建筑工程给排水水处理-氧化还原与消毒

第7章氧氧化还还原与消消毒第七章氧氧化化还原与与消毒第七章氧氧化化还原与与消毒7.1概述7.2氯氧化与与消毒7.3臭氧氧化化与消毒毒7.4其它氧化化与消毒毒方法7.5高级氧化化概述第七章氧氧化化还原与与消毒7.1概述7.1.1氧化剂和和消毒方方法7.1.2化学氧化化7.1.3消毒与灭灭活第七章氧氧化化还原与与消毒7.1.1氧化剂和和消毒方方法一、消毒毒定义二、消毒毒方法三、消毒毒机理四、常见见的氧化化剂五、消毒毒的优缺缺点及工工艺选择择第七章氧氧化化还原与与消毒一、消毒毒定义消毒过程程：氧化剂剂在水处处理过程程中可以以与水中中微生物物如原生生动物、、浮游生生物、藻藻类、细细菌、病病毒等作作用，使使之灭活活或强化化去除的的过程。。消毒：将水体中中的病原原微生物物(pathogenicorganisms)灭活，使使之减少少到可以以接受的的程度。。第七章氧氧化化还原与与消毒二、消毒毒方法化学药药剂（（氧化化剂等等）物理法法（热热和光光）机械法法（格格网、、膜））辐射（（射线、、电子子束））第七章章氧氧化化还原原与消消毒三、消消毒机机理消毒主主要有有以下下几个个方面面的作作用：：（1）破破坏细细胞壁壁；（2）改改变细细胞通通透性性；（3）改改变微微生物物的DNA或RNA；（4）抑抑制酶酶的活活性。。第七章章氧氧化化还原原与消消毒四、常常见的的氧化化剂氯；臭氧；；二氧化化氯；；过氧化化氢；；高锰酸酸盐；；高铁酸酸盐等等。第七章章氧氧化化还原原与消消毒五、消消毒的的优缺缺点及及工艺艺选择择名称

优点

缺点

使用条件液氯效果可靠，投配设备简单，投量准确，价格便宜氯化形成的余氯及某些含氯化合物低浓度时对水生生物有害，当污水含工业废水比例大时，氯化可能生成致癌物质适用于大、中型污水处理场臭氧消毒效率高并能有效降解水中残留有机物、色、味等；污水PH及温度对消毒影响很小，不产生难处理或生物积累性残余物投资大、成本高、投资管理较复杂适用出水水质好，排入水体的水质要求高的污水处理厂次氯酸钠用海水或浓盐水作为材料生产，可在污水厂现场生产并直接投配，使用方便，投量可以直接控制需要有次氯酸钠发生器和投配设备适用于中、小型污水处理厂紫外线是紫外线照射和氯化共同作用的物理化学方法，消毒效率高紫外线照射灯货源不足，电耗能量多适用于小型污水处理厂第七章章氧氧化化还原原与消消毒7.1.2化学氧氧化化学氧氧化的的分类类：按按化学学药剂剂在水水处理理过程程中的的投加加点不不同和和产生生的作作用不不同，，分为为预氧氧化、、中间间氧化化和后后氧化化，如如下图图所示示：第七章章氧氧化化还原原与消消毒化学氧氧化的的作用用化学预预氧化化对水中中藻类类、浮浮游生生物、、色度度、臭臭、味味、有有机物物、铁铁、锰锰等具具有显显著的的去除除作用用，同同时可可破坏坏氯化化消毒毒副产产物的的前驱驱物质质。中间氧氧化通常设设在常常规处处理工工艺的的沉淀淀之后后或过过滤之之后，，作为为水的的深度度处理理手段段，通通过与与颗粒粒活性性炭（（GAC）或生生物活活性炭炭（BAC）联用用，利利用活活性炭炭的良良好吸吸附性性能和和生物物降解解功能能将氧氧化后后的形形成的的可生生化性性较高高的小小分子子有机机物、、有毒毒、有有害中中间产产物及及消毒毒副产产物等等进一一步去去除。。后氧化化是保证证饮用用水卫卫生安安全的的最后后一道道屏障障，其其主要要目的的是消消毒，，即灭灭活水水中致致病微微生物物。水中消消毒剂剂的类类别（1）氧化剂剂：通过过氧化化作用用破坏坏有机机体内内的物物质而而达到到灭活活微生生物的的作用用；（2）金、银银等重重金属属离子子：重金金属能能够使使微生生物体体内的的蛋白白质失失去活活性，，例如如铜离离子能能灭活活藻类类；（3）一些物理方方法：紫外线、、超声波、、辐射，还还有加热法法、冷冻法法、机械过过滤等；（4）阳离子表面面活性剂：如季铵类类和吡啶鎓鎓。