水污染控制工程7课件

第七章 氧化还原与消毒氧化还原与消毒Oxidation-reductionandDisinfectionOxidation-reductionandDisinfection氧化还原基础氧化还原基础氧化法氧化法还原法还原法电解法电解法消毒消毒一、氧化还原的基础一、氧化还原的基础 1.氧化还原法氧化还原法氧化过程氧化过程还原过程还原过程还原剂还原剂氧化剂氧化剂氧化剂还原剂氧化剂还原剂还原剂还原剂1氧化剂氧化剂12.氧化还原能力氧化还原能力标准氧化还原电位标准氧化还原电位E0反应是否进行的判断指标：反应是否进行的判断指标：E0反应反应E0还原反应还原反应E0氧化反应氧化反应3.能斯特方程能斯特方程 EE0（RT/nF）ln氧化态氧化态/还原态还原态R:气体常数；气体常数；T：绝对温度：绝对温度F：法拉第常数；：法拉第常数；n：反应中转移的电子数：反应中转移的电子数l有机物有机物氧化氧化：加氧或去氢反应，或生成：加氧或去氢反应，或生成CO2，H2O还原还原：加氢或去氧反应：加氢或去氧反应二、氧化还原法分类二、氧化还原法分类 三、氧化法三、氧化法 1.氯氧化法氯氧化法 1)氯在水中水解氯在水中水解Cl2H2OHOClHClHOClH+OCl-pH9时，时，OCl-接近接近100OCl-的标准氧化还原电位的标准氧化还原电位1.2V2)主要用途主要用途3)氰化物、硫化物、酚、醛、油类的氧化去除以及脱色、脱氰化物、硫化物、酚、醛、油类的氧化去除以及脱色、脱臭、杀菌等臭、杀菌等3)工艺工艺局部氧化法局部氧化法完全氧化法完全氧化法q局部氧化法局部氧化法 反应方程式反应方程式 CNOClH2OCNCl（有毒）（有毒）2OHCNCl2OHCNO（毒性小）（毒性小）ClH2O反应条件反应条件 pH1213，时间：，时间：1015minq完全氧化法完全氧化法 反应方程式反应方程式 2NaCNO+3HOCl+H2O 2CO2+N2+2NaCl+HCl+H2O 2CNCl+2HOCl+H2O=2CO2+N2+5HCl反应条件反应条件 pH67，考虑重金属氢氧化物的沉淀去除，考虑重金属氢氧化物的沉淀去除，pH可为可为7.58，时间：时间：30minq工艺流程工艺流程 局部氧化局部氧化 完全氧化完全氧化2.臭氧氧化法臭氧氧化法 1)臭氧的物理化学性质臭氧的物理化学性质氧化能力氧化能力氧化还原电位与氧化还原电位与pH有关，在酸性溶液中为有关，在酸性溶液中为2.07V，在碱性溶，在碱性溶液中为液中为1.24V。在水中的溶解度在水中的溶解度37mg/L（25 C）。臭氧化空气中臭氧只占）。臭氧化空气中臭氧只占0.6-1.2%。臭氧的分解臭氧的分解臭氧的毒性与腐蚀性臭氧的毒性与腐蚀性工作场所规定的最大允许浓度为工作场所规定的最大允许浓度为0.1mg/L。2)臭氧的制备臭氧的制备 q方法方法无声放电法无声放电法、放射法、紫外线辐射法、等离子法和、放射法、紫外线辐射法、等离子法和电解法等。电解法等。无声放电原理无声放电原理 在放电高速电子流的轰击下，在放电高速电子流的轰击下，O22O3OO3或或OO2O3氧气生产臭氧的总反应式：氧气生产臭氧的总反应式：3O22O3-288.9kJ（或（或144.4kJ/mol-O3）每生产每生产1kgO3需要消耗需要消耗0.836kWh实际电耗：实际电耗：1520kWh/kg-O3无声放电臭氧发生器无声放电臭氧发生器 构造构造 板式极、管式极板式极、管式极影响因素影响因素电压电压臭氧产量与电压的二次方成正比臭氧产量与电压的二次方成正比；交流电频率交流电频率交流电的频率交流电的频率 放电次数放电次数 臭氧的产量臭氧的产量 放电间隙放电间隙放电间隙放电间隙 越容易放电，所需的电压越容易放电，所需的电压 耗电量耗电量。管式。管式一般一般23.5mm。