6水处理工程氧化还原6da.ppt

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1、第六章 化学氧化还原n概述概述n化学氧化法化学氧化法 n化学还原法化学还原法n电解电解水水 处处 理理 工工 程程水水 处处 理理 工工 程程第一节概述一、原理一、原理l原理：通过氧化还原反应把水中溶解性有害物质无害化的过原理：通过氧化还原反应把水中溶解性有害物质无害化的过程。程。n与生物氧化相比，需用费用较高，仅用于饮用水、特种工与生物氧化相比，需用费用较高，仅用于饮用水、特种工业用水、有毒工业用水、回用水深度处理业用水、有毒工业用水、回用水深度处理l无机物：失去电子即被氧化无机物：失去电子即被氧化还原剂；得到电子即被还原还原剂；得到电子即被还原氧化剂。氧化剂。l氧化还原能力氧化还原能力氧化

2、还原电位表示氧化还原电位表示n一般用标准氧化还原电位一般用标准氧化还原电位E E0 0 如如 E E0 0/(Cl/(Cl2 2/2Cl/2Cl-)=1.36v,)=1.36v,E E0 0/(S/S/(S/S2-2-)=-0.48v)=-0.48vnE E0 0，氧化能力氧化能力，位于氧化还原表后的物质可氧化前物，位于氧化还原表后的物质可氧化前物质质n实际应用，在实际的物质浓度、温度和实际应用，在实际的物质浓度、温度和pHpH下，氧化还原电下，氧化还原电位可用能斯特方程计算；位可用能斯特方程计算；水水 处处 理理 工工 程程氧化还原反应服从化学平衡规律写为两个半反应式：相应的氧化还原电位：处

3、于平衡状态时E1=E2水水 处处 理理 工工 程程G0，反应不能自发进行反应不能自发进行G=0，反应处于平衡状态反应处于平衡状态自由焓变自由焓变G=-nFE判断反应进行方向：判断反应进行方向：n为正整数，为正整数，F为常数（正值），只有当为常数（正值），只有当E0时才能使时才能使G1,表示浓度的增减对消毒效率有很大影响；表示浓度的增减对消毒效率有很大影响；n1，接接触时间比消毒剂的投加量影响更大触时间比消毒剂的投加量影响更大水水 处处 理理 工工 程程n消毒效果和速度与下列因素有关：消毒效果和速度与下列因素有关：微生物特性，杀菌易，杀病毒难；单个易，成团难微生物特性，杀菌易，杀病毒难；单个易，

4、成团难温度：较高温度对消毒过程有利温度：较高温度对消毒过程有利pH：决定了氯系消毒剂的存在状态，低决定了氯系消毒剂的存在状态，低pH值时，值时，HOCl或或NHCl2量多，杀菌能力强。量多，杀菌能力强。水中杂质：水中的悬浮物掩蔽菌体；还原剂消耗氧化水中杂质：水中的悬浮物掩蔽菌体；还原剂消耗氧化剂；氨与剂；氨与HOCl作用生成氯胺作用生成氯胺 。把氯胺中的氯。把氯胺中的氯称为化合性氯，称为化合性氯，HOCl和和OCl-游离氯。游离氯。n折点加氯折点加氯 2.废水氯氧化废水氯氧化n处理含氰废水处理含氰废水n氰：氰：CN-游离的危害大，电镀废水含量大游离的危害大，电镀废水含量大n处理过程分处理过程分

5、2个阶段个阶段第一阶段：将第一阶段：将CN-氧化成氰酸氧化成氰酸盐盐毒性为毒性为HCN的千分之一，还需氧化的千分之一，还需氧化n第二阶段：完全破坏碳氮链，增加氯的投加量，进第二阶段：完全破坏碳氮链，增加氯的投加量，进行完全氧化行完全氧化。水水 处处 理理 工工 程程加氯量mg/L余氯量mg/L游离性余氯化合性余氯BA0Ha1a2a3a4b1b2b3b41区2区3区4区需氯量试验结果需氯量试验结果图中虚线（该线，与坐图中虚线（该线，与坐标轴成标轴成45角）表示水角）表示水中无杂质时加氯量与余中无杂质时加氯量与余氯量的关系。实线表示氯量的关系。实线表示氯与杂质化合后的情况，氯与杂质化合后的情况，b