第七章氧氧化还原原与消毒7.1.3消毒与灭活活液氯的优缺缺点：优点：消毒效果果好，成本本较低，可可在管网中中保持一定定余量；缺点：氯与水中中一些有机机物作用产产生对人体体有害的副副产物衡量消毒剂剂的消毒效效果一般要确定定所使用的的消毒剂对对微生物的的灭活速率率，最终决决定有效接接触时间及及投加量。。第七章氧氧化还原原与消毒消毒与灭活活（1）Chick定律式中——接触t时间后存活活的微生物物数量；——初始微生物物数量；——速率常数，，；；——接触时间，，s；Wastson又提出了速速率常数k与消毒及浓浓度C的关系：式中——稀释系数；；——与消毒剂浓浓度无关的的速率常数数。第七章氧氧化还原原与消毒（2）CT值微生物在消消毒过程中中的灭活速速率可用Gard方程表示：：对上式从t＝0到t＝T积分得：令a=1/b和k/a=kb=n，使b的单位与CT完全一样得得：上式可进一一步简化为为：第七章氧氧化还原原与消毒7.2氯氧化与消消毒7.2.1氯的性质7.2.2氯消毒过程程7.2.3氯化消毒副副产物（DBP）的形成及及控制7.2.4加氯点7.2.5加氯设备、、加氯间和和氯库第七章氧氧化还原原与消毒7.2.1氯的性质氯气是一种种黄色气体体，密度为3.2，极易被压压缩成琥珀珀色的液氯氯。氯气容易溶溶解于水，，在20℃和98kPa时，溶解度度为7160mg/L。氯溶解在水水中很快发发生的反应应：起消毒作用用的主要是是HOCl。第七章氧氧化还原原与消毒7.2.2氯消毒过程程（1）氯消毒机机理氯化作用（（chlorination）常用作消消毒的同义义词。易溶于水中中，在清水水中，发生生下列反应应：Cl2+H2OHOCl+H++Cl-HOClH++OCl-HOCl和OCl-的比例与水水中温度和和pH有关。pH高时，OCl-较多；pH>9，OCl-接近100%；pH<6，HOCl接近100%；pH=7.54,[HOCl]=[OCl-]第七章氧氧化还原原与消毒不同pH值和水温时时水中HOCL和OCl的比例关系系图第七章氧氧化还原原与消毒（2）折点加氯氯法加氯曲线水中无任何何微生物、、有机物等等，加氯量量＝余氯，，如下图中中的①水中有机物物较少时，，需氯量满满足以后就就是余氯，，如下图中中的②第七章氧氧化还原原与消毒折点加氯法法H：峰点B：折点OA段：水中杂质质把氯消耗耗光。AH段：氯与氨反反应，有余余氯存在，，有一定消消毒效果，，但余氯为为化合性氯氯，其主要要成分是一一氯氨。HB段：仍然是化化合性余氯氯，加氯量量继续增加加，氯氨被被氧化成不不起消毒作作用的化合合物，余氯氯反而减少少。BC段：B点以后，出出现自由性性余氯。加氯量超过过折点需要要量：折点氯化当原水游离离氨<0.3mg/L时→→加氯氯量控制在在折点后；；当原水游离离氨>0.5mg/L时→→加氯氯量控制在在峰点前。。第七章氧氧化还原原与消毒7.2.3氯化消毒副副产物（DBP）的形成及及控制水中消毒副副产物在500种以上；三卤甲烷（（THM）和卤乙酸酸（HAA）被认为是是氯化消毒毒过程中形形成的两大大类主要副副产物。危害：THM中的物质已已被证明为为致癌物质质或可疑致致癌物；HAA致癌风险险更高。。目前控制制水中氯氯化消毒毒副产物物的技术术有三种种：（1）强化混混凝（2）粒状活活性炭吸吸附（3）膜过滤滤第七章氧氧化化还原与与消毒7.2.4加氯点滤后加氯氯滤前加氯氯——混凝剂投投加时加加氯，提提高混凝凝效果。。管网中途途加氯——一般设在在加压泵泵站或水水库泵站站内第七章氧氧化化还原与与消毒7.2.5加氯设备备、加氯氯间和氯氯库一般用氯氯气：有毒气气体，在在6－8气压下变变成液氯氯；使用时采采用氯瓶瓶。干燥氯氯气和液液氯对钢钢瓶无腐腐蚀作用用，但遇遇水或受受潮则会会严重腐腐蚀金属属。因此此，必须须严格防防止水和和潮气进进入氯瓶瓶。人工操作作加氯设设备：加氯机机（手动动）、氯氯瓶和校校核氯瓶瓶重量的的磅秤等等；缺点是：加氯氯量调节节滞后，，余氯不不稳定。。