水污染控制工程課件教學PPT作者孫體昌婁金生第14章電解與氧化還原

第14章

電解與氧化還原

ElectrolysisandOxidation4/12/2023教學課件第14章電解與氧化還原14.1電解14.1.1電解槽的結(jié)構(gòu)形式14.1.2電解法的原理與分類14.1.3電解氧化還原14.1.4電解凝聚與電解浮上14.2化學氧化法14.2.1空氣氧化法14.2.2臭氧氧化法14.2.3.過氧化氫氧化法14.2.4二氧化氯氧化法14.3化學還原法4/12/2023教學課件14.1電解電解質(zhì)溶液在直流電流的作用下，兩電極上分別發(fā)生氧化反應和還原反應的過程，叫做電解。廢水的電解是利用電解的原理使廢水中污染物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的過程。電解是在電解槽中進行的，所以首先介紹電解槽的種類。4/12/2023教學課件14.1.1電解槽的結(jié)構(gòu)形式電解時，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置稱稱為電解槽。與電源負極相連的電極從電源接受電子，稱為電解槽的陰極；與電源正極相連的電極把電子轉(zhuǎn)給電源，稱為電解槽的陽極。在電解過程中，陰極放出電子，電解質(zhì)溶液中的某些陽離子得到電子而被還原，因此陰極起到還原劑的作用；陽極得到電子，使電解質(zhì)中的某些陰離子因失去電子而被氧化，陽極起到氧化劑的作用。電解法處理廢水的實質(zhì)，就是直接或間接地利用電解作用，使污染物在陽極和陰極分別進行氧化還原反應生成新物質(zhì)從廢水中去除，或是把廢水中的有毒物質(zhì)變成無毒、低毒物質(zhì)的過程。含鉻廢水、含銀廢水、含氰廢水及含酚廢水等均可用電解法處理。

4/12/2023教學課件電解法使用的是直流電源，電源的整流設(shè)備應根據(jù)電解所需的總電流和電壓進行選擇。電解法處理廢水所用的電解槽的外形多為矩形。按水流方式可分為回流式、翻騰式及豎流式三種?；亓魇诫娊獠廴鐖D14-1a所示。其中的水流沿極板水平折流流動，水流路程長，離子能充分地向水中擴散，電解槽容積利用率高。其缺點是極板易彎曲變形，安裝和檢修也較困難。圖14-1a回流式電解槽示意圖4/12/2023教學課件翻騰式電解槽如圖14-1b所示。整個電解槽用隔板分成數(shù)段，在每段中水流順著板面以上下翻騰的方式流過各段隔板。翻騰式的極板采取懸掛方式固定，防止極板與池壁接觸，可減少漏電現(xiàn)象，更換極板較回流式方便，也便于施工維修。圖14-1b翻騰解槽示意圖4/12/2023教學課件豎流式電解槽又可分為降流式和升流式兩種，該電解槽水流路程短，為增加水流路程，應采用高度較大的極板。槽中多組陰、陽電極交替排列，構(gòu)成許多折流式水流通道。電極板與總水流方向垂直，水流沿著極板間作折流運動，因此水流的流線長，接觸時間長，死角少，離子擴散與對流能力好，陽極鈍化現(xiàn)象也較為緩慢。但這種槽型的施工檢修以及更換極板比較困難。圖14-2是實際使用的翻騰式電解槽的主要結(jié)構(gòu)圖。槽中水流方向與極板面平行，水流在極板間上下翻騰流動。這種槽型電極利用率較高，施工、檢修、更換極板都很方便。極板分組懸掛于槽中，極板（主要是陽極板）在電解消耗過程中不會引起變形，可避免極板與極板、極板與槽壁互相接觸，從而減少了漏電現(xiàn)象。實際生產(chǎn)中多采用這種槽型。4/12/2023教學課件圖14-2翻騰式電解槽示意圖1－電極板2－吊管3－吊鉤4－固定卡5－導流板6－布水槽7－集水槽8－進水管9－出水管10－空氣管11－空氣閥12－排空閥4/12/2023教學課件14.1.2電解法的原理與分類電解是利用直流電在溶液中進行氧化還原反應的過程。廢水中的污染物在陽極被氧化，在陰極被還原，或者與電極反應產(chǎn)物作用，轉(zhuǎn)化為無害成分被分離除去。利用電解可以處理下列污染物：①各種離子狀態(tài)的污染物，如CN－、AsO2－、Cr6+、Cd2+、Pb2+、Hg2+等；②各種無機和有機的耗氧物質(zhì)，如硫化物、氨、酚、油和染料等；③致病微生物。電解法能夠一次去除多種污染物，例如，氰化鍍銅廢水經(jīng)過電解處理，CN－在陽極被氧化的同時，Cu2+在陰極被還原沉積。4/12/2023教學課件電解消耗的電量與電解質(zhì)的反應量間的關(guān)系遵從法拉第定律：①電極上析出或溶解的物質(zhì)的量正比于通過電解質(zhì)的電量；②理論上，1法拉第電量可析出1摩爾的任何物質(zhì)。即式中，D是通過電解池的電量，它等于電流強度I（A）與時間t（h）的乘積，單位為F；F為法拉第常數(shù)，lF＝96500庫侖＝26.8安培小時；W和M分別是析出物質(zhì)的質(zhì)量（g）和析出物質(zhì)的摩爾質(zhì)量；n為反應中析出物的電子轉(zhuǎn)移數(shù)，為析出的物質(zhì)的摩爾數(shù)。4/12/2023教學課件實際電解時，常要消耗一部分電量用于非目的離子的放電和副反應等。因此，真正用于目的物析出的電流只是全部電流的一部分，這部分電流占總電流的百分率稱為電流效率，常用η%表示。式中，G是析出的物質(zhì)的質(zhì)量，g；當已知公式中各參數(shù)時，可以求出一臺電解裝置的生產(chǎn)能力。電流效率是反映電解過程特征的重要指標。電流效率愈高，表示電流的損失愈小。電解槽的處理能力取決于通入的電量和電流效率。兩個尺寸大小不同的電解槽同時通入相等的電流，如果電流效率相同，則它們處理同一廢水的能力也是相同的。4/12/2023教學課件為了使電流能通過并分解電解液，電解時必須提供一定的電壓。電解的電能消耗等于電量與電壓的乘積。一個電解單元的極間工作電壓U可分為下式中的四個部分：式中E過為電解質(zhì)的理論分解電壓，V；E理是過電壓，V；I是電解時的工作電流，A；Rs是溶液電阻，