q 尾气的净化尾气的净化3)臭氧接触反应设备臭氧接触反应设备 4)应根据臭氧处理的对象，选用不同的接触反应设应根据臭氧处理的对象，选用不同的接触反应设备备。气泡式气泡式 化学反应控制的气液接触反应设备。我国应用最多。化学反应控制的气液接触反应设备。我国应用最多。多孔扩散多孔扩散 表面曝气式表面曝气式塔板式塔板式 水膜式水膜式受传质控制，内填有拉西环填料。受传质控制，内填有拉西环填料。水滴式水滴式受传质控制受传质控制。4)尾气处理尾气处理活性炭法活性炭法 2C+O3CO2+CO+(293335)kJ/mol-O3药剂法药剂法燃烧法燃烧法5)臭氧废水处理系统的设计臭氧废水处理系统的设计6)P5015036)在水处理中的应用在水处理中的应用A.氧化无机物氧化无机物B.二价铁、锰的氧化二价铁、锰的氧化、氰化物的氧化、氰化物的氧化 B.氧化有机物氧化有机物C.氧氧化化许许多多有有机机物物，脱脱色色，除除味味，杀杀菌菌，除除藻藻等等，氧化能力强。改善一些难降解有机物的可生化性。氧化能力强。改善一些难降解有机物的可生化性。印染废水：破坏发色基团印染废水：破坏发色基团；微污染水源水净化微污染水源水净化污染物污染物原水含量原水含量臭氧投量臭氧投量处理水含量处理水含量(g/L)（mg/L）(g/L)3,4-苯并苯并(a)芘芘3.31.710茚并芘茚并芘3.20.640作为消毒剂使用作为消毒剂使用7)臭氧氧化法的优缺点臭氧氧化法的优缺点优点优点氧化能力强氧化能力强无二次污染无二次污染操作管理方便操作管理方便不产生污泥不产生污泥缺点缺点造价高造价高运行成本高运行成本高3.高级氧化（高级氧化（Advancedoxidationprocesses,AOPs）4.涉及到羟基自由基的氧化过程称为高级氧化流程。涉及到羟基自由基的氧化过程称为高级氧化流程。5.羟基自由基氧化还原电位：羟基自由基氧化还原电位：2.8V。1)特点特点2)几乎对所有的有机物都能氧化几乎对所有的有机物都能氧化。2)分类分类多相光催化：多相光催化：TiO2/UV基于基于O3的催化氧化：的催化氧化：O3/UV,O3/H2O2,O3/H2O2/UV 例例:O3/UVO3+UV(310nm)O2+O(1D)O(1D)+H2OHO+HO(inwetair)O(1D)+H2OHO+HO H2O2(inwater)4.超临界水氧化技术超临界水氧化技术 1)超临界流体及其特性超临界流体及其特性 临界点（临界点（Criticalpoint）汽液两相的相界面消失，成为一均相体系，这一点即为临界点。汽液两相的相界面消失，成为一均相体系，这一点即为临界点。当物质的温度和压力分别高于临界温度和临界压力时就处于超临当物质的温度和压力分别高于临界温度和临界压力时就处于超临界状态。界状态。超临界流体的特性超临界流体的特性 扩散系数比一般液体高扩散系数比一般液体高10100倍，有利于传质和热交换；倍，有利于传质和热交换；可压缩性，温度或压力较小的变化可引起超临界流体的密度发生可压缩性，温度或压力较小的变化可引起超临界流体的密度发生较大变化。较大变化。2)超临界水及其特性超临界水及其特性 温度的微小变化将引起临界水的密度大大减少，温度的微小变化将引起临界水的密度大大减少，;水在超临界状态时的介电常数为水在超临界状态时的介电常数为1.51，超临界水表现，超临界水表现出更近似于非极性有机化合物出更近似于非极性有机化合物。3)超临界水氧化原理超临界水氧化原理 4)有机化合物有机化合物O2乙酸乙酸CO2+H2O5)有机化合物中的杂原子有机化合物中的杂原子酸、盐、氧化物酸、盐、氧化物6)酸酸+NaOH无机盐无机盐5.