(chǎn)生羥基自由基OH為目的的過(guò)程均是高級(jí)氧化工藝l 2. 高級(jí)氧化工藝特點(diǎn)：高級(jí)氧化工藝特點(diǎn)： l（1）反應(yīng)速率快：由于羥基自由基具有極強(qiáng)的氧化性，這使得他可以與絕大多數(shù)有機(jī)物和無(wú)機(jī)物在水中迅速反應(yīng)；l（2）氧化效率高：絕大多數(shù)有機(jī)物可以被徹底氧化。 l3. 高級(jí)氧化工藝的主要目的：高級(jí)氧化工藝的主要目的：l利用OH的強(qiáng)氧化性，保證高效、徹底的氧化水中的微污染有機(jī)物。7.5.2 常見(jiàn)的高級(jí)氧化過(guò)程l1. Fenton試劑反應(yīng)l

27、2. 過(guò)程l3. 催化氧化l4. 臭氧高級(jí)氧化過(guò)程l5. 超聲波高級(jí)氧化l6. 高能電子輻射22/H O UV2/UV TiO思考題及思考題及習(xí)題習(xí)題l 1、目前水的消毒方法主要有哪幾種？簡(jiǎn)要評(píng)述各種消毒方法的優(yōu)缺點(diǎn)。l 2、什么叫自由性氯？什么叫化合性氯？?jī)烧呦拘Ч泻螀^(qū)別？簡(jiǎn)述兩者消毒原理。l 3、水的pH值對(duì)氯消毒作用有何影響？為什么？l 4、什么叫折點(diǎn)加氯？出現(xiàn)折點(diǎn)的原因是什么？簡(jiǎn)述折點(diǎn)加氯的過(guò)程？折點(diǎn)加氯的意義?l 5、什么叫余氯？余氯的作用是什么？l 6、制取ClO2有哪幾種方法？寫出它們的化學(xué)反應(yīng)式并簡(jiǎn)述ClO2消毒原理和主要特點(diǎn)。l 7、用什么方法制取O3和NaClO？簡(jiǎn)述其

28、消毒原理和優(yōu)缺點(diǎn)。2.0.95 液氯消毒法 chlorine disinfection將液氯汽化后通過(guò)加氯機(jī)投入水中接觸完成氧化和消毒的方法。2.0.96 氯胺消毒法 chloramine disinfection氯和氨反應(yīng)生成一氯胺和二氯胺以完成氧化和消毒的方法。2.0.97 二氧化氯消毒法 chlorine dioxide disinfection將二氧化氯投加水中以完成氧化和消毒的方法。2.0.98 臭氧消毒法 ozone disinfection將臭氧投加水中以完成氧化和消毒的方法。2.0.99 紫外線消毒法 ultraviolet disinfection利用紫外線光在水中照射一定時(shí)

29、間以完成消毒的方法。2.0.100 漏氯（氨）吸收裝置 chloramine (ammonia) absorption system將泄漏的氯（氨）氣體吸收并加以中和達(dá)到排放要求的全套裝置。2.0.101預(yù)臭氧pre-ozonation設(shè)置在混凝沉淀或澄清之前的臭氧凈水工藝。2.0.102后臭氧post-ozonation設(shè)置在過(guò)濾之前或過(guò)濾之后的臭氧凈水工藝。2.0.103臭氧接觸池ozonation contact recectors使臭氧氣體擴(kuò)散到處理水中并使之與水全面接觸和完成反應(yīng)的處理構(gòu)筑物。2.0.104臭氧尾氣off-gas ozone自臭氧接觸池頂部尾氣管排出的含有少量臭氧（其

