水处理工程氧化还原
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基本流程
影响处理效果的因素：废水性质，操作条件（温度、 氧分压、时间、催化剂等），反应温度最重要
温度越高，时间越长，去除率越高，不低于180℃ 达到相同的去除率，温度越高，时间越短，反应容积越小 两个速度段，前段快，考虑作为生物氧化预处理手段
水处理工程
废水
贮存罐
气体
空气
空压机
已氧化 的液体
][OH
]2
pO2
氧化速度与氢氧根浓度平方成正比。在pH≤6.5条件下， 氧化速度相当缓慢。
水处理工程
除锰—比除铁难，相似条件下，反应时间漫长，需要寻找更强 的催化剂或更强的氧化剂。MnO2对Mn2+的氧化具有催化作用。
Mn2 O2 慢 MnO2 (s)
氧化
Mn2 MnO2 (s) 快 Mn2 • MnO2 (s)
吸附
Mn2 • MnO2 (s) O2 很慢 2MnO2
氧化
曝气过滤除锰—强烈曝气，尽量散去CO2,提高pH，再流入 天然锰砂或石英砂过滤器。
MnO2对Fe2＋也具有催化作用，使其氧化速度加快 铁细菌以水中CO2为碳源，无机氮为氮源，氧化Fe2＋为Fe3＋
获得能量；对锰的氧化起生物催化作用。
E0↑，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；
水处理工程
氧化还原反应服从化学平衡规律
a氧化态1 b还原态2 a还原态1 b氧化态2
K
[氧化态2 ]b[还原态1]a [氧化态1]a[还原态2 ]b
写为两个半反应式：
1
2
出
3
4
压缩空气
水
空气氧化法处理含硫废水流程
水处理工程
三、湿式氧化
在较高的温度和压力下，用空气中的氧来氧化废水 中溶解和悬浮的有机物和还原性无机物的方法—在 液相中进行
发展方向：
①开发高效催化剂，使反应能在较温和的条件下，在更短的 时间内完成；
②进行超临界湿式氧化； ③回收系统的能量和物料；
装置：空气氧化脱硫塔
试验表明：操作温度90℃，废水含硫2900mg/L，脱硫效 率达到98.3%,费用0.9元/m3；操作温度64℃，其它条件 同，脱硫效率达到94.3%,费用0.6元/m3；
水处理工程
废气
1-隔油池，2-泵， 3-换热器，4-射 流器，5-空气氧 化塔，6-分离器
6 5
蒸汽
含硫废水
S 2
0. 508 S
0.74
S
O2
23
0.58 SO32
0.93 SO42
在碱性溶液中，格点对具有较强的还原能力，可以利用 分子氧氧化硫化物
方法：向废水中注入空气和蒸汽，硫化物发生如下反应：
2S 2 2O2 H 2O S2O32 2OH
2HS 2O2 S2O32 H 2O S2O32 2O2 2OH 2SO42 H 2O
]a ]b
RT nF
ln
K
ln
K
nF RT
(E10
E20 )
水处理工程
自由焓变 △G=-nFE
判断反应进行方向： △G<0,反应能自发进行 △G>0，反应不能自发进行 △G=0，反应处于平衡状态
n为正整数，F为常数（正值），只有当E>0时才能 使△G<0,也就是说:氧化剂电对的电极电位代数值必 须大于作为还原剂电对的电极电位,才能满足反应自 发进行的条件。 根据组成氧化还原反应的两电对的电极电位，也可 以判断氧化还原反应进行的方向
分
离
器
反
应
器
泵
热交换器
水处理工程
有机物：发生氧化还原反应体现在电子云密度的变化
氧化：加氧去氢，生成CO2或水：烷→醇→醛→酸→无 机物
还原：加氢去氧 二、分类
1.氧化法 常温常压，高温高压 常温常压：空气氧化法、氯氧化法、臭氧氧化、电 解（阳极）、光氧化 高温高压：湿式催化氧化、超临界氧化、燃烧法
2.还原法 药剂还原（亚硫酸钠、硫酸亚铁、硫代硫酸钠）、金 属还原法（铁粉、锌法）、电解（阴极）
把空气鼓入废水中，利用空气中氧气氧化废水中的 污染物
特点：