其他氧化法其他氧化法1)空气氧化空气氧化应用：低浓度含硫废水处理应用：低浓度含硫废水处理 2HS-+2O2S2O32-+H2O2S2-+2O2+H2OS2O32-+2OH-S2O32-+2O2+2OH-2SO42-+H2O 2)光氧化法光氧化法3)Cl2+H2OHOCl+HCl4)HOClHCl+O（光源）（光源）5)HC+OH2O+CO2（光源）（光源）处理流程处理流程三、还原法三、还原法 1.药剂还原法药剂还原法 应用：处理含汞、含铬和含铜废水。应用：处理含汞、含铬和含铜废水。l含铬废水处理含铬废水处理 2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2OCr2O72-+2OH-2Cr2O42-+2H2O l要求：要求：pH4l常用的还原剂：亚硫酸盐、硫酸亚铁、水合肼、铁屑铁粉等。常用的还原剂：亚硫酸盐、硫酸亚铁、水合肼、铁屑铁粉等。Fe+2H+Fe2+H2 Cr2O72-+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+7H2O(Fe+Hg2+Fe2+Hg)2.工艺流程工艺流程1)槽外集中处理槽外集中处理2)槽内处理（化学漂洗）槽内处理（化学漂洗）四、电解法四、电解法 1.概述概述2.电解与电解法电解与电解法1)法拉第电解定律法拉第电解定律2)G=EQ/F=EIT/F2)分解电压分解电压3)影响因素影响因素3)作用原理作用原理电解槽阳极电解槽阳极与电源正极连接，传电子给电源与电源正极连接，传电子给电源氧化作用，直接氧化有机物氧化作用，直接氧化有机物OHO2，氧化作用，氧化作用ClCl2，氧化作用，氧化作用电解槽的阴极电解槽的阴极 与电源负极连接，从电源接收电子与电源负极连接，从电源接收电子还原作用，还原有机物还原作用，还原有机物HH2（很强的还原作用）（很强的还原作用）电凝聚电凝聚 如用铁或铝板作阳极如用铁或铝板作阳极铁或铝离子经水解生成羟基络合物铁或铝离子经水解生成羟基络合物电解气浮电解气浮 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2.装置构造装置构造 回流式回流式翻腾式翻腾式单极性单极性双极性双极性3.应用应用处理含铬或含氰废水。处理含铬或含氰废水。处理染料废水、印染废水。处理染料废水、印染废水。例：例：处理含铬废水处理含铬废水阳极阳极 采用铁电极：采用铁电极：Fe2+在酸性条件下，可将废水中的在酸性条件下，可将废水中的6价铬还原成价铬还原成3价铬：价铬：Cr2O72-+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+7H2OCrO42-+3Fe2+8H+Cr3+4H2O阴极阴极 废水中的废水中的6价铬直接被还原成价铬直接被还原成3价铬。价铬。Cr2O72-+6e+14H+2Cr3+7H2OCrO42-+3e+8H+Cr3+4H2O同时同时2H+2eH2 氢氧化物的形成沉淀氢氧化物的形成沉淀 Cr3+3OH-Cr(OH)3Fe3+3OH-Fe(OH)3 主要影响因素主要影响因素可能存在的问题可能存在的问题 OH-4e2H2O+O2 3Fe+2O2Fe2O3+FeO即即8OH-+3Fe-8eFe2O3FeO+4H2O阳极钝化现象阳极钝化现象措施？措施？4.工艺流程工艺流程五、消毒五、消毒(disinfection)1.概述概述 1)消毒定义消毒定义 2)评价指标评价指标3)生活饮用水卫生规范，卫生部生活饮用水卫生规范，卫生部,2001.64)细菌总数：细菌总数：1浓度影响大浓度影响大n1时间影响大时间影响大l在一般情况下，可以视在一般情况下，可以视n=1。CT值作为消毒剂消毒能力的判断指标。值作为消毒剂消毒能力的判断指标。