污水的化学和物理化学处理.pptx

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1、一、化学法1.1 化学氧化法 水处理中常用的氧化剂包括氯气（Cl2）、二氧化氯（ClO2）、过氧化氢（H2O2）、臭氧（O3）、羟基自由基（HO）。氧化剂在水溶液中的氧化电位：HO（3.06V）O3（2.07V）H2O2（1.77V）ClO2（1.5V）Cl2（1.36V）第1页/共75页（1）氯气的氧化原理1.1.1 氯气（Cl2）第2页/共75页（2）氯气的氧化作用u 消毒 氯气的消毒作用主要取决于次氯酸。（1）次氯酸分子体积小，不荷电，易吸附于细菌表面；（2）氧化性强，能破坏细胞膜，使蛋白质、RNA和DNA等物质释出，并影响多种酶系统(主要是磷酸葡萄糖脱氢酶的巯基被氧化破坏)，从而使细菌

2、死亡。（3）次氯酸对病毒的作用，在于对核酸的致死性损害。（4）对细菌的杀灭能力而言在较低的PH值条件下更有效。第3页/共75页液氯消毒工艺第4页/共75页氯氧化系统第5页/共75页氯胺消毒法 当水中含有游离氨或有机氮化合物，CL2可以与其反应生成氯胺化合物，氯胺也有杀菌作用，但杀菌速率比次氯酸慢。第6页/共75页第7页/共75页u 漂白脱色 氯气溶于水后起主要漂白作用的物质是次氯酸。关于它的作用机制有两种解释：（1）次氯酸不稳定，生成氯化氢和新生氧，新生氧的氧化能力很强，能破坏有机色素分子结构达到漂白目的。（2）次氯酸通过加成反应与色素分子结构中双键结合，使色素变性脱色。（3）次氯酸的漂白是彻

3、底的、不可逆的，有机色素脱色后不能恢复原色，可用作棉、麻、纸张等的漂白。第8页/共75页u 氯氧化法处理含氰废水第9页/共75页u 氯氧化法处理含酚废水第10页/共75页1.1.2 二氧化氯（ClO2）ClO2分子结构外层存在一个未成对电子-活泼自由基，具有很强的氧化作用。ClO2 在水中几乎100%分子状态存在。ClO2及易透过细胞膜，渗入细菌及其他微生物细胞内，与细菌及其它微生物蛋白质中的部分氨基酸发生氧化还原反应，使氨基酸分解破坏，进而控制微生物蛋白质合成，最终导致细菌死亡。ClO2对Fe2+、S2-、CN-等具有较强的氧化能力。第11页/共75页1.1.3 过氧化氢（H2O2）过氧化氢

4、是1818年由法国化学家J.H.Thenard发现，它可以和水以任意比例混合，水溶液又称双氧水。双氧水主要用于纺织品、纸浆漂白，设备除垢，管道清洗以及用作除藻剂等。过氧化氢作为氧化剂使用具有以下优点：a、产品稳定，储存时每年活性氧的损失低于1%；b、安全，没有腐蚀性，能较容易地处理液体，设备简单；c、与水完全混溶，避免了溶解度的限制；d、无二次污染，能满足环保排放要求；e、氧化选择性高。第12页/共75页（1）漂白脱色原理 早期理论认为：双氧水分解产生的原子态氧可与织物上的色素作用，达到漂白目的。而实验证明，在强碱、高温条件下，原子态氧能氧化纤维素、造成织物损伤，而漂白作用没有确切证据。195

5、2年Wood和Richard根据双氧水和有机过氧化物可以产生游离基的事实，提出了游离基学说。在电子供体和碱存在条件下，游离基易于形成。碱和电子供体起催化作用，降低反应的活化能。HO能破坏木素的发色基松柏醛基，使其失去发色功能第13页/共75页（2）氧化硫化物和氰化物 在处理硫化氢等硫化物时，在pH形成MmNn沉淀11时，沉淀溶解。第54页/共75页（2）硫化物沉淀法 硫化物沉淀法常用的沉淀剂有H2S、Na2S、K2S等。第55页/共75页（3）碳酸盐沉淀法水的化学软化石灰法石灰纯碱法第56页/共75页（4）钡盐沉淀法 用较难溶的物质作为沉淀剂去除能构成更难溶物质的离子。例如，难溶盐CaSO4的

6、溶度积为2.4510-5，BaSO4的溶度积为0.8710-10，可以用CaSO4作为沉淀剂，沉淀Ba2+。（5）卤化物沉淀法（6）氟化物沉淀法第57页/共75页1.3 化学还原法 向废水中投加还原剂，使废水中的有毒有害物质转变为无毒的或毒性小的新物质的方法称为还原法。常用的还原剂有：亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸亚铁、二氧化硫、水合肼、铁屑、铁粉等。（1）亚硫酸盐还原法第58页/共75页（2）硫酸亚铁还原法（3）水合肼还原法 在中性或微碱性条件下，水合肼能迅速地还原六价铬并生成 氢氧化铬沉淀。第59页/共75页1.4 离子交换法 离子交换法是水处理中软化和除盐的主要方法之