30、中還含有大量空氣或氧氣）的氣體。2.0.105臭氧尾氣消除裝置off-gas ozone destructors通過(guò)一定的方法降低臭氧尾氣中臭氧的含量，以達(dá)到既定排放濃度的裝置。2.0.106臭氧生物活性炭處理ozone-biological activated carbon process利用臭氧氧化和顆?；钚蕴课郊吧锝到馑M成的凈水工藝。 定義：定義： 氧化還原法：利用溶解于廢水中的有毒物質(zhì)，氧化還原法：利用溶解于廢水中的有毒物質(zhì)，在氧化還原反應(yīng)中能被氧化或還原的性質(zhì)，把它轉(zhuǎn)化為在氧化還原反應(yīng)中能被氧化或還原的性質(zhì)，把它轉(zhuǎn)化為無(wú)毒無(wú)害的新物質(zhì)的方法。無(wú)毒無(wú)害的新物質(zhì)的方法。 目的：目的

31、： 劇毒或有毒劇毒或有毒 無(wú)毒、低毒無(wú)毒、低毒 常用的氧化劑常用的氧化劑：空氣中的氧、純氧、臭氧、氯氣、漂空氣中的氧、純氧、臭氧、氯氣、漂白粉、次氯酸鈉、三氯化鐵等；白粉、次氯酸鈉、三氯化鐵等； 常用的還原劑常用的還原劑：硫酸亞鐵、亞硫酸鹽、氯化亞鐵、鐵硫酸亞鐵、亞硫酸鹽、氯化亞鐵、鐵屑、鋅粉、二氧化硫、硼氫化鈉等。屑、鋅粉、二氧化硫、硼氫化鈉等。 1、藥劑氧化法、藥劑氧化法 定義：向廢水中投加氧化劑，氧化廢水中的有毒有害定義：向廢水中投加氧化劑，氧化廢水中的有毒有害 物質(zhì)，使其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒無(wú)害的或毒性小的新物物質(zhì)，使其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒無(wú)害的或毒性小的新物 質(zhì)的方法。質(zhì)的方法。 作用：主要去除廢水中的

32、氰化物、硫化物、酸、醇、作用：主要去除廢水中的氰化物、硫化物、酸、醇、 油類污染物及脫色、脫嗅、殺菌等。油類污染物及脫色、脫嗅、殺菌等。 例：例： 含氰廢水，氰化鈉、氰化鉀易析出含氰廢水，氰化鈉、氰化鉀易析出CN(劇毒）劇毒） 加入氧化劑后轉(zhuǎn)化為絡(luò)合物，不易析出加入氧化劑后轉(zhuǎn)化為絡(luò)合物，不易析出CN，表現(xiàn)，表現(xiàn)為較低的毒性。為較低的毒性。 2、藥劑還原法、藥劑還原法 定義：向廢水中投加還原劑，氧化廢水中的有毒有害物定義：向廢水中投加還原劑，氧化廢水中的有毒有害物 質(zhì)，使其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒無(wú)害的或毒性小的新物質(zhì)的方法質(zhì)，使其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒無(wú)害的或毒性小的新物質(zhì)的方法。 作用：作用：主要處理含鉻、含汞廢水。

33、主要處理含鉻、含汞廢水。 例一：例一： 硫酸亞鐵石灰法除鉻硫酸亞鐵石灰法除鉻 廢水中的六價(jià)鉻主要以兩種形式存在：廢水中的六價(jià)鉻主要以兩種形式存在： 鉻酸根鉻酸根CrO42-和重鉻酸根和重鉻酸根CrO72- 在水中：在水中：2 CrO42- +2H+ CrO72-+H2O pH4時(shí)，主要以時(shí)，主要以CrO72-存在存在投加硫酸亞鐵時(shí)：投加硫酸亞鐵時(shí)：Cr6+ Cr3+（還原）（還原）Fe2+ Fe3+(氧化氧化)在投加石灰，使在投加石灰，使pH為為7.5-9.0 可以生成可以生成Cr(OH)3 +Fe(OH)3 例二：例二： 亞硫酸鈉法處理含鉻污水亞硫酸鈉法處理含鉻污水 含鉻污水主要來(lái)自電鍍廠，