3)加氯量加氯量 加氯量需氯量余氯加氯量需氯量余氯 l需氯量与余氯的关系需氯量与余氯的关系l清水清水l有机物较少，且主要不是游离氨和含氮化合物有机物较少，且主要不是游离氨和含氮化合物有机物主要是氨和含氮化合物有机物主要是氨和含氮化合物OA段段水中杂质把氯消耗光。水中杂质把氯消耗光。AH段段氯氯与与氨氨反反应应，有有余余氯氯存存在在，有有一一定定消消毒毒效效果果，但但余余氯氯为为化化合合性性氯氯，其主要成分是一氯氨。其主要成分是一氯氨。HB段段仍仍然然是是化化合合性性余余氯氯，加加氯氯量量继继续续增增加加，氯氯氨氨被被氧氧化化成成不不起起消消毒毒作作用的化合物，余氯反而减少。用的化合物，余氯反而减少。BC段段B点以后，出现自由性余氯。点以后，出现自由性余氯。加氯量超过折点需要量：折点氯化加氯量超过折点需要量：折点氯化要求要求当原水游离氨当原水游离氨0.5mg/L时时加氯量控制在峰点前加氯量控制在峰点前 3)加氯点加氯点 滤后加氯滤后加氯滤前加氯（预氯化）滤前加氯（预氯化）混凝剂投加时加氯，提高混混凝剂投加时加氯，提高混凝效果。凝效果。管网中途加氯管网中途加氯。4)加氯设备与工艺加氯设备与工艺加氯设备加氯设备加氯机加氯机投加液氯投加液氯氯瓶氯瓶可能的问题？可能的问题？加氯工艺加氯工艺 4)氯化消毒副产物氯化消毒副产物 三卤甲烷三卤甲烷 我国新标准规定了三卤甲烷我国新标准规定了三卤甲烷(THMs)浓度，包括：氯仿、溴仿、浓度，包括：氯仿、溴仿、二溴一氯甲烷和一溴二氯甲烷四种物质。二溴一氯甲烷和一溴二氯甲烷四种物质。1993年，美国消毒剂消毒副产物方案中建议：年，美国消毒剂消毒副产物方案中建议：THMs80 g/L，卤乙酸（卤乙酸（HAAS）：）：1997年低于年低于60 g/L2000年低于年低于30 g/L。3.其它消毒法其它消毒法 1)氯氨消毒氯氨消毒 2)作用缓慢，杀菌能力比自由氯弱。作用缓慢，杀菌能力比自由氯弱。优点优点 水中含有有机物和酚时，氯氨消毒不会产生水中含有有机物和酚时，氯氨消毒不会产生氯臭和氯酚臭，大氯臭和氯酚臭，大大减少了大减少了THMs的产生，能保持水中余氯较久。的产生，能保持水中余氯较久。氨的投加氨的投加氯和氨的投加量氯和氨的投加量 一般采用氯：氨3：16：1氯和氨的投加顺序氯和氨的投加顺序一般先加氨，再加氯。一般先加氨，再加氯。管网较长时管网较长时2)漂白粉消毒漂白粉消毒3)CaOCl2有效氯有效氯30%4)Ca(OCl)2有效氯有效氯60%5)消毒原理与氯气相同消毒原理与氯气相同3)二氧化氯消毒二氧化氯消毒 特性特性刺激性刺激性溶解度溶解度不稳定不稳定制取方法制取方法亚氯酸钠和氯制取亚氯酸钠和氯制取 Cl2+H2OHOCl+HClHOCl+HCl+2NaClO22ClO2+2NaCl+H2O 用酸与亚氯酸钠制取用酸与亚氯酸钠制取 5NaClO2+4HCl4ClO2+5NaCl+2H2O10NaClO2+5H2SO48ClO2+5Na2SO4+4H2O 制备过程中应注意的问题制备过程中应注意的问题特点特点对细菌的细胞具有较强的吸附和穿透能力，灭活能力强。对细菌的细胞具有较强的吸附和穿透能力，灭活能力强。不会与水中有机物作用生成有机氯化物。不会与水中有机物作用生成有机氯化物。ClO2不水解，消毒受不水解，消毒受pH影响较小。影响较小。ClO2余量能在管网中保持很长的时间。余量能在管网中保持很长的时间。能去除或降低水的色度等能去除或降低水的色度等 问题问题ClO2本身和副产物本身和副产物ClO2对人体血红细胞有损害对人体血红细胞有损害；对人的神经系统及生殖系统有损害。对人的神经系统及生殖系统有损害。4)臭氧消毒臭氧消毒 特点特点既是氧化剂，又是消毒剂，渗入细胞壁。既是氧化剂，又是消毒剂，渗入细胞壁。