；Ej是電極的電壓損失，V。4/12/2023教學課件當電解質(zhì)的濃度、溫度已定時，E理值可由能斯特方程計算，為陽極反應電位與陰極反應電位之差。E理是體系處于熱力學平衡時的最小電位，實際電解發(fā)生所需的電壓要比這個理論值大，超過的部分稱為過電壓。過電壓包括克服濃差極化的電壓。影響過電壓的因素很多，如電極性質(zhì)、電極產(chǎn)物、電流密度、電極表面狀況和溫度等。當電流通過電解液時，產(chǎn)生電壓損失IRS。溶液電導率越大，極間距越小，RS愈小。工作電流I愈大，工作電壓也愈大。最后一項為電極的電壓損失，電極面積越大，極間距越小，電阻率越小，則Ej越小。由上述分析可知，為降低電能能耗，必須選用恰當?shù)年枠O材料，設(shè)法減小溶液電阻和副反應，防止電解槽腐蝕。4/12/2023教學課件目前對電解還沒有統(tǒng)一的分類方法，一般按照電解原理，可將其分為電極表面處理過程、電凝聚處理過程、電解氣浮過程、電解氧化還原過程；按照污染物的凈化機理可分為電解氧化法、電解還原法、電解凝聚法和電解浮上法；也可以分為直接電解法和間接電解法。按照陽極材料的溶解特性可分為不溶性陽極電解法和可溶性陽極電解法。本章著重從電解氧化還原、電解凝聚與電解浮上分別闡述電解法。4/12/2023教學課件14.1.3電解氧化還原電解氧化是指廢水中的污染物在電解槽的陽極失去電子，被氧化分解，或者發(fā)生二次反應，即電極反應產(chǎn)物與溶液中某些污染物相互作用，使其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害成分。前者是直接氧化，后者則為間接氧化。利用電解氧化可處理陰離子污染物如CN－、[Fe(CN)6]3－、[Cd(CN)4]2－和有機物，如酚、微生物等。電解還原主要用于處理陽離子污染物，如Cr6+、Hg2+等。目前在生產(chǎn)應用中，都是以鐵板為電極，由于鐵板溶解，金屬離子在陰極被還原沉積而回收除去。下面以電解除氰為例進行具體闡述。4/12/2023教學課件電鍍等行業(yè)排出的含氰和重金屬廢水按濃度不同大致分為三類：

①低氰廢水，含CN－低于200mg/L；

②高氰廢水，含CN－200～1000mg/L；

③老化液，含CN－l000～10000mg/L。電解除氰一般采用石墨板做陽極，普通鋼板做陰極，并用壓縮空氣攪拌。為提高廢水電導率，宜添加少量NaCl。電解過程中在陽極上發(fā)生直接氧化反應：間接氧化：Cl－在陽極放出電子產(chǎn)生Cl2，Cl2水解成HOCl，OCl－氧化CN－為CNO－，最終生成N2和CO2。若溶液堿性不強，將會生成中間態(tài)CNCl。4/12/2023教學課件在陰極發(fā)生析出H2和部分金屬離子的還原反應：等

電解效果由含氰濃度、氧化速度、電極材料等因素確定。對低氰廢水，可參照表14-1選擇工藝參數(shù)。表中電解歷時是陽極與陰極凈間距為30mm時的數(shù)值。當極板間距增大或減小l0mm時，表中電解歷時相應乘以1.25或0.85；當廢水中含氰濃度為表中所列數(shù)值之間時，可按接近高濃度值來選擇電解歷時；食鹽投加量：當CN－為50～100mg/L時，投加1.0～1.5g/L；當CN－為100～200mg/L時，投加1.5～2.0g/L。表中的電流濃度是指單位體積廢水所通過的電流強度；電流密度是指單位電極面積所通過的電流強度。4/12/2023教學課件表14-1含氰廢水電解工藝參數(shù)表廢水含氰濃度槽電壓/V電流濃度/(A/L)電流密度/(A/m2)電解歷時/min1006～8.50.75～1.0～1.250.25～0.3～0.445～35～301506～8.51.0～1.25～1.50.3～0.4～0.4545～35～302006～8.51.25～1.5～1.750.4～0.45～0.560～50～454/12/2023教學課件電解除氰有間歇式和連續(xù)式流程，前者適用于廢水量小，含氰濃度大于100mg/L，且水質(zhì)水量變化較大的情況；反之，應采用連續(xù)式處理。連續(xù)流程如圖14-3所示，調(diào)節(jié)池和沉淀池停留時間各為1.5～2.0h；在間歇流程中，調(diào)節(jié)和沉淀過程在電解槽中完成。據(jù)國內(nèi)一些實踐經(jīng)驗，采用翻騰式電解槽處理含氰廢水，當極板凈距為18～20mm，極水比為2.5dm2/L，電解時間20～30min，陽極電流密度為0.31～1.65A/m2，投加食鹽為2～3g/L，直流電壓為3.7～7.5V時，可使CN－從25～100mg/L降至0.lmg/L以下。當廢水含CN－為25mg/L時，電耗約1～2kW?h/m3；當CN－為100mg/L時，電耗約5～l0kW?h/m3。4/12/2023教學課件圖14-3連續(xù)式電解處理流程4/12/2023教學課件14.1.4電解凝聚與電解浮上采用鐵、鋁陽極電解時，在外電流和溶液作用下，陽極溶解出Fe3+、Fe2+或Al3+。它們分別與溶液中的OH－結(jié)合成不溶于水的Fe(OH)3、Fe(OH)2、Al(OH)3。這些微粒對水中膠體粒子的凝聚和吸附活性很強。利用這種凝聚作用處理廢水中的有機或無機膠體的過程叫電解凝聚。當電解槽的電壓超過水的分解電壓時，在陽極和陰極將產(chǎn)生O2和H2，這些微氣泡表面積很大，在其上升過程中粘附攜帶廢水中的膠體微粒、浮化油等共同浮上。這種過程叫電解浮上。在采用可溶性陽極的電解槽中，凝聚和浮上作用是同時存在的。4/12/2023教學課件利用電解凝聚和浮上，可以處理多種含有機物、重金屬的廢水。表14-2列出了四種廢水處理的工藝參數(shù)，制革廢水和毛皮廢水的處理效果列于表14-3中。污水來源pH電量消耗/(A·h/L)電流密度/(A/m2)電能消耗/(kW·h/m3)電解電壓（單極式）/V電極金屬消耗/(g/m3)電極材料極距/mm電解時間/min制革廠8～100.3～0.80.5～11.5～33～5250～700鋼板2020～25毛皮廠8～100.1～0.31～20.6～1.03～5150～200鋼板2020肉類加工廠8～90.08～0.121.5～2.01～1.58～1270～110鋼板2040電鍍廠9～10.50.03～0.150.3～0.50.4～2.59～1245～150鋼板1020～30表14-2電解凝聚法對各類廢水處理的參數(shù)4/12/2023教學課件表14-3電解凝聚法凈化水的某些質(zhì)量指標/(mg/L)水

質(zhì)

