废水的化学处理方法

废水的化学处理方法

---- 氧化还原法

学习内容

☐ 1 概述

☐ 2 药剂氧化法

☐ 3 药剂还原法

☐ 4 电化学方法

1 概述

1.1定义

☐通过药剂与污染物的氧化还原反应，把废水中有毒害的污染物转化为无毒或微毒物质的处理方法称为氧化还原法。

1.2.去除对象

氧化法:

☐有机污染物(如色、嗅、味、COD);

☐还原性无机离子(如CN-、S2-、Fe2+、Mn2+等)

还原法:

☐重金属离子(如汞、镉、铜、银、金、六价铬、镍等)

☐有机物（氧化法难以氧化的）

1.3.常用药剂

☐最常采用的氧化剂: 空气、臭氧、氯气、次氯酸钠及漂白粉；

☐常用的还原剂: 硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、硼氢化钠、水合脏及铁屑等。

☐在电解氧化还原法中，电解槽的阳极可作为氧化剂，阴极可作为还原剂。

1.4.常用设备

☐投药氧化还原法--反应池，若有沉淀物生成，尚需进行因液分离及泥渣处理。

☐电解氧化还原法—电解槽.

1.5 反应程度的控制

1.反应程度表述----用电极电势来衡量其氧化性(或还原性)的强弱，估计反应进行的程度。氧化剂和还原剂的电极电势差越大，反应进行得越完全。

☐电极电势用奈斯特公式表示：

☐式中：E-电极电势;E0—标准电极电势;R—摩尔气体常数;T—热力学温度;n—转移的电子数;F—法拉第常数;

简单无机物的化学氧化还原过程

实质是电子转移。失去电子的元素被氧化，是还原剂；得到电子的元素被还原，是氧化剂。在一个化学反应中，氧化和还原是同时发生的，某一元素失去电子，必定有另一元素得到电子。氧化剂的氧化能力和还原剂的还原能力是相对的，其强度可以用相应的氧化还原电位的数值来比较。许多种物质的标准电极电位值可以在化学书中查到。值愈大，物质的氧化性愈强，值愈小，其还原性愈强。

有机物的氧化还原过程

由于涉及共价键，电子的移动情形很复杂。许多反应并不发生电子的直接转移。只是原子周围的电子云密度发生变化。目前还没有建立电子云密度变化与氧化还原反应的方向和程度之间的定量关系。因此，在实际上，凡是加氧或脱氢的反应称为氧化，而加氢或脱氧的反应则称为还原，凡是与强氧化剂作用使有机物分解成简单的无机物的反应，可判断为氧化反应。甲烷的降解历程历程如下：

各类有机物的可氧化性

经验表明：

☐酚类、醛类、芳胺类和某些有机硫化物(如硫醇、硫醚)等易于氧化；

☐醇类、酸类、酯类、烷基取代的芳烃化合物(如“三苯”)、硝基取代的芳烃化合物(如硝基苯)、不饱和烃类、碳水化合物等在一定条件(强酸、强碱或催化剂)

下可以氧化；

☐饱和烃类、卤代烃类、合成高分子聚合物等难以氧化。

☐ 2. 影响处理能力的动力学因素

(1)药剂本性;

(2)反应物浓度;

(3)温度;

(4)催化剂和不纯物的存在;

(5)pH值

✓H+与OH-直接参加反应;

✓做催化剂;

✓影响其他物质的存在状态和数量

2 药剂氧化法

去除对象：废水中的CN-、S2-、Fe2+、Mn2+

氧化剂包括下列几类。

①接受电子后还原成负离子的中性分子，如Cl2、O2、O3。

②带正电荷的离子，接受电子后还原成负离子，如漂白粉的次氯酸根中的Cl+

变为Cl-。

③带正电荷的离子，接受电子后还原成带较低正电荷的离子，如MnO4+中的

Mn7+变为Mn2+，Fe3+变为Fe2+等。

2 药剂氧化法

2.1 空气(纯氧)氧化法

2.2 臭氧氧化法

2.3 氯氧化法

2.4 高锰酸钾氧化法

2.5 光辐射或放射线辐射氧化

2.1、空气(及纯氧)氧化法

2.1.1概述

（1）空气氧化法就是把空气鼓入废水中，利用空气中的氧气氧化废水中的污染物。

（2）特点：

☐优点--氧的化学氧化性是很强的，且pH值降低，氧化性增强。

☐缺点--速度很慢，时间长.

☐改进-- 如果设法断开氧分子中的氧一氧键(如高温、高压、催化剂、γ射线辐照等)，则氧化反应速度将大大加快。

"湿式氧化法"--高温(200～300℃)、高压(3～15MPa)强化空气氧化过程.

2.1.2 常温常压和中性pH值条件下应用

分子氧O2为弱氧化剂，反应性很低，故常用来处理易氧化的污染物。

空气氧化除铁、锰（地下水）

空气氧化脱硫（石油炼厂废水）

(1)地下水除铁、锰

水的碱度是指水中所含能与强酸定量作用的物质总量。碱度基本上是碳酸盐、重碳酸盐及氢氧化物含量的函数。

在缺氧的地下水中常出现二价铁和锰。通过曝气，可以将它们分别氧化为Fe(OH)3和MnO2沉淀物。

除铁的反应式为：

考虑水中的碱度作用，总反应式可写为：

按此式计算，氧化lmg/L Fe2+，仅需O.143mg／L O2。

研究指出，MnO2对Mn2+的氧化具有催化作用。大致历程为

氧化：

吸附：

氧化:

曝气过滤(或称曝气接触氧化)除锰工艺：

先将含锰地下水强烈曝气充氧，尽量地散去CO2，提高pH值；再流入天然锰砂或石英砂充填的过滤器，利用接触氧化原理将水中Mn2+氧化成MnO2，产物逐渐附着在滤料表面形成一层能起催化作用的活性滤膜，加速除锰过程。

地下水除铁锰工艺流程

曝气方式可采用莲蓬头喷淋水、水射器曝气、跌水曝气、空气压缩机充气、曝气塔等。滤器可采用重力式或压力式。滤料粒径一般用0.6～2mm，滤层厚度0.7～

1.0m，滤速10～20m/h。

为适用于Fe2+＜10mg/L，Mn2+＜1.5mg/L，pH＞6的地下水。

当铁锰含量大时，可采用多级曝气和多级过滤组合流程处理。

(2)工业废水脱硫

硫(Ⅱ)在废水中以S 2－、HS-、H2S的形式存在。

(3)工业废水脱硫

利用分子氧氧化硫化物——碱性条件较好，向废水中注入空气和蒸汽(加热)，硫化物按下式转化为无毒的硫代硫酸盐或硫酸盐。

氧化过程:

氧与硫化物的反应在80～90℃下按如下反应式进行：

(2)空气氧化法处理含硫废水工艺流程

含硫废水经隔油沉渣后与压缩空气及水蒸气混合，升温至80～90℃，进入氧化塔，塔径一般不大于2.5m，分四段，每段高3m。每段进口处设喷嘴，雾化进料，塔内气水体积比不小于15。废水在塔内平均停留时间l.5～2.5h。

2.1.3 湿式氧化法的应用

湿式氧化法：在高温（150～350℃）和高压（0.5～20MPa）的操作条件下，以氧气和空气作为氧化剂，将废水中的有机物转化为二氧化碳和水的过程。

湿式氧化过程：

（i）空气中的氧从气相到液相的传质过程；

（ii）溶解氧与基质之间的化学反应

湿式氧化法的应用：