水处理工程氧化还原课件

,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,水 处 理 工 程,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,水 处 理 工 程,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,水 处 理 工 程,第一节概述,一、原理,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。,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,无机物：失去电子即被氧化还原剂；得到电子即被还原氧化剂。,氧化还原能力氧化还原电位表示,一般用标准氧化还原电位,E,0,如,E,0,/(Cl,2,/2Cl,-,)=1.36v, E,0,/(S/S,2-,)=-0.48v,E,0,，,氧化能力，位于氧化还原表后的物质可氧化前物质,实际应用，在实际的物质浓度、温度和,pH,下，氧化还原电位可用能斯特方程计算；,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：,处于平衡状态时,E,1,=E,2,G0，,反应不能自发进行,G=0，,反应处于平衡状态,自由焓变,G=-nFE,判断反应进行方向：,n,为正整数，,F,为常数（正值），只有当,E0,时才能使,G,1,表示浓度的增减对消毒效率有很大影响；,n1，,接触时间比消毒剂的投加量影响更大,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,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,pH,值时，,HOCl,或,NHCl,2,量多，杀菌能力强。,水中杂质：水中的悬浮物掩蔽菌体；还原剂消耗氧化剂；氨与,HOCl,作用生成氯胺,。把氯胺中的氯称为化合性氯，,HOCl,和,OCl,-,游离氯。,折点加氯,2.废水氯氧化,处理含氰废水,氰：,CN,-,游离的危害大，电镀废水含量大,处理过程分2个阶段第一阶段：将,CN,-,氧化成氰酸盐毒性为,HCN,的千分之一，还需氧化,第二阶段：完全破坏碳氮链，增加氯的投加量，进行完全氧化,。,加氯量,mg/L,余氯量,mg/L,游离性余氯,化合性余氯,B,A,0,H,a,1,a,2,a,3,a,4,b,1,b,2,b,3,b,4,1区,2区,3区,4区,需氯量试验结果,图中虚线（该线，与坐标轴成45角）表示水中无杂质时加氯量与余氯量的关系。实线表示氯与杂质化合后的情况，,b,值即需氯量被氯氧化的杂质，不能为余氯测定。,a,代表余氯量，,a,加,b,即加氯量。,1区,：氧化还原性物质，余氯为零；,2区,：氯与氨化合，产生氯胺，有余氯，是化合氯；,3区,：加氯量增加，氯胺被氧化成不起消毒作用的氯，余氯减少，到折点,B；,4,区,：,完全是游离性余氯。,折点加氯,NH,2,Cl,与,NHCl,2,的分布由如下平衡决定：,NHCl,2,的杀菌能力比,NH,2,Cl,强，氯胺消毒还是依靠,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,第一阶段：要求,pH,值1011，需要5分钟，控制10-15分钟,第二阶段：要求,pH,值88.5，需要1小时,理论值：,CN,-,:Cl,2,:NaOH=1:6.8:6.2,实际控制投加,CN,-,:Cl,2,=1:8,含酚废水处理,用氯量必须过量，否则产生强烈臭味的氯酚，超10倍。,废水脱色：碱性条件，加紫外线增强10倍。,3.加氯设备,采用加氯机：注意安全，防止腐蚀,六、其它氧化剂氧化,1.高锰酸盐氧化,能与水中,Fe,2+,、Mn,2+,、S,2-,、CN,-,、,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，与臭氧处理一样，出水无异味。,2.过氧化氢氧化,与催化剂,Fe,2+,构成氧化体系,Fenton,试剂,反应历程,氯氧化系统,Fenton,试剂氧化有机物反应历程,对常见有机物的氧化,COD,去除率达70%以上；,可与紫外光合并氧化卤代脂肪烃，乙酸盐、有机酸及炸药等,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,带负电的离子，,SO,3,2-,SO,4,2-,带正电的离子,Fe,2+,Fe,3+,二、还原除铬,-,把,Cr,6+,还原成毒性较低的,Cr,3+,亚硫酸石灰法除铬,二步：废水中的,Cr,2,O,7,2-,在酸性条件下（,pH7,时，反应不能进行。,三、还原法除汞,氯碱、炸药、制药、仪表工业废水中含有剧毒的,Hg,+,，,处理方法是将其还原为,Hg，,加以回收。,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,采用铁屑过滤时：,pH,值69较好，耗铁量最小；,采用锌粉时：,pH,值911较好；,采用铜屑时：,pH,值110均可，一般用于废水含酸浓度较大的场合。,第四节电解,一、基本原理,电解槽阳极：与电源正极连接，传电子给电源,氧化作用，直接氧化有机物,OH,O,2,，氧对有机物也会产生氧化作用,Cl,Cl,2,，也会起氧化作用,电解槽的阴极：与电源负极连接，从电源接收电子,还原作用，直接还原有机物,H,H,2,（很强的还原作用）,电凝聚：如用铁或铝板作阳极，铁或铝离子经水解生成羟基络合物，起到混凝剂作用,电解气浮：,阳极,O,2,， 阴极,H,2,， 微气泡产生的气浮。,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,电极上析出物质的量正比于通过电解质的电量；,理论上，,1,法拉第电量可析出1摩尔的任何物质,二、电解氧化还原,电解氧化指废水中污染物在电解槽的阳极失去电子发生氧化分解；,可处理,CN,-,、Fe(CN),6,3-,、Cd(CN),4,2-,电解还原：处理阳离子污染物,1.电解除氰,在阳极上发生氧化反应,在阴极上发生析出,H,2,和部分金属离子的还原反应,电解除氰的流程,2.,电解除铬,在阳极,在阴极,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,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,3.次氯酸钠发生器及应用,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,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,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,Fe,2+,、Fe,3+,或,Al,3+,与,OH,-,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；-内电解（微电解）,电解浮上：电解电压超过水的分解电压，阳极和阴极产生,O,2,和,H,2,气泡上升，携带胶体颗粒或乳化油共同浮上。,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,Fe-2e,一,Fe,2+,E,0,(Fe,2+,/Fe)=-0.44V,阴极反应,2,H,+,+2eH,2,E,0,(H,+,/H,2,)=0.00V,当有氧气时,O,2,+4H,+,+4e2H,2,OE,0,(O,2,)=1.23VO,2,+2H,2,O+4e40H,-,E,0,(O,2,/OH,-,)=0.40V,上述反应在酸性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：,Fe,2+,S,2-,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,Fe,2+,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。,四、电解槽的设计,1.分类,水流方式：回流式、翻腾式,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：,电解槽的有效容积,阳极面积,A,电流,I,电压,V,电能消耗,N,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。,作业题:,1.废水含酚50,mg/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402,mg/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0.75,mg/L,有效的游离性余氯所需的加氯量.,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。,