6、值即需氯量值即需氯量被氯氧被氯氧化的杂质，不能为余氯化的杂质，不能为余氯测定。测定。a代表余氯量，代表余氯量，a加加b即加氯量。即加氯量。1区区：氧化还原性物质，：氧化还原性物质，余氯为零；余氯为零；2区区：氯与：氯与氨化合，产生氯胺，有氨化合，产生氯胺，有余氯，是化合氯；余氯，是化合氯；3区区：加氯量增加，氯胺被氧加氯量增加，氯胺被氧化成不起消毒作用的氯，化成不起消毒作用的氯，余氯减少，到折点余氯减少，到折点B；4区区：完全是游离性余氯。完全是游离性余氯。折点加氯折点加氯水水 处处 理理 工工 程程NH2Cl与NHCl2的分布由如下平衡决定：NHCl2的杀菌能力比NH2Cl强，氯胺消毒还是依

7、靠HOCl，当水中HOCl消耗后，上式反应向左进行，释放出HOCl，因而氯胺消毒比HOCl慢水水 处处 理理 工工 程程第一阶段：要求第一阶段：要求pH值值1011，需要，需要5分钟，控制分钟，控制10-15分钟分钟第二阶段：要求第二阶段：要求pH值值88.5，需要，需要1小时小时理论值：理论值：CN-:Cl2:NaOH=1:6.8:6.2实际控制投加实际控制投加CN-:Cl2=1:8水水 处处 理理 工工 程程n含酚废水处理含酚废水处理n用氯量必须过量，否则产生强烈臭味的氯酚，超用氯量必须过量，否则产生强烈臭味的氯酚，超10倍。倍。n废水脱色：碱性条件，加紫外线增强废水脱色：碱性条件，加紫外

8、线增强10倍。倍。n3.加氯设备加氯设备n采用加氯机：注意安全，防止腐蚀采用加氯机：注意安全，防止腐蚀n六、其它氧化剂氧化六、其它氧化剂氧化n1.高锰酸盐氧化高锰酸盐氧化n能与水中能与水中Fe2+、Mn2+、S2-、CN-、酚及其它至臭味有机酚及其它至臭味有机物很好地反应，能杀死很多藻类和微生物，与臭氧处理物很好地反应，能杀死很多藻类和微生物，与臭氧处理一样，出水无异味。一样，出水无异味。n2.过氧化氢氧化过氧化氢氧化n与催化剂与催化剂Fe2+构成氧化体系构成氧化体系Fenton试剂试剂n反应历程反应历程水水 处处 理理 工工 程程氯氧化系统水水 处处 理理 工工 程程Fenton试剂氧化有机

9、物反应历程试剂氧化有机物反应历程对常见有机物的氧化对常见有机物的氧化COD去除率达去除率达70%以上；以上；可与紫外光合并氧化卤代脂肪烃，乙酸盐、可与紫外光合并氧化卤代脂肪烃，乙酸盐、有机酸及炸药等有机酸及炸药等水水 处处 理理 工工 程程第三节化学还原法一、常用还原剂某些电极电位较低的金属，铁屑、锌粉某些电极电位较低的金属，铁屑、锌粉带负电的离子，带负电的离子，SO32-SO42-带正电的离子带正电的离子,Fe2+Fe3+二、还原除铬-把Cr6+还原成毒性较低的Cr3+n亚硫酸亚硫酸石灰法除铬石灰法除铬n二步：废水中的二步：废水中的Cr2O72-在酸性条件下（在酸性条件下（pH7时，反应不能