34、污水中含有的鉻酸根和重含鉻污水主要來(lái)自電鍍廠，污水中含有的鉻酸根和重鉻酸根形式存在的高價(jià)鉻，其比例大小與鉻酸根形式存在的高價(jià)鉻，其比例大小與PH有關(guān)。有關(guān)。 在酸性條件下水中投加亞硫酸氫鈉，將六價(jià)鉻還原成在酸性條件下水中投加亞硫酸氫鈉，將六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻，然后投石灰，生成氫氧化物沉淀。三價(jià)鉻，然后投石灰，生成氫氧化物沉淀。 反應(yīng)時(shí)控制反應(yīng)時(shí)控制PH值值7.5-9.04 42 23 33 34 42 24 43 32 23 34 42 22 24 42 23 34 42 24 42 23 37 72 22 2SOSO3Na3Na2Cr(OH)2Cr(OH)6NaOH6NaOH) )(SO(SO

35、CrCr3CaSO3CaSO2Cr(OH)2Cr(OH)3Ca(OH)3Ca(OH) )(SO(SOCrCrO O8H8HSOSO3Na3Na) )(SO(SO2Cr2CrSOSO3H3H6NaHSO6NaHSOO OCrCr2H2H 3、臭氧氧化臭氧氧化1）臭氧性質(zhì)）臭氧性質(zhì)氧化能力：氧化能力：強(qiáng)氧化劑，僅次于氟，比氧、氯都高。強(qiáng)氧化劑，僅次于氟，比氧、氯都高。 溶解度：溶解度：與壓力成正比（符合亨利定律）。與壓力成正比（符合亨利定律）。 分解：分解： 在空氣中會(huì)自行分解。在空氣中會(huì)自行分解。 毒性和腐蝕性：毒性和腐蝕性：除金和鉑外所有金屬都有腐蝕性。除金和鉑外所有金屬都有腐蝕性。 但不含碳

36、的鉻鐵合金不受腐蝕，用來(lái)制造設(shè)備。但不含碳的鉻鐵合金不受腐蝕，用來(lái)制造設(shè)備。2）臭氧的制備）臭氧的制備 無(wú)聲放電；放射法；紫外線輻射法；等離子射流法。無(wú)聲放電；放射法；紫外線輻射法；等離子射流法。3）臭氧接觸反應(yīng)設(shè)備）臭氧接觸反應(yīng)設(shè)備 一般根據(jù)臭氧化空氣與水的接觸方式分為：一般根據(jù)臭氧化空氣與水的接觸方式分為： 氣泡式（應(yīng)用較多）；水膜式；水滴式。氣泡式（應(yīng)用較多）；水膜式；水滴式。4）尾氣處理）尾氣處理 活性碳法：活性碳法：2C+O3 CO2+CO 藥劑法藥劑法: 亞鐵鹽等使其還原；亞鐵鹽等使其還原； 氫氧化鈉使其分解。氫氧化鈉使其分解。 燃燒法：在燃燒法：在300以上立即分解。以上立即分解

37、。 5）具體應(yīng)用）具體應(yīng)用 印染廢水處理：主要脫色。印染廢水處理：主要脫色。 含氰廢水處理；含酚廢水處理。含氰廢水處理；含酚廢水處理。 6）優(yōu)點(diǎn)：）優(yōu)點(diǎn)： 對(duì)除臭、脫色、殺菌去除有機(jī)物和無(wú)機(jī)物有顯對(duì)除臭、脫色、殺菌去除有機(jī)物和無(wú)機(jī)物有顯 著效果。著效果。 不產(chǎn)生二次污染。不產(chǎn)生二次污染。 制備臭氧的電和空氣不需儲(chǔ)存和運(yùn)輸制備臭氧的電和空氣不需儲(chǔ)存和運(yùn)輸 不產(chǎn)生污泥。不產(chǎn)生污泥。 缺點(diǎn)：造價(jià)高，處理成本高。缺點(diǎn)：造價(jià)高，處理成本高。 4、二氧化氯氧化法、二氧化氯氧化法1）性質(zhì)：黃色略帶辛辣的氣體。在水溶液中無(wú)）性質(zhì)：黃色略帶辛辣的氣體。在水溶液中無(wú) 害，具有強(qiáng)大的脫色和漂白功能。害，具有強(qiáng)大的脫