指

標制

革

工

廠毛

皮

工

廠原

水凈

化

水原

水凈

化

水懸浮物800～2500100～200300～1500100～200化學耗氧量600～1500350～800700～2600500～1500硫化物50～1003～50.4～0.7－表面活性劑40～855～2010～404～11Cr6+0.5～10無0.5～100.2～2.0Cr3+30～600.5～1.0－－4/12/2023教學課件電解法的優(yōu)點是：①裝置緊湊，占地面積小，節(jié)省一次投資；②易于實現(xiàn)自動化；③藥劑用量少，廢液量少；④通過調(diào)節(jié)槽電壓和電流，可以適應較大幅度的水量與水質(zhì)變化沖擊。電解法的優(yōu)缺點電解法的缺點是：①電耗和可溶性陽極材料消耗較大；②副反應多；③電極易鈍化。4/12/2023教學課件第14章電解與氧化還原14.1電解14.1.1電解槽的結(jié)構(gòu)形式14.1.2電解法的原理與分類14.1.3電解氧化還原14.1.4電解凝聚與電解浮上14.2化學氧化法14.2.1空氣氧化法14.2.2臭氧氧化法14.2.3.過氧化氫氧化法14.2.4二氧化氯氧化法14.3化學還原法4/12/2023教學課件14.2化學氧化法化學氧化法是降解廢水中污染物的有效方法。廢水中呈溶解狀態(tài)的還原性無機污染物離子（如CN-、S2-、Fe2+、Mn2+等）和有機污染物（如色、嗅、味、COD）等都可以通過氧化法被氧化為微毒或無毒的物質(zhì)，或者轉(zhuǎn)化為容易與水分離的形態(tài)。與生物氧化法相比，化學氧化法的運行費用較高，但通過選擇氧化劑，控制接觸時間和氧化劑投加量等條件，化學氧化法幾乎可以處理所有的污染物，因此常常用于生物難降解的污染物的去除。4/12/2023教學課件此外化學氧化劑的強氧化性對微生物、細菌、病毒具有滅活作用，因此它們往往也是良好的消毒劑。廢水處理中最常采用的氧化劑是空氣、臭氧、氯氣、次氯酸鈉及漂白粉，在電解氧化還原法中，電解槽的陽極可作為氧化劑。根據(jù)使用的氧化劑不同，化學氧化法可分為不同的方法，本章介紹常見的

空氣氧化法臭氧氧化法過氧化氫氧化法二氧化氯氧化法高錳酸鉀氧化法其他的高級氧化技術(shù)在第16章中介紹。4/12/2023教學課件常用的氧化劑可以分為以下幾類：①接受電子后還原成負離子的中性分子，如Cl2、O2、O3等；②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?yōu)镃l－；③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+，F(xiàn)e3+變?yōu)镕e2+等。氧化還原電位可以定性的反映氧化劑的氧化能力，許多物質(zhì)的標準電極電位值在有關(guān)手冊或化學書中可以查到。但在實際應用中，反應條件往往與標準狀況不一致，需要考慮實際的物質(zhì)濃度、溫度、pH值等參數(shù)，即用能斯特方程計算出氧化還原電位，并從熱力學角度判斷氧化還原反應發(fā)生的可能性。4/12/2023教學課件14.2.1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。從熱力學上分析，空氣氧化法具有以下特點：電對O2/O2－的半反應式中有H+或OH－離子參加，因而氧化還原電位與pH值有關(guān)。在強堿性溶液（pH=14）中，半反應式為

在中性（pH=7）和強酸性（pH=0）溶液中，半反應式為

Eφ分別為0.815V和1.229V。=0.401V4/12/2023教學課件由此可見：①降低pH值，有利于空氣氧化；②在常溫常壓和中性pH值條件下，分子氧O2為弱氧化劑，反應性很低，故常用來處理易氧化的污染物，如S2-、Fe2+、Mn2+等；③提高溫度和氧分壓，可以增大電極電位；添加催化劑，可以降低反應活化能，都有利于氧化反應的進行?？諝庋趸捎糜诘叵滤F、錳和工業(yè)廢水脫硫等。4/12/2023教學課件1．地下水除鐵、錳除鐵的反應式為：考慮水中的堿度作用，總反應式可寫為地下水除錳比除鐵困難。實踐證明，Mn2+在pH=7的水中很難被溶解氧氧化成MnO2，要使Mn2+氧化，需將水的pH值提高到9.5以上。在pH＝9.5，氧分壓為0.lMPa，水溫25℃時，欲去除90％的Mn2+，需要反應50min。4/12/2023教學課件若利用空氣代替氧氣，即使總壓力相同，反應時間需增加5倍?？梢?，在相似條件下，二價錳的氧化速度明顯慢于二價鐵。為了有效除錳，需要尋找催化劑或更強的氧化劑。研究指出，MnO2對Mn2+的氧化具有催化作用，大致歷程為氧化：吸附：氧化：據(jù)此開發(fā)了曝氣過濾（或稱曝氣接觸氧化）除錳工藝。先將含錳地下水強烈曝氣充氧，盡量地散去CO2，提高pH值，再流入天然錳砂或石英砂充填的過濾器，利用接觸氧化原理將水中Mn2+氧化成MnO2，產(chǎn)物逐漸附著在濾料表面形成一層能起催化作用的活性濾膜，加速除錳過程。4/12/2023教學課件MnO2對Fe2+的氧化也具有催化作用，使Fe2+的氧化速度大大加快。當?shù)叵滤型瑫r含F(xiàn)e2+、Mn2+時，在輸水系統(tǒng)中就有鐵細菌生存。鐵細菌以水中CO2為碳源，無機氮為氮源，靠氧化Fe2+為Fe3+而獲得生命活動能量：4/12/2023教學課件鐵細菌進入濾器后，在濾料表面和池壁上接種繁殖，對Mn2+的氧化起生物催化作用。地下水除鐵錳通常采用曝氣－過濾流程。曝氣方式可采用蓮蓬頭噴淋水、水射器曝氣、跌水曝氣、空氣壓縮機充氣、曝氣塔等。濾器可采用重力式或壓力式，如無閥濾池、壓力濾池等。濾料粒徑一般用0.6～2mm，濾層厚度0.7~1.0m，濾速10～20m/h。4/12/2023教學課件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。當含硫量不是很高，無回收價值時，可采用空氣氧化法脫硫。向廢水中注入空氣和蒸汽（加熱），硫化物按下式轉(zhuǎn)化為無毒的硫代硫酸鹽或硫酸鹽：4/12/2023教學課件空氣氧化脫硫在密閉的塔器（空塔、板式塔料塔）中進行。圖14-4為某煉油廠的廢水氧化裝置。含硫廢水經(jīng)隔油沉渣后與壓縮空氣及水蒸氣混合，升溫至80~90℃，進入氧化塔，塔徑一般不大于2.5m，塔身分四段，每段高3m。每段進口處設(shè)噴嘴，霧化進料。塔內(nèi)氣水體積比不小于15。增大氣水比則氣液的接觸面積加大，有利于空氣中的氧向水中擴散，加快氧化速度。廢水在塔內(nèi)平均停留時間為1.5~2.5h。在制革工業(yè)中，常用石灰、硫化鈉脫毛，由此產(chǎn)生了堿性的含硫廢水。這類廢水pH＝9～13，含硫化物100～1000mg/L，甚至更高，可以用空氣氧化處理。為了提高氧化速度，縮短處理時間，常添加錳鹽（如MnSO4）作催化劑。4/12/2023教學課件圖14-4空氣氧化法處理含硫廢水流程隔油池泵換熱器射流器空氣氧化塔分離器4/12/2023教學課件14.2.2臭氧氧化法臭氧氧化法是利用臭氧把水溶液中大多數(shù)單質(zhì)和化合物氧化到它們的最高氧化態(tài)，不僅對水中的有機物有強烈的氧化降解作用，還有強烈的消毒殺菌作用。近年來，隨著一般公共用水污染日益嚴重，要求進行深度處理，國際上再次出現(xiàn)了以臭氧作為氧化劑的趨勢。1．臭氧的物理化學特性2．臭氧的制備3．臭氧氧化法的用途和設(shè)備4、臭氧氧化的應用案例4/12/2023教學課件1．臭氧的物理化學特性臭氧的分子式為O3，是氧的同素異構(gòu)體。臭氧與氧有著顯著不同的特性，氧氣是無色、無臭、無味、無毒的，而臭氧在常溫常壓下卻是一種具有特殊的“新鮮”氣味（魚腥味）的淡紫色氣體。沸點-112.5℃，密度2.144kg/m3，相對密度為氧的1.5倍。臭氧在低濃度下會使人感到清爽，當濃度稍高時，具有特殊的臭味，而且是有毒的。臭氧具有以下一些重要性質(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大量熱量。4/12/2023教學課件