不会产生三卤甲烷副产物，杀菌和氧化能力比氯强不会产生三卤甲烷副产物，杀菌和氧化能力比氯强；臭氧在水中不稳定，易散失，因此在臭氧在水中不稳定，易散失，因此在O3之后，往往需之后，往往需要投加少量的氯等；要投加少量的氯等；工艺工艺问题问题设备复杂，投资大，耗电量大；设备复杂，投资大，耗电量大；不能贮存，水量、水质变化大时调节困难不能贮存，水量、水质变化大时调节困难。臭氧化的副作用臭氧化的副作用 臭氧消毒后再加以氯化，水中臭氧消毒后再加以氯化，水中THMs仍会产生甚至更仍会产生甚至更多；多；水中有机氮含量高时，水中的氨氮反而会升高。水中有机氮含量高时，水中的氨氮反而会升高。5)次氯酸钠消毒次氯酸钠消毒6)食盐电解食盐电解7)NaCl+H2ONaOCl+H2 6)紫外线消毒紫外线消毒 7)机理机理6)紫外线消毒紫外线消毒 机理机理什么样的波长具有杀菌能力？什么样的波长具有杀菌能力？紫外线可破坏有机物紫外线可破坏有机物紫外线光源紫外线光源设备的形式设备的形式浸水式浸水式水平式水平式紫外消毒的特点紫外消毒的特点不存在产生不存在产生THMS之虑；之虑；消毒迅速，效率高；消毒迅速，效率高；处理后水无色无味；处理后水无色无味；受水中悬浮物含量影响；受水中悬浮物含量影响；无后续杀毒作用；无后续杀毒作用；费用高。费用高。7)其他消毒方法其他消毒方法电化学消毒电化学消毒高锰酸钾消毒高锰酸钾消毒重金属离子消毒法重金属离子消毒法4.污水消毒污水消毒 1)消毒方法消毒方法液氯液氯 常用，适用于大、中型污水处理厂常用，适用于大、中型污水处理厂臭氧臭氧 适用于出水水质好，要求高的污水处理厂适用于出水水质好，要求高的污水处理厂次氯酸钠次氯酸钠 适用于中、小型污水处理厂适用于中、小型污水处理厂紫外线紫外线 适用于小型污水处理厂适用于小型污水处理厂2)污水消毒的特点污水消毒的特点 3)一般氨氮含量高，因此一般为化合性余氯，一般氨氮含量高，因此一般为化合性余氯，4)有机氯化物的产生问题。有机氯化物的产生问题。3)总的特点总的特点氯氧化法氯氧化法臭氧氧化法臭氧氧化法高级氧化法高级氧化法超临界氧化技术超临界氧化技术其他氧化技术其他氧化技术氧化法氧化法本 章 小 结氯消毒氯消毒折点加氯法折点加氯法 氯氨消毒氯氨消毒臭氧消毒臭氧消毒二氧化氯消毒二氧化氯消毒紫外消毒紫外消毒消毒还原法还原法-药剂还原法药剂还原法电解法电解法l常绷安全之弦，让生命乐章奏得更响亮。7月-247月-24Thursday,July 4,2024l安全伴着幸福，安全创造财富。23:11:1323:11:1323:117/4/2024 11:11:13 PMl多点沟通，少点抱怨。多点理解，少点争执。7月-2423:11:1323:11Jul-2404-Jul-24l工作为了生活好，安全为了活到老。23:11:1323:11:1323:11Thursday,July 4,2024l产品质量是提高经济效益的前提条件。7月-247月-2423:11:1323:11:13July 4,2024l安全像钟表，天天紧发条。2024年7月4日11:11 下午7月-247月-24l累积点滴改进，迈向完善品质。04 七月 202411:11:13 下午23:11:137月-24l市场是海，质量是船，品牌是帆。七月 2411:11 下午7月-2423:11July 4,2024l杜绝违章指挥，杜绝违章作业。2024/7/4 23:11:1323:11:1304 July 2024l遵章守法，关爱生命。11:11:13 下午11:11 下午23:11:137月-24l改善品质要规划，主力推动标准化。7月-247月-2423:1123:11:1323:11:13Jul-24l客户标准至上，力争完美无缺。2024/7/4 23:11:13Thursday,July 4,2024l落实安全规章制度，强化安全防范措施。7月-242024/7/4 23:11:137月-24谢谢大家！谢谢大家！