10、进时，反应不能进行。行。水水 处处 理理 工工 程程三、还原法除汞三、还原法除汞n氯碱、炸药、制药、仪表工业废水中含有剧毒氯碱、炸药、制药、仪表工业废水中含有剧毒的的Hg+，处理方法是将其还原为处理方法是将其还原为Hg，加以回收。加以回收。n采用比汞活泼的金属（铁屑、锌粉、铝粉、钢采用比汞活泼的金属（铁屑、锌粉、铝粉、钢屑等），获得金属汞回收利用屑等），获得金属汞回收利用n采用铁屑过滤时：采用铁屑过滤时：pH值值69较好，耗铁量最较好，耗铁量最小；小；n采用锌粉时：采用锌粉时：pH值值911较好；较好；n采用铜屑时：采用铜屑时：pH值值110均可，一般用于废均可，一般用于废水含酸浓度较大的场合

11、。水含酸浓度较大的场合。水水 处处 理理 工工 程程第四节电解第四节电解一、基本原理一、基本原理l电解槽阳极：与电源正极连接，传电子给电源电解槽阳极：与电源正极连接，传电子给电源氧化作氧化作用，直接氧化有机物用，直接氧化有机物OH O2，氧对有机物也会产生氧化作用，氧对有机物也会产生氧化作用Cl Cl2，也会起氧化作用，也会起氧化作用l电解槽的阴极：与电源负极连接，从电源接收电子电解槽的阴极：与电源负极连接，从电源接收电子还还原作用，直接还原有机物原作用，直接还原有机物H H2（很强的还原作用）（很强的还原作用）l电凝聚：如用铁或铝板作阳极，铁或铝离子经水解生成羟电凝聚：如用铁或铝板作阳极，铁

12、或铝离子经水解生成羟基络合物，起到混凝剂作用基络合物，起到混凝剂作用电解气浮：电解气浮：阳极阳极 O2，阴极阴极 H2，微气泡产生的气浮。微气泡产生的气浮。水水 处处 理理 工工 程程n电解消耗的电量与电解质的反应量间的关系电解消耗的电量与电解质的反应量间的关系遵从法拉第定律遵从法拉第定律n电极上析出物质的量正比于通过电解质的电量；电极上析出物质的量正比于通过电解质的电量；n理论上，理论上，1法拉第电量可析出法拉第电量可析出1摩尔的任何物质摩尔的任何物质水水 处处 理理 工工 程程二、电解氧化还原二、电解氧化还原n电解氧化指废水中污染物在电解槽的阳极电解氧化指废水中污染物在电解槽的阳极失去电子

13、发生氧化分解；失去电子发生氧化分解；n可处理可处理CN-、Fe(CN)63-、Cd(CN)42-n电解还原：处理阳离子污染物电解还原：处理阳离子污染物 1.电解除氰电解除氰n在阳极上发生氧化反应在阳极上发生氧化反应n在阴极上发生析出在阴极上发生析出H H2 2和部分金属离子的还原反和部分金属离子的还原反应应水水 处处 理理 工工 程程n电解除氰的流程电解除氰的流程 2.电解除铬电解除铬n在阳极n在阴极n要求酸性条件。电解液逐渐变碱性，生成稳定的氢氧化物沉淀水水 处处 理理 工工 程程调节池电解槽沉淀池污泥干化场含氰废水直流电压缩空气出水5%-10%NaCl水含氰废水污泥污泥水连续式电解处理流程

14、水水 处处 理理 工工 程程3.次氯酸钠发生器及应用n电解食盐水产生NaOCl的装置，主要用于给水、废水和氧化处理。-定型设备n可供印染厂、造纸厂以及使用氯消毒或杀菌的工厂如烟厂、洗瓶长使用。三、电解凝聚与电解浮上三、电解凝聚与电解浮上n电解凝聚：采用铁、铝阳极电解时，在外电流和电解凝聚：采用铁、铝阳极电解时，在外电流和溶液作用下，阳极溶解出溶液作用下，阳极溶解出Fe2+、Fe3+或或Al3+,与与OH-结合生成不溶于水的氢氧化物，对水中胶体离子结合生成不溶于水的氢氧化物，对水中胶体离子的凝聚和吸附很强；的凝聚和吸附很强；-内电解（微电解）内电解（微电解）n电解浮上：电解电压超过水的分解电压，