38、色和漂白功能。2）作用：主要?dú)⒕Ｓ糜卺t(yī)院廢水處理。）作用：主要?dú)⒕?，常用于醫(yī)院廢水處理。 （最早用液氯，現(xiàn)用二氧化氯替代）（最早用液氯，現(xiàn)用二氧化氯替代）3）制造：用氯或鹽酸與次氯酸鈉反應(yīng)制造；）制造：用氯或鹽酸與次氯酸鈉反應(yīng)制造； 二氧化氯協(xié)同發(fā)生器。二氧化氯協(xié)同發(fā)生器。 5、光氧化法、光氧化法 是工業(yè)廢水處理的新技術(shù)，可以解決有毒害但無(wú)法是工業(yè)廢水處理的新技術(shù)，可以解決有毒害但無(wú)法生物降解的物質(zhì)。生物降解的物質(zhì)。 1）類型：）類型： 光激化氧化法光激化氧化法 以臭氧、過(guò)氧化氫、氧和空氣作為氧化劑，將氧化作以臭氧、過(guò)氧化氫、氧和空氣作為氧化劑，將氧化作用和光化學(xué)輻射相結(jié)合，產(chǎn)生氧化能力很

39、強(qiáng)的自由基。用和光化學(xué)輻射相結(jié)合，產(chǎn)生氧化能力很強(qiáng)的自由基。 光催化氧化法光催化氧化法 在水溶液中加入一定量的半導(dǎo)體催化劑，在紫外線輻在水溶液中加入一定量的半導(dǎo)體催化劑，在紫外線輻射下產(chǎn)生強(qiáng)氧化能力的自由基。射下產(chǎn)生強(qiáng)氧化能力的自由基。2）光化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)）光化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 目前成品市場(chǎng)較少目前成品市場(chǎng)較少 紫外光源的選擇紫外光源的選擇 選取對(duì)水處理最有效的波段范圍。選取對(duì)水處理最有效的波段范圍。 水的紫外光吸收系數(shù)和穿透深度水的紫外光吸收系數(shù)和穿透深度 吸收系數(shù)：只有水吸收光時(shí)，才能進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)。吸收系數(shù)：只有水吸收光時(shí)，才能進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)。 穿透深度：紫外光在水中透射時(shí)，受水質(zhì)和水深

40、因素穿透深度：紫外光在水中透射時(shí)，受水質(zhì)和水深因素 的影響。的影響。3）光強(qiáng)和劑量）光強(qiáng)和劑量 光強(qiáng)：功率的大小。光強(qiáng)：功率的大小。 劑量：作用在單位面積上的能量。劑量：作用在單位面積上的能量。l電解原理是在直流電場(chǎng)的作用下，電解質(zhì)溶液發(fā)生的電在直流電場(chǎng)的作用下，電解質(zhì)溶液發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程。其氧化還原能力隨電極電位而變化，適用范圍很寬。 l能使電解正常進(jìn)行所需的最小外加電壓稱為分解電壓。U=原電池的電動(dòng)勢(shì)原電池的電動(dòng)勢(shì)+濃差電池電位濃差電池電位+化學(xué)極化電位化學(xué)極化電位+IR（電解液電阻產(chǎn)（電解液電阻產(chǎn)生壓降）生壓降）槽電壓一般為槽電壓一般為45Vl廢水中的污染物在電解槽的陽(yáng)