MnO2，PbO2，Pt，C等催化劑的存在或經(jīng)紫外線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)，溫度越高，分解越快，濃度越高，分解也越快。臭氧在水溶液中的分解速度比在氣相中的分解速度快得多，而且強烈地受OH－的催化，pH值愈高，分解愈快。

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(1～4)×10－8mg/m3，當臭氧濃度達到(1～10)mg/m3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TJ36～79》規(guī)定車間空氣中O3的最高容許濃度為0.3mg/m3。4/12/2023教學課件

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，Eφ=2.07V，氧化性僅次于氟。在堿性溶液中，Eφ=1.24V，氧化能力略低于氯（Eφ=1.36V）。利用臭氧的強氧化性進行城市給水消毒已有近百年的歷史。臭氧的殺菌力強，速度快，能殺滅氯所不能殺滅的病毒和芽孢，而且出水無異味，但當投加量不足時，也可能產(chǎn)生對人體有害的中間產(chǎn)物。在工業(yè)廢水處理中，可用臭氧氧化多種有機物和無機物，如酚、氰化物、有機硫化物、不飽和脂肪族及芳香族化合物等。臭氧之所以表現(xiàn)出強氧化性，是因為分子中的氧原子具有強烈的親電子或親質(zhì)子性，臭氧分解產(chǎn)生的新生態(tài)氧原子也具有很高的氧化活性。4/12/2023教學課件臭氧氧化有機物的機理大致包括三類：①奪取氫原子，并使鏈烴羰基化，生成醛、酮、醇或酸；芳香化合物先被氧化為酚，再氧化為酸；②打開雙鍵，發(fā)生加成反應；③氧原子進入芳香環(huán)發(fā)生取代反應。5）腐蝕性

臭氧具有強腐蝕性，因此與之接觸的容器、管路等均應采用耐腐蝕材料或作防腐處理。耐腐蝕材料可用不銹鋼或塑料。4/12/2023教學課件2．臭氧的制備制備臭氧的方法較多，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。1）無聲放電法原理

無聲放電法生產(chǎn)臭氧的原理及裝置如圖14-5所示。在一對高壓交流電極之間（間隙1～3mm）形成放電電場，由于介電體的阻礙，只有極小的電流通過電場。即在介電體表面的凸點上發(fā)生局部放電，因不能形成電弧，故稱之為無聲放電。當氧氣或空氣通過此間隙時，在高速電子流的轟擊下，一部分氧分子轉(zhuǎn)變?yōu)槌粞?，其反應如下?/12/2023教學課件上述可逆反應表示生成的臭氧又會分解為氧氣，分解反應按下式進行：分解速度隨臭氧濃度增大和溫度提高而加快。在一定濃度和溫度下，生成和分解達到動態(tài)平衡。理論上，以空氣為原料時臭氧的平衡濃度為3%～4%，以純氧為原料時可達到6%～8%。從經(jīng)濟上考慮，一般以空氣為原料時控制臭氧濃度不高于1%～2%，以氧氣為原料時則不高于1.7%～4%。含臭氧的空氣稱為臭氧化氣。用無聲放電法制備臭氧的理論比電耗為0.95kW·h/kgO3，而實際電耗大得多。單位電耗的臭氧產(chǎn)率，實際值僅為理論值的10%左右，其余能量均變?yōu)闊崃?，使電極溫度升高。為了保證臭氧發(fā)生器正常工作和抑制臭氧熱分解，必須對電極進行冷卻，常用水作為冷卻劑。4/12/2023教學課件圖14-5臭氧的制備原理與裝置a)無聲放電法制備臭氧原理b)管式（臥式）臭氧發(fā)生器1－空氣或氧氣進口2－臭氧化氣出口3－冷卻水進口4－冷卻水出口5－不銹鋼管6－放電間隙7－玻璃管8－變壓器4/12/2023教學課件2）影響臭氧發(fā)生的主要因素

①對單位電極表面積來說，臭氧產(chǎn)率與電極電壓的平方成正比，因此，電壓愈高，產(chǎn)率愈高。但電壓過高很容易造成介電體被擊穿以及損傷電極表面，故一般采用l5～20kV的電壓；②生產(chǎn)臭氧的濃度隨電極溫度升高而明顯下降。為提高臭氧的濃度，必須采用低溫水冷電極；③提高交流電的頻率可以增加單位電極表面積的臭氧產(chǎn)率，而且對介電體的損傷較小。一般采用50～500Hz的頻率；④單位電極表面積的臭氧產(chǎn)率與介電體的介電常數(shù)成正比，與介電體厚度成反比。因此應采用介電常數(shù)大，厚度薄的介電體。一般采用1～3mm厚的硼玻璃作為介電體；4/12/2023教學課件⑤原料氣體的含氧量高，制備臭氧所需的動力則少，用空氣和用氧氣制備同樣數(shù)量的臭氧所消耗的動力相比，前者要高出后者一倍左右。原料選用空氣或氧氣，需通過經(jīng)濟比較來決定；⑥原料氣中的水分和塵粒對過程不利，當以空氣為原料時，在進入臭氧發(fā)生器之前必須進行干燥和除塵預處理?？諌簷C采用無油潤滑型，防止油滴帶入。干燥可采用硅膠、分子篩吸附脫水，除塵可用過濾器。3）臭氧發(fā)生系統(tǒng)及接觸反應器

由于臭氧不穩(wěn)定，因此通常在現(xiàn)場隨制隨用。以空氣為原料制造臭氧，由于原料來源方便，所以采用比較普遍。典型臭氧處理閉路系統(tǒng)如圖14-6所示?？諝饨?jīng)壓縮機加壓后，經(jīng)過冷卻及吸附裝置除雜，得到的干燥凈化空氣再經(jīng)計量進入臭氧發(fā)生器。要求進氣露點在－50℃以下，溫度不能高于20℃，有機物含量小于l5mg/m3。4/12/2023教學課件圖14-6臭氧處理閉路系統(tǒng)1－空氣壓縮機2－凈化裝置3－計量裝置4－臭氧發(fā)生裝置