15、阳极和电解浮上：电解电压超过水的分解电压，阳极和阴极产生阴极产生O2和和H2,气泡上升，携带胶体颗粒或乳化气泡上升，携带胶体颗粒或乳化油共同浮上。油共同浮上。水水 处处 理理 工工 程程当污水通过含铁和炭的填料时，铁成为阳极，碳成为阴极，并有微电流流动，形成了千千万万个微小电池，产生“内电解”，发生腐蚀，也就是氧化还原反应：阳极反应阳极反应Fe-2e一Fe2+E0(Fe2+/Fe)=-0.44V阴极反应阴极反应2H+2eH2E0(H+/H2)=0.00V当有氧气时当有氧气时O2+4H+4e2H2OE0(O2)=1.23VO2+2H2O+4e40H-E0(O2/OH-)=0.40V上述反应在酸性

16、和充氧的情况下腐蚀最甚，并具有如下被证实了的功能：由于有机物参予阴极的还原反应，使官能团发生了变化改变了原有机物性质，降低了色度，改善了B/C值；一些无机物也参予反应生成沉淀得以去除，如：Fe2+S2-FeS;废水的胶体粒子和微小分散的污染物受电场作用，产生电泳现象，向相反电荷的电极移动，并聚集在电极上使水澄清；阳极生成的新生态Fe2+经石灰中和生成的Fe(OH)3，有极强的吸附能力，使水得以澄清；阴极生成的氢气，具有气浮效应。水水 处处 理理 工工 程程 四、电解槽的设计四、电解槽的设计 1.分类分类n水流方式：回流式、翻腾式水流方式：回流式、翻腾式n电极与电源母线连接方式：单极式、与双极式

17、电极与电源母线连接方式：单极式、与双极式 2.电解槽的工艺设计：电解槽的工艺设计：n电解槽的有效容积电解槽的有效容积n阳极面积阳极面积An电流电流In电压电压Vn电能消耗电能消耗N水水 处处 理理 工工 程程思考题：1.如何运用氧化还原电位值来选择处理废水时的氧化还原药剂？2.湿式氧化与一般的空气氧化有什么区别?对反应来说,有那些优越之处?氧化过程经历那几个阶段?若作为生化处理前的预处理,应控制在那一个阶段?3.简述臭氧氧化法处理废水的优缺点,及其使用场合.4.简述水中加氯消毒和氯胺消毒的原理,比较其优缺点5.请说明臭氧氧化法的原理。6.比较二氧化氯与氯气氧化还原的优缺点。7.以纳米TiO2光

18、催化降解有机磷农药为例说明光化学氧化的原理。8.超临界水与常温常压下的水相比有哪些优点和特性？9.试总结本章所例举的高级氧化技术与传统氧化技术相比的优缺点。10.结合所学，请举出日常使用最广泛的氧化还原剂，并比较它们的适用条件和优缺点。11.试画出湿式氧化工艺的流程图并说明其工作过程。水水 处处 理理 工工 程程作业题:1.废水含酚50mg/L，拟采用臭氧氧化法进行处理，在一定实验条件下，当臭氧投加量为402mg/L水时，臭氧的吸收率为80%，试求酚的理论去除率。2.以不同剂量的氯加入废水中时,所测得的余氯量如下:绘制余氯量曲线,并作出解释;求为保证消毒效果,所需的最低加氯量;为了得到0.75mg/L有效的游离性余氯所需的加氯量.水水 处处 理理 工工 程程3.用氯来氧化经物理化学处理后出水中的氨，可据化学计量式：出水的水质标准要求连续不断地除去90%的氨，现在假定投氯量足以使反应的速度与氨的浓度成一次方比关系，求定为满足上述处理要求的一个CMR氧化池，一个PFR氧化池和三个串联的CMR氧化池的相对尺寸。