41、極和陰極分別進(jìn)行氧化和還原反應(yīng)使污染物濃度降低。電解法處理廢水的機(jī)理可以歸納以下四種：（1）電極表面處理過(guò)程（氧化與還原）（2）電解上浮（3）電解凝聚（4）電解產(chǎn)物的氧化還原作用（1）電極表面處理過(guò)程（氧化與還原）l 如電解除氰：在陽(yáng)極失去電子被氧化：氰化鍍銅廢水在堿性條件下進(jìn)入電解槽電解在石墨陽(yáng)極上發(fā)生電解氧化反應(yīng)最終被氧化為二氧化碳和氮?dú)?。CN-+2OH-2eCNO-+H2O 電解氧化CNO-+2H2O NH4+CO3 2 水解2 CNO- +4OH6e 2CO2 +N2+H2O 電解氧化在陰極得到電子被還原：在陰極上，重金屬離子可發(fā)生電解還原反應(yīng)，發(fā)生重金屬沉積過(guò)程。Zn2+2e Zn；

42、 Cu2+2e Cu（2）電解上浮l 采用由不溶性材料組成的陰、陽(yáng)電極對(duì)廢水進(jìn)行電解。當(dāng)電壓達(dá)到水的分解電壓時(shí)，產(chǎn)生的初生態(tài)氧和氫對(duì)污染物能起氧化或還原作用，同時(shí)，在陽(yáng)極處產(chǎn)生的氧氣泡和陰極處產(chǎn)生的氫氣泡吸附廢水中的絮凝物，發(fā)生上浮過(guò)程，使污染物得以去除。2H2O2H+2OH-2H+2e2H2H2 2OH-H2O+1/2O2 +2e（3）電解凝聚l 當(dāng)采用可溶性陽(yáng)極鐵或鋁制金屬陽(yáng)極時(shí)，由于電解反應(yīng)，形成氫氧化鐵或氫氧化鋁等不溶于水的金屬氫氧化物活性凝聚體，凝聚和吸附水中膠體粒子使廢水得以凈化的過(guò)程叫電解凝聚。Fe-2e Fe2+； Fe2+2OH- Fe(OH)2l 在采用可溶性陽(yáng)極的電解槽中

43、，凝聚和浮上作用同時(shí)存在的。（4）電解產(chǎn)物的氧化還原作用l 利用電極在電解過(guò)程中生成氧化或還原產(chǎn)物，與廢水中的污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀物以去除之。如電解除鉻：在鐵板陽(yáng)極上：Fe-2e Fe2+；6Fe2+Cr2O72-+14H+ 2Cr3+6Fe3+7H2O3Fe2+CrO42-+8H+ Cr3+3Fe3+4H2O在陰極上：2H+2e H2Cr2O72-+6e+14H+ 2Cr3+7H2OCrO42-+3e+8H+ Cr3+ 4H2O隨著電解過(guò)程的進(jìn)行，大量氫離子被消耗，使廢水中剩下大量氫氧根離子，生成氫氧化鉻等沉淀物。Cr3+3OH- Cr(OH)31、定義、定義 利用電解的原理，使污染物質(zhì)在電解過(guò)程中利用電解的原理，使污染物質(zhì)在電解過(guò)程中沉積于電極表面、或沉淀下來(lái)、或生成氣體來(lái)處沉積于電極表面、或沉淀下來(lái)、或生成氣體來(lái)處理廢水的方法叫電解法。理廢水的方法叫電解法。2、電解槽的結(jié)構(gòu)形式、電解槽的結(jié)構(gòu)形式 （1）回流式）回流式 優(yōu)點(diǎn)：水流沿極板優(yōu)點(diǎn)：水流沿極板折流前進(jìn)折流前進(jìn)，流程長(zhǎng)，有利于離，流程長(zhǎng)，有利于離子擴(kuò)散，電解槽容積利用率高。子擴(kuò)散，電解槽容積利用率高。 缺點(diǎn)：施工和檢修困難。缺點(diǎn)：施工和檢修困難。（2）翻騰式）翻騰式 極板懸掛，水流順著板面前進(jìn)，減少漏電。極板懸掛，水流順著板面前進(jìn)