5－冷卻系統(tǒng)6－變壓器7－配電裝置8－混合反應器（接觸器）4/12/2023教學課件臭氧發(fā)生器有板式和管式兩種。因板式發(fā)生器只能在低壓下操作，所以目前多采用管式發(fā)生器。管式發(fā)生器的外形類似列管式換熱器，內(nèi)有幾十根甚至上百根相同的放電管，見圖14-5b。放電管的兩端固定在兩塊管板上，管外通冷卻水。每根放電管均由兩根同心圓管組成，外殼為金屬管（不銹鋼管或鋁管），內(nèi)管為玻璃管作介電體。內(nèi)管一端封閉，管內(nèi)壁鍍有銀膜或鋁膜作電極。不銹鋼管及玻璃管內(nèi)膜與高壓電源相聯(lián)。內(nèi)、外管之間留有1～3mm的環(huán)形放電間隙。管式發(fā)生器可承受0.lMPa（表）的壓力，當以空氣為原料，采用50Hz的電源時，臭氧濃度可達15～20g/m3。電能比耗為16～18kW?h/kgO3。4/12/2023教學課件水的臭氧處理在接觸反應器內(nèi)進行。常用鼓泡塔、螺旋混合器、蝸輪注入器、射流器等。選擇何種反應器取決于反應類型。當過程受傳質(zhì)速度控制時，如無機物氧化、消毒等，應選擇傳質(zhì)效率高的螺旋反應器、蝸輪注入器、噴射器等；當過程受反應速度控制時，如有機物和NH4+-N的去除，應選用鼓泡塔，以保持較大的液相容積和反應時間。水中污染物種類和濃度、臭氧的濃度與投量、投加位置、接觸方式和時間、氣泡大小、水溫與水壓等因素對反應器性能和氧化效果都有影響。4/12/2023教學課件3．臭氧氧化法的用途和設(shè)備臭氧是一種優(yōu)良的強氧化劑，在水處理中可以用于氧化水中的各種雜質(zhì)，以達到凈水效果。臭氧的凈水作用大體表現(xiàn)為以下幾方面。1）氧化無機物

