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化学氧化技术在水处理中的应用 摘要 本文介绍了多种化学氧化剂的物化特性及相应的氧化技术在水环境净化及废水处理中的原理及应用。 关键词 化学氧化 氧化剂 水处理 化学氧化技术是各种高级氧化技术的基础,它是使用化学氧化剂将污染物氧化成微毒、无害的物质或转化成易处理的形态。常用的化学氧化剂包括H2O2、O3、ClO2、K2MnO4、K2FeO4等.O3是一种强氧化剂,几乎可以与元素周期表中除铂、金、铱、氟以外的所有元素反应,特别是在酸性溶液中,其标准氧化还原电位Eθ=2.07 V仅次于氟,具有极强氧化能力。ClO2是公认的安全消毒剂,其杀灭微生物的能力高于氯气7倍,同时二氧化氯遇水能迅速分解生成多种强氧化剂,在水处理中有广泛应用。H2O2的标准氧化还原电位仅次于臭氧,高于ClO2,能直接氧化水中有机污染物和构成微生物的有机物质。K2MnO4为无机强氧化剂,主要用于去除微污染有机物、氧化助凝及控制氯化副产物等。K2FeO4是一种比K2MnO4、O3等氧化能力更强的氧化剂,具有优异的混凝助凝作用、优良的杀菌作用、高效的脱味除臭功能。由于K2FeO4具有较高的稳定性和选择性,且副产物为无毒的Fe(Ⅲ),因而是一种绿色氧化剂。Virender Sharma[1]对K2FeO4的性能和应用作了全面阐述,指出K2FeO4是废水处理领域最有前景的化学氧化剂. 1、臭氧氧化 1.1臭氧的理化性质 臭氧是氧气的同素异构体，它是一种具有特殊气味的淡紫色气体。它的密度是氧气的 1.5 倍，在水中的溶解度是氧气的 10 倍。臭氧是一种强氧化剂，其氧化能力比氧气、氯气等常用的氧化剂都高。 1.2 臭氧的制备方法 产生臭氧的方法很多，工业上一般采用无声放电法制取。其原理是，在高压电场作用下，使干燥净化空气中的一部分氧气，在电子轰击下分解成氧原子，再与氧分子合成为 O3，或直接合成为O3。这种方法生产的臭氧浓度约为 1～3％(重量比)。使用氧气为原料，生成的臭氧浓度会有所增高。 1.3 臭氧氧化的应用 臭氧作为强氧化剂，除了在水消毒中得到应用，在废水处理过程中也有很多应用的实例。臭氧具有强氧化作用的原因，曾认为是在分解时生成新生态的原子氧，表现为强氧化剂。进一步的研究证明，臭氧分子中的氧原子本身就是强烈亲电子的，直接表现为强氧化剂是更主要的原因。在印染废水处理中，臭氧主要用于溶液的脱色。染料的颜色是由于染料分子中的不饱和共轭基团能吸收部分可见光而产生的，这些不饱和共轭基团称为发色基团。它们都有不饱和键，臭氧能将不饱和键打开，最后生成分子量较小的有机酸和醛类化合物，使之失去显色能力。采用臭氧氧化法脱色，能将含活性染料、阳离子染料、酸性染料、直接染料等水溶性染料的废水几乎完全脱色，对不溶于水的分散染料也能获得良好的脱色效果，但对硫化染料、还原染料、涂料等不溶于水的染料，脱色效果差。臭氧氧化法的优点在于：氧化能力强，去除污染物的效果显著。处理后废水中的剩余臭氧易分解，不产生二次污染。臭氧的制备在现场进行，不必储存和运输。臭氧氧化法的缺点是造价高、处理成本昂贵。在一些发达国家中臭氧氧化法广泛应用在水处理工艺生产过程中，被称为是一种清洁的处理手段。在我国由于臭氧生产及运转费用高，一直不能被广泛工业化应用。 2、氯氧化法 2.1 二氧化氯的理化性质 ClO2气体是种黄绿色气体，具有与氯相似的刺激性气味。ClO2气体易溶于水，溶解于水中形成黄绿色的溶液，在水中的溶解度随温度上升略有下降，室温下为氯的5倍。它在水中不水解，也不聚合，在pH=2~9范围内以一种溶解的气体存在，具有一定的挥发性。二氧化氯分子中具有19个价电子，有一个未成对价电子。这个价电子可以在氯与两个氧原子之间跳来跳去，因此它本身就像一个游离基，这种特殊的分子结构决定了ClO2具有强氧化性。 在酸性条件下，CIO2有很强的氧化性。 ClO2+4H++5e=Cl-+H2O E0(V)=1.511-0.0473Ph+0.01181g[ClO2/Cl-] 在一般水处理条件下(pH=7)， ClO2+e=ClO2- E0=0.95V ClO2-+H2O+4e=Cl-+4OH- E0=0.78V 氧化还原反应的程度取决于水中还原剂的强弱，水中少量S2-、SO32-、AsO32-、SbO32-、S2O32-、NO2-、CN-等还原性酸根物被氧化去除。水中一些还原态的金属离子Fe2+、Mn2+、Ni2+等也能被氧化，此外，ClO2还可将以有机键形式存在的Fe2+、Mn2+氧化，这一过程无疑强化了水中Fe2+、Mn2+的去除效果。 ClO2不与水中的NH3和氯胺作用，为此经氯胺消毒过的饮用水在贮存中的进一步消毒可以采用ClO2。 对水中残存有机物的氧化，ClO2比C12要优越。ClO2以氧化反应为主，而Cl2