7、一。离子交换的实质是不溶性离子化合物上的交换离子与溶液中的其他同性离子的交换反应，属于可逆性化学吸附。水处理中常用的离子交换剂为磺化煤和离子交换树脂。离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂本体和活性基团两部分组成。树脂本体不是离子化合物，无离子交换能力。活性基团由固定离子和活动离子组成，两者电性相反，通过静电引力结合在一起。第60页/共75页u 离子交换树脂的分类阳离子交换树脂阴离子交换树脂含有胺羧基团的螯合树脂 两性树脂氧化还原树脂第61页/共75页u 离子交换树脂的制备第62页/共75页第63页/共75页u 离子交换树脂的工作原理阳离子交换树脂对阳离子的吸收具有选择性第64页/共75

8、页阴离子交换树脂对阴离子的吸收具有选择性第65页/共75页u 离子交换树脂工艺离子交换器第66页/共75页第67页/共75页二、物理化学法2.1 电化学-内电解法 内电解法是利用废水中的有些组分在有导电介质存在时，自发进行电化学反应，同时兼有絮凝、吸附、共沉淀等综合作用的一种废水处理方法。内电解法所用材料主要为铁粉、铁屑或铁碳，也被称为金属铁还原法。实际应用中金属铁中含有杂质碳，再加上材料表面比较粗糙，有利于形成腐蚀电池。其电极反应为：阳极（Fe）Fe-2e-Fe2+Fe2+3OH-e-Fe(OH)3Fe2+2H2O Fe(OH)2+2H+Fe2+2OH-Fe(OH)2阴极（碳）2H+2e-2

9、H H2O2+4H+4e-2H2O第68页/共75页 在电极反应基础上，金属铁还原法降解水中污染物的机理包括：（1）铁的还原作用 铁是活泼金属，在酸性条件下可将一些重金属离子和有机物还原。（2）Fe(OH)2的还原作用 Fe(OH)2对硝基、亚硝基及偶氮化合物具有强烈的还原作用，可将硝基苯类化合物还原成苯胺类化合物。（3）氢的还原作用 新生态氢H具有较强的还原作用，能与废水中许多组分发生还原反应，破坏发色、助色基团结构，使偶氮键断裂，硝基化合物还原为氨基化合物。第69页/共75页 所谓超临界，是指物质的一种特殊流体状态。当把处于气液平衡的物质升温、升压时，热膨胀引起液体密度减少，而压力的升高又

10、使气液两相的相界面消失，成为均相系统，这一点就是临界点。当物质的温度、压力分别高于临界温度和临界压力时就处于超临界状态。2.2 超临界水氧化法 超临界水是指在温度和压力分别超过临界状态温度374和临界压力22.5MPa时水处于超临界状态。第70页/共75页 超临界水具有特殊的溶解性，易改变的密度，较低的黏度，较低的表面张力和较高的扩度、电导率、离子积以及各种物质在其中溶解度等值可散性。（1）用超临界水氧化处理氧化有机废物使本来发生在液相或固相有机废物和气相氧化之间的多相反应转化为在超临界水中的单相氧化反应；（2）在超临界水中溶解度很低的盐类和无机物使得反应过程中氧化反应的分离步骤变得容易；（3

11、）有机组分在适当的温度、压力和一定时间内能够被完全氧化成CO2、H2O和N2。第71页/共75页2.3 超声波法 超声波由一系列疏密相间的纵波构成，并通过液化介质向四周传播，当声能足够高时，在疏松的半周期内，形成空化核，空化核的寿命约0.1s，它在爆炸的瞬间可以产生大约4000k和100MPa的局部高温高压，并产生速度约110m/s，具有强烈冲击力的微射流，这种现象称为超声空化。这些条件足以使得有机物在空化气泡内发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解或自由基反应，包括卤代脂肪烃、单环和多环芳烃及酚类物质等都能被超声波降解。超声波的频率是影响有机物降解的主要因素。第72页/共75页2.4 辐射法 辐

12、射法技术的反应机理，是当射线或高能电子束射入水溶液中，水分子就会被电离或激发而形成离子，激发态分子等（此过程发生在10-1210-6），接着这些辐射产物向周围介质扩散一部分会与其他离子复合生成分子或次级辐射产物，另一部分扩散到周围水溶液中，可自然反应以及传递能量，这一过程在10-7s内完成，辐射产生的水化电子和自由基与有机物结合，是有机物降解主要途径。第73页/共75页2.5 纳米技术 纳米混凝剂或纳米粉末具有强大吸附能力，可增强絮凝与吸附效果，并通过吸附架桥、卷扫网捕等絮凝机理去除有机物。沉淀物易于脱水。此外纳米技术还具有除垢、消毒、过滤催化以及提高生物活性和促进难降解有机物降解的作用。第74页/共75页感谢您的观看！第75页/共75页