臭氧能將水中的二價鐵、二價錳氧化成三價鐵及高價錳，使溶解性的鐵、錳變成固態(tài)物質(zhì)，以便通過沉淀和過濾除去。2）氧化有機物

臭氧能夠氧化許多有機物，如蛋白質(zhì)、氨基酸、有機胺、鏈型不飽和化合物、芳香族、木質(zhì)素、腐殖質(zhì)等。3）消毒

臭氧是非常有效的消毒劑，臭氧殺菌效果好、速度快，而且對消滅病毒也很有效。臭氧處理工藝有以空氣或富氧空氣為原料氣的開路系統(tǒng)和以純氧或富氧空氣為原料氣的閉路系統(tǒng)兩種流程。4/12/2023教學課件影響臭氧氧化法處理效果的主要因素除污染物的性質(zhì)、濃度、臭氧投加量、溶液pH值、溫度、反應時間外，氣態(tài)O3的投加方式亦很重要。O3的投加通常在混合反應器中進行，混合反應器（接觸反應器）的作用有二：①促進氣、水擴散混合；②使氣、水充分接觸，迅速反應。設(shè)計混合反應器時要考慮臭氧分子在水中的擴散速度和與污染物的反應速度。當擴散速度較快而反應速度為整個臭氧氧化過程的速度控制時，混合接觸器的結(jié)構(gòu)形式應有利于反應的充分進行。屬于這一類的污染物有烷基磺酸鈉、焦油、CODCr、BOD5、污泥、氨氮等，反應器可采用微孔擴散板式鼓泡塔。4/12/2023教學課件當反應速度較快而擴散速度為整個臭氧氧化過程的速度控制時，結(jié)構(gòu)形式應有利于臭氧的加速擴散。屬于這一類的污染物有鐵（Ⅱ）、錳（Ⅱ）、氰、酚、親水性染料、細菌等，可采用噴射器作為反應器。微孔擴散板式鼓泡塔見圖14-7所示。臭氧化氣從塔底的微孔擴散板（孔徑約15～20mm）噴出，與廢水逆流接觸；塔中可裝填瓷環(huán)、塑料環(huán)等填料，以改善水氣接觸條件。這種設(shè)備的特點是可較長時間保持一定的臭氧濃度，有利于臭氧與水中污染物充分反應。此外，該設(shè)備具有較大的液相容積，氣量調(diào)節(jié)容易。圖14-7微孔擴散板式鼓泡塔尾氣分解罐微孔擴散板布水器4/12/2023教學課件部分流量噴射接觸器見圖14-8。高壓廢水通過水射器將臭氧化氣吸入水中，這種設(shè)備的特點是混合充分，但接觸時間較短。圖14-8部分流量噴射接觸器水射器混合器接觸池4/12/2023教學課件近年來，又出現(xiàn)了一種靜態(tài)混合器，如圖14-9所示。靜態(tài)混合器也叫管式混合器，是在一段管子內(nèi)安裝了許多螺旋槳葉片，相鄰兩片螺旋槳葉片有著相反的方向，水流在旋轉(zhuǎn)分割運動中與臭氧接觸而產(chǎn)生許多微小的旋渦，使水氣得到充分的混合。這種混合器的傳質(zhì)能力強，臭氧利用率可達87%（微孔擴散式為73%），且耗能較少，設(shè)備費用低。圖14-9靜態(tài)混合器靜態(tài)混合器氣水分離器4/12/2023教學課件4.臭氧氧化的應用案例紡織印染廢水的組分異常復雜，是較難處理的廢水之一。廢水中含有大量的堿類物質(zhì)以及大量殘余染料和助凝劑，pH值高，色度深，有機物含量高，耗氧量大，懸浮物多，且含有微量的有毒物質(zhì)。而且隨著不斷出現(xiàn)的新的化學漿料、染化料和整理劑的采用，極大地改變了廢水的性質(zhì)，增加了處理難度。通常采用的混凝—生物法二級處理等傳統(tǒng)的工藝已不適應廢水治理和回用的要求，研究開發(fā)新的處理技術(shù)迫在眉睫。而臭氧氧化法應用于印染廢水處理有廣闊的發(fā)展前景。必須注意在排出的尾氣中往往含有微量的臭氧，對這部分尾氣應妥善處理，可以利用自然通風或強制通風排放至安全地點，也可用活性炭吸附或通過加熱器升溫至270℃，使臭氧分解。4/12/2023教學課件它與印染廢水中的有機、無機物的反應極為復雜，主要通過兩條途徑，即與臭氧的直接反應（D反應）和與臭氧分解產(chǎn)生的烴基自由基（HO?）的間接反應（R反應）。兩者相比較，D反應速度慢，但是有選擇性，是去除水中的污染物的主要反應；烴基自由基雖然反應能力強，速度快，但無選擇性，所以耗費量大。因此，在臭氧處理印染廢水過程中須注意控制臭氧的反應途徑，使臭氧能被有效利用。利用臭氧處理印染廢水，就是利用其較強的氧化能力破壞染料分子中的發(fā)色基團，從而達到脫色的目的。臭氧處理印染廢水工藝流程如圖14-10所示。通過流量計把氧氣送到臭氧發(fā)生器，產(chǎn)生高濃度的臭氧，用微孔陶瓷板作為布氣裝置，使臭氧以微小氣泡的形式與廢水充分混合。同時利用臭氧濃度測試儀測試臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧濃度。4/12/2023教學課件圖14-10臭氧處理印染廢水流程圖流量計反應器沙濾器臭氧濃度測試儀臭氧發(fā)生器4/12/2023教學課件試驗所用廢水取自印染廠廢水排水口，廢水中含有多種水溶性染料及助劑，同時還包括少部分機動車間的含油廢水。表14-4為臭氧處理印染廢水的實驗數(shù)據(jù)。表14-4臭氧處理印染廢水的實驗數(shù)據(jù)指標原樣處理階段階段1階段2階段3階段4階段5味道異味無味pH7.0～8.07.0廢水處理量/L4.003.803.603.403.203.00消耗O3量/（mg/L）29.361.697.5137.6182.8O3流量/(L/min)2.52.52.52.52.5COD/(mg/L）816073206580637060505390COD去除率/％10.319.421.925.933.9色度/倍250.0182.0122.065.026.0無色K0.30.41.71.30.74/12/2023教學課件由表14-4可知，印染廢水的COD值高達8160mg/L，呈藍黑色，色度為250倍，有臭味。經(jīng)臭氧氧化處理后，印染廢水COD值由8160mg/L降為5390mg/L，色度從250變?yōu)闊o色，消耗臭氧總量為182.8mg/L，COD去除率為33.9%，色度去除率達99.9%、變?yōu)闊o色，異味被消除，pH值呈中性。表中K值為臭氧消耗量與COD去除率的比值，反映了不同階段處理印染廢水所消耗臭氧量的大小。反應初期臭氧要用于印染廢水的脫色、除味和有機物的初步氧化，臭氧消耗量小，反應速度快，K值在0.3～0.4左右。隨著氧化反應的進行，廢水中逐漸積聚了穩(wěn)定性較高、不易氧化的物質(zhì)，使反應速度變慢，臭氧消耗量增大，K值在1.7～1.3左右。當反應又達到一定程度時，難氧化的物質(zhì)不斷被氧化，K值降到0.7，反應速度又加快。反應速度快說明間接反應起主要作用，反應速度慢說明直接反應起主要作用。4/12/2023教學課件第14章電解與氧化還原14.1電解14.1.1電解槽的結(jié)構(gòu)形式14.1.2電解法的原理與分類14.1.3電解氧化還原14.1.4電解凝聚與電解浮上14.2化學氧化法14.2.1空氣氧化法14.2.2臭氧氧化法14.2.3.過氧化氫氧化法14.2.4二氧化氯氧化法14.3化學還原法4/12/2023教學課件14.2.3.過氧化氫氧化法過氧化氫在氧化消毒試劑中具有特殊的地位，因為它除了強的氧化作用外也具有還原性，而且在水溶液中形成的過氧羥基可使許多污染物迅速水解。過氧化氫可用于有毒廢棄物的氧化破壞、廢水的消毒、除味，可以滿意地解決許多廢液問題。H2O2的特點是在較寬的pH值范圍內(nèi)具有高的反應活性，不產(chǎn)生有毒的反應產(chǎn)物，另外它比其它氧化劑穩(wěn)定得多。過氧化氫與亞鐵離子結(jié)合形成的Fenton試劑，具有極強的氧化能力，對于許多種類的有機物都是一種有效的氧化劑。開發(fā)Fenton試劑應用于工業(yè)廢水的處理，在國內(nèi)外已進行了廣泛的研究。Fenton試劑特別適用于生物難降解或一般化學氧化難以奏效的有機廢水的氧化處理。4/12/2023教學課件Fenton試劑之所以具有非常強的氧化能力，是由于過氧化氫在有催化劑鐵等存在時，能生成氫氧自由基（HO·）。該氫氧自由基比其它一些常用的強氧化劑具有更高的氧化電極電位。，Eφ＝2.8V），因此HO·是一種很強的氧化劑，另外氫氧自由基具有很高的電負性或親電子性，其電子親和能力為569.3kJ，容易進攻高電子云密度點，這就決定了HO·的進攻具有一定的選擇性，此外氫氧自由基還具有加成作用。在H2O2+Fe2+系統(tǒng)中過氧化氫的分解機理為：4/12/2023教學課件該系統(tǒng)的優(yōu)點是過氧化氫分解速度快，因而氧化速率也較高。但該系統(tǒng)也存在許多問題，由于該系統(tǒng)Fe2+濃度大，處理后的水可能帶有顏色；Fe2+與過氧化氫反應降低了過氧化氫的利用率，并且要求在較低pH值范圍內(nèi)進行反應，因而影響了該系統(tǒng)的應用。近年來人們把紫外光（UV）和氧氣引入Fenton試劑，增強了Fenton試劑的氧化能力，節(jié)約了過氧化氫的用量。由于過氧化氫分解機理與Fenton試劑極其相似，均產(chǎn)生氫氧自由基，因此將各種改進了的Fenton試劑稱為類Fenton試劑。Fenton試劑及各種改進系統(tǒng)在廢水處理中的應用可分為兩個方面：一是單獨作為一種處理方法氧化有機廢水；二是與其它方法聯(lián)合使用，如與混凝沉降法、活性炭法、生物處理法等聯(lián)合使用，可取得良好的效果。4/12/2023教學課件Fenton試劑作為一種強氧化劑用于去除廢水中的有機污染物具有明顯的優(yōu)點。目前存在的主要問題是處理成本較高，但是對于毒性大、一般氧化劑難氧化或生物難降解的有機廢水來說仍是一種較好的處理方法。如果采用Fenton試劑作為預處理的方法，再與其它方法聯(lián)合使用，可以降低處理成本，拓寬Fenton試劑的應用范圍。許多無機硫化物，從元素硫到硫化物、硫的含氧化物及硫化氫等，都可以用H2O2氧化成硫酸鹽。用過氧化氫與有機硫化物反應，不僅可以起到消毒作用，而且有可能產(chǎn)生一些有用的產(chǎn)品。4/12/2023教學課件14.2.4二氧化氯氧化法二氧化氯是一種多功能工業(yè)與民用化工產(chǎn)品，由于它在消毒殺菌、防腐保鮮、除臭、工業(yè)漂白及環(huán)境污染治理等方面的獨特功能，受到世界各國的普遍關(guān)注。鑒于二氧化氯優(yōu)良的特性，世界衛(wèi)生組織（WHO）確認其為AI級安全消毒劑。1．二氧化氯的物理化學性質(zhì)2.二氧化氯的應用1）溶解度2）穩(wěn)定性3）二氧化氯的氧化性4）二氧化氯的消毒特性5）毒性1）氧化飲用水中的鐵離子和錳離子2）給水處理中氧化有機污染物及控制氯消毒副產(chǎn)物3）在印染廢水處理中的應用4）二氧化氯的消毒、殺菌、除藻作用4/12/2023教學課件1．二氧化氯的物理化學性質(zhì)二氧化氯的分子式為ClO2，分子量是67.45，熔點－59℃，沸點11℃，由漢費萊-戴維先生于1811年首先發(fā)現(xiàn)，1843年史米隆用鹽酸將氯酸鉀酸化獲得了一種黃綠色氣體，并將這一氣體吸收在堿性溶液里獲得了亞氯酸鹽和氯酸鹽。二氧化氯氣體呈黃綠色，具有令人不愉快的刺激性氣味，與氯相似，相同濃度時其顏色比氯氣略暗。二氧化氯在自然界中幾乎完全以游離單體形態(tài)存在。氣態(tài)ClO2的密度是空氣的2.4倍。當溫度低于10℃時，氣態(tài)液化成紅褐色液體，當溫度降到－59℃時，則變成橙黃色固體。二氧化氯極不穩(wěn)定，在空氣中濃度為10%時就有可能爆炸。二氧化氯在水中以純粹的溶解氣體存在，不易發(fā)生水解，水溶液在較高溫度和光照下會生成ClO2－與ClO3－，因此應在避光低溫處存放。二氧化氯水溶液濃度在1g/L以下時基本沒有爆炸的危險。4/12/2023教學課件1）溶解度二氧化氯易溶于水，在水中的溶解度是氯的5倍。常溫下其水溶液呈黃綠色，二氧化氯在水中的擴散速度相當快，在水中的溶解度與其分壓和水的溫度有關(guān)，如表14-5所示。表14-5二氧化氯在水中的溶解度與溫度和分壓的關(guān)系溫度/℃分壓/（KPa）溶解度/（g/L）溫度/℃分壓/（KPa）溶解度/（g/L）254.593.01402.510.83252.941.82401.320.47251.781.136014.222.65251.120.69607.141.18407.472.63602.830.58404.561.60601.600.264/12/2023教學課件2）穩(wěn)定性二氧化氯是一種不穩(wěn)定氣體，可以分解成氯氣和氧氣，并放出熱，當其分壓達到39.9KPa時分解速度極快，因此只能貯存在1%的水溶液中。大多數(shù)情況下二氧化氯需要現(xiàn)場制備，生產(chǎn)與貯存時二氧化氯濃度控制均在氣相中進行。二氧化氯可以用情性氣體或水蒸氣稀釋后在低于13.3KPa分壓的條件下保存，在此分壓及40～70℃條件下，這種氣體至少可以穩(wěn)定存在5s，從發(fā)生器中出來的二氧化氯轉(zhuǎn)移到水中僅需要大約0.5s，一旦進入溶液，二氧化氯就變得穩(wěn)定了，在約5℃、避光下，只要貯存容器中充滿液體，這種水溶液可以貯存幾個月，二氧化氯的濃度幾乎不發(fā)生變化。4/12/2023教學課件3）二氧化氯的氧化性

