水污染课件第六章 化学氧化还原.ppt

第六章 化学氧化还原 本章主要内容 6.1 概述 6.2 化学氧化法 6.3 化学还原法 6.4 电解 通过本章学习，重点掌握化学氧化还原的基本原理，了解氧化还原处理技术；熟悉消毒的机理和方法。了解电解槽的基本构造及其设计计算。 6.1 概述 化学氧化还原法：通过化学氧化还原反应将废水中呈溶解态的污染物去除的方法。 转化为无毒或微毒物质、或易与水分离的形态 （1）基本原理： 无机物： 失去电子的过程称为氧化——还原剂； 得到电子的过程称为还原——氧化剂。 有机物 加氧或脱氢的反应称为氧化——与强氧化剂作用使有机物分解成简单的无机物如CO2、H2O等的反应。 加氢或脱氧的反应则称为还原。 (1)基本原理 反应程度的判断 物质的氧化还原能力取决于其氧化还原电位。E0愈大，物质的氧化性愈强，E0愈小，其还原性愈强。 氧化剂的氧化能力和还原剂的还原能力是相对的，氧化剂和还原剂的电极电势差越大，反应进行得越完全。 实际物质的电极电势值可用能斯特公式表示： 反应程度的判断 例如，铜屑置换法处理含汞废水有如下反应： Cu+Hg2+=Cu2++Hg 当反应在室温25℃达平衡时，相应原电池两电极的电极电势相等： (1)基本原理 应用标准电极电位E0，还可求出氧化还原反应的平衡常数K和自由能变化△G0，判断反应在热力学上的可能性和进行的程度： (2) 影响处理能力的动力学因素 ① 反应剂和还原剂的本性 ② 反应物的浓度 ③ 温度：温度升高，速度加快， 可由阿仑尼乌斯公式计算； ④ 催化剂及某些不纯物的存在 近年来异相催化剂(如活性炭、粘土、金属氧化物等)在水处理中的应用受到重视； ⑤ 溶液的pH值 影响途径： H+或OH-直接参与氧化还原反应； OH-或H+为催化剂； 溶液的pH值决定溶液中许多物质的存在状态及相对数量。 （3）处理方法分类 按照污染物的净化原理，氧化还原法可分为三大类： 药剂法 最常用的氧化剂是空气、臭氧、氯气、次氯酸钠及漂白粉； 常用的还原剂有硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、硼氢化钠、水合肼及铁屑等。 电化学法(电解) 电解槽的阳极可作为氧化剂，阴极可作为还原剂。 光化学法（光辐射或放射性辐射强化氧化过程） 紫外线、放射线(α、β、X射线等)等可强化废水的氧化过程，使氧化效率提高。目前多处于试验研究阶段。 （4）处理方法和药剂选择原则 ① 处理效果好，反应产物无毒无害，不需进行二次处理。 ② 处理费用合理，所需药剂与材料易得。 ③ 操作特性好，在常温和较宽的pH值范围内具有较快的反应速度； ④ 与前后处理工序的目标一致，搭配方便。 （5）应用 适用范围： 因化学氧化还原法需较高的运行费用，所以目前仅用于饮用水处理、特种工业用水处理、有毒工业废水处理和以回用为目的的废水深度处理等有限场合。 处理对象： 废水中的有机污染物(如色、嗅、味、COD)及还原性无机离子(如CN-、S2-、Fe2+、Mn2+等)都可通过氧化法消除其危害 废水中的许多重金属离子(如汞、镉、铜、银、金、六价铬、镍等)都可通过还原法去除。 6.2 化学（药剂）氧化法 6.2.1 氧化剂： （1）在接受电子后还原成带负电荷离子的中性原子； 如气态的O2，Cl2、O3等； （2）带正电荷的离子，接受电子后还原成带负电荷离子； 例如：漂白粉在碱性介质中，其次氯酸根[OCl]-中的C1+接受电子还原成C1-。 （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； 例如：MnO4-中的Mn7+接受电子后还原成Mn2+， Fe3+变为Fe2+ 。 常用的药剂氧化法分类 空气(及纯氢)氧化法 臭氧氧化法 氯氧化法 高锰酸盐氧化法 光辐射或放射性辐射强化氧化过程 6.2.2 空气氧化法 即利用空气中的氧气氧化废水中的有机物和还原性物质。 特点： 电对O2/O2-的半反应式中有H+或OH-离子参加，因而氧化还原电位与pH值有关，降低pH值，有利于空气氧化。 pH＝14时：O2十2H2O十4e ? 40H-， E0＝0.401V； pH＝7和0时，O2十4H+十4e ? 2H2O， E0分别为0.815V和1.229V。 常温常压和中性pH值下，02为弱氧化剂，反应性很低，常用来处理易氧化的污染物，如S-（如硫化氢、硫醇、硫的钠盐和铵盐等）、Fe2+、Mn2+等。 提高温度和氧分压，可增大电极电位；添加催化剂可降低反应活化能，利于氧化反应的进行→湿式（催化）氧化。 空气氧化法的应用 （1）地下水除铁、锰（图6-1） 在缺氧的地下水中常出现二价铁和锰，通过曝气可分别氧化为Fe(OH)3和MnO2沉淀物，然后过滤去除。 pH影响很大 pH值提高1单位，氧化（除铁）速度将加快100倍。 当pH值分别为6.9和7.2时，空气中氧分压为2万Pa，水温20℃时，去除90％的F