①原电电对位O2与/Op2H-的有半关反，应降式低中p有H，H+有或利O于H-空离气子氧参化加进，行因而氧化还 ②在常温常压下和中性pH条件，分子氧为弱氧化剂，用来处
理易氧化物质。
水处理工程
提高温度和氧分压，可以增大电极电位；添加 催化剂，可以降低反应活化能
地下水除铁除锰工艺流程--曝气过滤流程
水处理工程
空气
射流器
进水管 流量计
人孔 除铁除锰装置
深ຫໍສະໝຸດ Baidu泵
反冲洗排水管
水塔 出水管
除铁、除锰工艺流程图
水处理工程
2.工业废水脱硫
存在形式：Na2S,NaHS,(NH4)2S,NH4HS
酸性溶液 碱性溶液
H2S E0 0.14S 0.5S2O32 0.4 H2SO3 0.17 H2SO4
水处理工程
第二节化学氧化法
一、氧化剂
处理对象：CN-、S2-、Fe2+、Mn2+等离子 种类：氧、氯、臭氧、高锰酸钾、二氧化氯
①接受电子后还原成负离子的中性分子，Cl2、O2 ②带正电的离子，接受电子后还原成负离子Cl+→Cl③带正电的离子，接受电子后还原成较低正电离子，
Fe3+→Fe2+
二、空气氧化
1.地下水除铁、锰
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
2Fe2
1 2
O2
5H 2O
2Fe(OH
)3
4H
考虑碱度影响 4Fe2 8HCO3 O2 2H2O 4Fe(OH )3 8CO2
反应动力学方程：
d [ Fe 2 dt
]
k[ Fe 2
a氧化态1 ne a还原态1 b还原态 2 b氧化态 2 ne
相应的氧化还原电位：
E1
E10
RT nF
ln
[氧化态1]a [还原态1 ]a
E2
E20
RT nF
ln
[氧化态2 [还原态2
]b ]b
处于平衡状态时E1=E2
E10
E20
RT nF
ln
[氧化态2 ]b[还原态1 [氧化态1]a[还原态2
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E0 如 E0/(Cl2/2Cl-)=1.36v, E0/(S/S2-)=-0.48v
影响处理效果的因素：废水性质，操作条件（温度、 氧分压、时间、催化剂等），反应温度最重要
温度越高，时间越长，去除率越高，不低于180℃ 达到相同的去除率，温度越高，时间越短，反应容积越小 两个速度段，前段快，考虑作为生物氧化预处理手段
水处理工程
废水
贮存罐
气体
空气
空压机
已氧化 的液体
][OH
]2
pO2
氧化速度与氢氧根浓度平方成正比。在pH≤6.5条件下， 氧化速度相当缓慢。
水处理工程
除锰—比除铁难，相似条件下，反应时间漫长，需要寻找更强 的催化剂或更强的氧化剂。MnO2对Mn2+的氧化具有催化作用。
Mn2 O2 慢 MnO2 (s)
氧化
Mn2 MnO2 (s) 快 Mn2 • MnO2 (s)
吸附
Mn2 • MnO2 (s) O2 很慢 2MnO2
氧化
曝气过滤除锰—强烈曝气，尽量散去CO2,提高pH，再流入 天然锰砂或石英砂过滤器。
MnO2对Fe2＋也具有催化作用，使其氧化速度加快 铁细菌以水中CO2为碳源，无机氮为氮源，氧化Fe2＋为Fe3＋
获得能量；对锰的氧化起生物催化作用。
E0↑，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；
水处理工程
氧化还原反应服从化学平衡规律
a氧化态1 b还原态2 a还原态1 b氧化态2
K
[氧化态2 ]b[还原态1]a [氧化态1]a[还原态2 ]b
写为两个半反应式：
1
2
出
3
4
压缩空气
水
空气氧化法处理含硫废水流程
水处理工程
三、湿式氧化
在较高的温度和压力下，用空气中的氧来氧化废水 中溶解和悬浮的有机物和还原性无机物的方法—在 液相中进行
发展方向：
①开发高效催化剂，使反应能在较温和的条件下，在更短的 时间内完成；
②进行超临界湿式氧化； ③回收系统的能量和物料；
装置：空气氧化脱硫塔