二氧化氯的性質(zhì)極不穩(wěn)定，遇水能迅速分解，生成多種強氧化劑，如HClO3、HClO2、HClO、Cl2、O2等，這些氧化物組合在一起產(chǎn)生多種氧化能力極強的活性基團（即自由基），能激發(fā)有機環(huán)上的不活潑氫，通過脫氫反應生成R?自由基（RH代表有機物），成為進一步氧化反應的誘發(fā)劑，自由基還能通過烴基取代反應，將芳烴環(huán)上—SO3H、—NO2等基團取代下來，從而生成不穩(wěn)定的烴基取代中間體，易于發(fā)生開環(huán)裂解，直至完全分解為無機物。它還能將還原性物質(zhì)如S2－、SO32－、SbO32－、S2O32－、NO2－、CN－等氧化，降低其排放濃度。有資料稱二氧化氯的氧化能力是次氯酸的9倍多，而且氧化產(chǎn)物無AOX類物質(zhì)。按有效氯計，二氧化氯理論上具有的氧化能力相當于氯的2.6倍，但在應用實驗中，二氧化氯的氧化能力并沒有完全發(fā)揮，在水中大部分反應只是二氧化氯被還原成亞氯酸鹽。4/12/2023教學課件4）二氧化氯的消毒特性關(guān)于二氧化氯的消毒機理，目前有很多解釋。一般認為，二氧化氯在與微生物接觸時通過附著在細胞壁上，然后穿過細胞壁與含巰基的酶反應而使細菌死亡。當二氧化氯用于水消毒時，其投加量為0.1～1.3mg/L。 二氧化氯除對一般的細菌有滅殺作用外，對大腸桿菌、異養(yǎng)菌、鐵細菌、硫酸鹽還原菌、脊髓灰質(zhì)炎病毒、肝炎病毒、蘭伯氏賈第蟲胞囊、尖刺賈第蟲胞囊等也有很好的滅殺作用。pH值對二氧化氯的氧化能力影響非常明顯，酸性越強二氧化氯的氧化能力亦越強，在實際應用中，根據(jù)各種環(huán)境使被氧化物質(zhì)處于一定的酸性條件，這樣有利于選擇性地發(fā)揮二氧化氯的氧化作用4/12/2023教學課件5）毒性

C1O2溶液具有較強的刺激性，氣體可以通過皮膚吸收，引起組織及血細胞的損壞，刺激眼睛引起視力減退；吸入二氧化氯可對呼吸道產(chǎn)生影響，引起支氣管痙攣和肺水腫，導致劇烈頭痛。這些病癥可能存在一定的潛伏期。對人類來說，接觸ClO2的安全濃度上限是0.lmg/L，允許暴露8h；當濃度達到45mg/L時對眼睛和鼻子有刺激，需要帶上口罩等防護面具。

ClO2制劑保存時應避免與強還原劑和強酸性物質(zhì)接觸，防止藥效降低，甚至發(fā)生意外事故，不能用鐵制容器盛放或配置溶液，防止損壞容器、降低藥效，宜選用塑料容器進行保存，實驗證明0.01%的C1O2制劑對鋁、銅有輕微腐蝕，對碳鋼有中度腐蝕。4/12/2023教學課件2.二氧化氯的應用1）氧化飲用水中的鐵離子和錳離子在pH值大于7.0的條件下，二氧化氯能迅速氧化水中的鐵離子和錳離子，形成不溶于水的化合物二氧化錳，可通過過濾去除。二氧化氯能迅速將Fe2+氧化為Fe3+，以氫氧化鐵的形式從水中沉淀出來。其反應式如下：4/12/2023教學課件根據(jù)上海市自來水公司的實驗，當二氧化氯投加量為1.2mg/L時，且在混凝劑投加前5min投加，其去除錳的效率最高，對消毒水色度影響最低。結(jié)果說明二氧化氯氧化二價錳離子需要有一定的接觸時間，完成氧化后，還需足夠的絮凝時間才能實現(xiàn)高效的去除。二氧化氯對自來水中的鐵和錳都能去除。據(jù)報道，二氧化氯還能氧化有機結(jié)合體中的鐵。根據(jù)國外資料，氧化溶解的金屬錳，需要2.45倍（按質(zhì)量計）的二氧化氯。氧化溶解的金屬鐵，需要1.2倍（按質(zhì)量計）的二氧化氯。相比之下，氯氣氧化溶解在水中的錳需要幾天的時間，而且不能氧化溶解于水中的被有機物螯合的鐵。4/12/2023教學課件2）給水處理中氧化有機污染物及控制氯消毒副產(chǎn)物。二氧化氯對水中殘存有機物的作用以氧化反應為主，不產(chǎn)生氯酚，并可將致癌物氧化成無致癌性物質(zhì)。此外，它還能降解灰黃霉素、腐殖酸，且降解產(chǎn)物不以三氯甲烷形式出現(xiàn)。

二氧化氯對有機物的氧化降解，與氯最大的不同點是它不會生成有機氯代物。

二氧化氯可以控制三鹵甲烷（THMs）的形成，減少總有機鹵化物的生成，這是液氯消毒法所不能實現(xiàn)的。二氧化氯在水中與有機物反應具有選擇性，如與氨就不發(fā)生反應。它用于有機物污染水源水處理時有機物經(jīng)過氧化，降解為含氯基團（羥酸）為主的產(chǎn)物，而沒有氯代產(chǎn)物，因此其投量一般較低。而氯則不同，氯與氨反應生成一氯銨、二氯銨及三氯銨。氨與氯反應時，其它有機物也迅速反應生成氯代衍生物，大大增加了氯的消耗。4/12/2023教學課件二氧化氯對水中的色、味的去除能力也很強，可將水中的2，3，6-三氯苯甲醚（TCA）、2-異丙基-3-甲氧基吡嗪（IPMP）和2-甲基異冰片（MIB）等的怪異味去除，這些化合物哪怕只有1～3g/L的微量也會產(chǎn)生很大的怪異味。二氧化氯具有較強的氧化作用，因而有較好的脫色作用。例如江南太湖水系某河流，在初春其原水色度為17度，而傳統(tǒng)的水處理工藝，即反應、沉淀、過濾、液氯消毒只能脫色4度，即達到13度，而當投加二氧化氯時，色度有了顯著降低，如當預投加二氧化氯0.5mg/L時，色度可降低至11度；當預投加二氧化氯1.0mg/L，色度可降低至10度；當預投加二氧化氯1.5mg/L（或大于1.5mg/L）時，色度可降低至9度。即傳統(tǒng)的水處理工藝，其脫色效率只能達到23.5%，而二氧化氯對低色度的原水，其脫色效率可以達到47.0%。4/12/2023教學課件近二三十年，二氧化氯在飲用水處理中得到廣泛應用。在歐美各國應用更為普遍，美國在數(shù)百個、歐洲在近千個給水工程中用二氧化氯消毒。近十年來，我國也逐步擴大了在飲用水處理中用二氧化氯取代液氯消毒。民用建筑尤其是高層建筑的貯水池的一次消毒也多有采用二氧化氯進行消毒。當采用地面水源時，可在濾前或濾后投加二氧化氯，當采用地下水作為水源時，可在清水池或汲水井中投加。圖14-11和圖14-12為投加二氧化氯示意圖。4/12/2023教學課件河床清水池ClO2協(xié)同消毒設(shè)備濾池沉淀池加礬裝置一級泵站二級泵站圖14-11地面水源二氧化氯投加示意圖14-12地下水源二氧化氯投加示意深水泵站氣壓供水裝置供水泵ClO2協(xié)同消毒清水池4/12/2023教學課件在處理水中還原性物質(zhì)時，隨電子的轉(zhuǎn)移會產(chǎn)生ClO2－、ClO3－等有機和無機氧化物。試驗表明，ClO2+ClO2－+ClO3－在水中的總量控制在lmg/L以下便對人體無害，而實際應用中二氧化氯的劑量均控制在0.5mg/L以下。二氧化氯用于配水系統(tǒng)消毒，尤其在含鐵細菌的水中要比氯優(yōu)越。這是由于與有機物結(jié)合的鐵細菌不與氯反應，用過量的氯(如大于5mg/L)也難以控制鐵細菌。而二氧化氯能有效地控制生物膜的聚集，使附著的鐵細菌暴露受到氧化滅除。飲用水中毒桿菌的去除是衛(wèi)生學效果的一項重要指標。0.2～0.25mg/L的二氧化氯可在幾分鐘內(nèi)將其殺滅。水中的酚及其化合物來源于工業(yè)污染、腐爛的植物及藻類，經(jīng)二氧化氯處理后不會產(chǎn)生氯酚味，而且能有效地去除這些臭味。4/12/2023教學課件3）在印染廢水處理中的應用

印染廢水因其色澤深、組分復雜，成為我國現(xiàn)行工業(yè)廢水治理難題之一，目前，所采用的生化法、吸附法、物化法等處理方法均不能使之達標排放。

鑒于這種情況，開發(fā)出了應用混凝—二氧化氯組合法來處理印染廢水的工藝，并在江蘇天倫染織實業(yè)公司及靖江市第三紡織廠試運行。兩年多來，效果一直穩(wěn)定良好，其中天倫染織實業(yè)公司除CODCr效果略高于GB4287—92排放標準外，其余指標均能達標排放，第三紡織廠處理水質(zhì)均能達到GB4287—92排放標準，其主要工藝流程如下：廢水→格柵→調(diào)節(jié)池→污泥泵→物化沉淀池→ClO2反應器→二沉池A→二沉池B→外排4/12/2023教學課件4）二氧化氯的消毒、殺菌、除藻作用二氧化氯對水處理系統(tǒng)中的沉淀、澄清、過濾設(shè)備以及配水管網(wǎng)中的藻類異養(yǎng)菌、鐵細菌、硫酸鹽及還原菌等，都有較好的去除殺滅效果，投加二氧化氯將有利于水處理設(shè)施的運行和維護。二氧化氯在工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中主要用來殺菌、滅藻和控制系統(tǒng)中菌、藻的滋生，投加量可按照補充水量來匹配，一般取3～5g/m3。ClO2不與氨和氨基化合物反應，不與水中的酚類產(chǎn)生怪味，非常適用于合成氨廠和煉油廠的冷卻水處理。表14-6列出了揚子石油化工股份有限公司使用Cl2與ClO2處理煉油廠循環(huán)水的效果比較，從表14-6可以看出，使用ClO2殺菌比使用Cl2殺菌平均殘留菌數(shù)相對減少69%，費用降低20%。4/12/2023教學課件表14-6Cl2與ClO2兩種殺菌法效果的比較項目Cl2ClO2項目Cl2ClO2殺菌劑用量/(kg/月）665800費用/(元/月）13915.911200非氧化殺菌劑用量/(kg/月）772平均殘留菌數(shù)/(個/mL）4.12×1041.21×1044/12/2023教學課件第14章電解與氧化還原14.1電解14.1.1電解槽的結(jié)構(gòu)形式14.1.2電解法的原理與分類14.1.3電解氧化還原14.1.4電解凝聚與電解浮上14.2化學氧化法14.2.1空氣氧化法14.2.2臭氧氧化法14.2.3.過氧化氫氧化法14.