试验表明：操作温度90℃，废水含硫2900mg/L，脱硫效 率达到98.3%,费用0.9元/m3；操作温度64℃，其它条件 同，脱硫效率达到94.3%,费用0.6元/m3；
水处理工程
废气
1-隔油池，2-泵， 3-换热器，4-射 流器，5-空气氧 化塔，6-分离器
6 5
蒸汽
含硫废水
S 2
0. 508 S
0.74
S
O2
23
0.58 SO32
0.93 SO42
在碱性溶液中，格点对具有较强的还原能力，可以利用 分子氧氧化硫化物
方法：向废水中注入空气和蒸汽，硫化物发生如下反应：
2S 2 2O2 H 2O S2O32 2OH
2HS 2O2 S2O32 H 2O S2O32 2O2 2OH 2SO42 H 2O
]a ]b
RT nF
ln
K
ln
K
nF RT
(E10
E20 )
水处理工程
自由焓变 △G=-nFE
判断反应进行方向： △G<0,反应能自发进行 △G>0，反应不能自发进行 △G=0，反应处于平衡状态
n为正整数，F为常数（正值），只有当E>0时才能 使△G<0,也就是说:氧化剂电对的电极电位代数值必 须大于作为还原剂电对的电极电位,才能满足反应自 发进行的条件。 根据组成氧化还原反应的两电对的电极电位，也可 以判断氧化还原反应进行的方向
分
离
器
反
应
器
泵
热交换器
水处理工程
有机物：发生氧化还原反应体现在电子云密度的变化
氧化：加氧去氢，生成CO2或水：烷→醇→醛→酸→无 机物
还原：加氢去氧 二、分类
1.氧化法 常温常压，高温高压 常温常压：空气氧化法、氯氧化法、臭氧氧化、电 解（阳极）、光氧化 高温高压：湿式催化氧化、超临界氧化、燃烧法
2.还原法 药剂还原（亚硫酸钠、硫酸亚铁、硫代硫酸钠）、金 属还原法（铁粉、锌法）、电解（阴极）
把空气鼓入废水中，利用空气中氧气氧化废水中的 污染物
特点：
①原电电对位O2与/Op2H-的有半关反，应降式低中p有H，H+有或利O于H-空离气子氧参化加进，行因而氧化还 ②在常温常压下和中性pH条件，分子氧为弱氧化剂，用来处
理易氧化物质。
水处理工程
提高温度和氧分压，可以增大电极电位；添加 催化剂，可以降低反应活化能
地下水除铁除锰工艺流程--曝气过滤流程
水处理工程
空气
射流器
进水管 流量计
人孔 除铁除锰装置
深ຫໍສະໝຸດ Baidu泵
反冲洗排水管
水塔 出水管
除铁、除锰工艺流程图
水处理工程
2.工业废水脱硫
存在形式：Na2S,NaHS,(NH4)2S,NH4HS
酸性溶液 碱性溶液
H2S E0 0.14S 0.5S2O32 0.4 H2SO3 0.17 H2SO4
水处理工程
第二节化学氧化法
一、氧化剂
处理对象：CN-、S2-、Fe2+、Mn2+等离子 种类：氧、氯、臭氧、高锰酸钾、二氧化氯
①接受电子后还原成负离子的中性分子，Cl2、O2 ②带正电的离子，接受电子后还原成负离子Cl+→Cl③带正电的离子，接受电子后还原成较低正电离子，
Fe3+→Fe2+
二、空气氧化
1.地下水除铁、锰
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
2Fe2
1 2
O2
5H 2O
2Fe(OH
)3
4H
考虑碱度影响 4Fe2 8HCO3 O2 2H2O 4Fe(OH )3 8CO2
反应动力学方程：
d [ Fe 2 dt
]
k[ Fe 2
a氧化态1 ne a还原态1 b还原态 2 b氧化态 2 ne
相应的氧化还原电位：
E1
E10
RT nF
ln
[氧化态1]a [还原态1 ]a
E2
E20
RT nF
ln
[氧化态2 [还原态2
]b ]b
处于平衡状态时E1=E2
E10
E20
RT nF
ln
[氧化态2 ]b[还原态1 [氧化态1]a[还原态2
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E0 如 E0/(Cl2/2Cl-)=1.36v, E0/(S/S2-)=-0.48v