自动加氯氯设备：加氯机机（自动动）、氯氯瓶、自自动检测测和自动动控制装装置。优点：能随着着流量、、氯压等等变化调调节加氯氯量。正压加氯氯存在的的问题：多处漏漏氯和加加氯不稳稳定，严严重影响响余氯合合格率，，且设备备腐蚀较较快，经经常跑氯氯。普遍采用用真空加氯氯机第七章氧氧化化还原与与消毒加氯设备备、加氯氯间和氯氯库氯气气源源间漏气气有三处处：（1）阀门泄泄漏；（（2）氯气瓶瓶针形阀阀慢性泄泄漏；（（3）氯气瓶瓶表体泄泄漏。解决的办办法：在气氯氯间设置置氯气吸吸收装置置。氯气吸收收系统原原理：将泄漏漏至厂房房的氯气气，用风风机送入入吸收系系统，经经化学物物质吸收收而转化化为其它它物质，，避免氯氯气直接接排入大大气、污污染环境境。经常使用用的吸收收剂为碱碱性强、、吸收率率高的NaOH。Na与氯气的的反应式式为：第七章氧氧化化还原与与消毒7.3臭氧氧化化与消毒毒7.3.1臭氧的物物理化学学性质7.3.2臭氧氧化化作用机机理7.3.3臭氧氧化化有机物物的特征征7.3.4臭氧预氧氧化对水水处理效效果的影影响7.3.5臭氧中间间氧化7.3.6臭氧消毒毒7.3.7臭氧处理理工艺系系统第七章氧氧化化还原与与消毒7.3.1臭氧的物物理化学学性质臭氧的分分子式为为O3，一般为为无色的的气体，，具有特特异的臭臭味，能能够刺激激口、鼻鼻等器官官的粘膜膜。臭氧的氧氧化力较较强，以以氧化还还原电位位表示，，在酸性性一侧为为E＝2.07V，在碱性性一侧为为E＝1.24V。臭氧溶于于水，溶溶解度与与水温呈呈反比关关系。在在常温条条件下，，溶解量量约为20mg／L。臭氧在水水中自行行分解为为氧，自自行分解解的速度度由水温温和pH值所控制制，高水温与与高pH值能够促进进分解。。第七章氧氧化化还原与与消毒7.3.2臭氧氧化化作用机机理1.臭氧与无无机物作作用臭氧能氧氧化大部部分无机机物，例例如在预预臭氧化化中，臭臭氧可有有效地将将水中溶溶解性铁铁、锰等等无机离离子转化化为难溶溶解性氧氧化物，，使其从从水中沉沉淀出来来。2.臭氧与有有机物作作用机理理作用途径径有二：：（1）臭氧分分子与有有机污染染物间的的直接氧氧化作用用；这是是缓慢且且有明显显选择性性的反应应；（2）臭氧被被分解后后产生羟羟基自由由基，间间接地与与水中有有机污染染物作用用，这一一反应速速率快，，且没有有选择性性。第七章氧氧化化还原与与消毒7.3.3臭氧氧化化有机物物的特征征（1）能够为为臭氧氧氧化的有有机物有：蛋白白质、氨氨基酸、、木质素素、腐殖殖酸、链链式不饱饱和化合合物和氰氰化物等等。在臭臭氧的作作用下，，不饱和和化合物物形成臭臭氧化物物，臭氧氧化物水水解，不不饱和化化合物即即行开裂裂。此外外，臭氧氧对CHO-、NH2-、SH-、OH-、NO-等官能团团也有氧氧化作用用。（2）臭氧对对有机物物的氧化化，难于于达到形形成CO2和H2O的完全无无机化阶阶段，只只能进行行部分氧氧化，形形成中间间产物。。（3）用臭氧对对二级处处理水进进行氧化化处理，，形成的的中间产产物主要要有：甲甲醛、丙丙酮酸、、丙酮醛醛和乙酸酸。但是是如臭氧氧足够，，氧化还还会继续续进行下下去，除除乙酸外外，其他他物质都都可能为为臭氧所所分解。。第七章氧氧化化还原与与消毒臭氧氧化化有机物物的特征征（4）污水用臭臭氧进行行处理，，BOD／COD比值随反反应时间间延长而而提高，，说明污污水的可可生化性性得到改改善。（5）臭氧对对二级处处理水进进行处理理，COD去除率与与pH值有关，，pH值上升去去除率也也显著提提高，在高pH值的条件件下，臭臭氧自行行分解进进行非常常显著，，在其分分解过程程中生成成活性很很强的OH·，在OH·的作用下下，COD得到很高高的去除除率。第七章氧氧化化还原与与消毒7.3.4臭氧预氧氧化对水水处理效效果的影影响1.除藻除味味臭氧预氧氧化具有有良好的的除藻、、杀菌、、除臭作作用，当当臭氧投投加量为为2mg/L时，能使使除藻效效率提高高10％～20％。2.控制氯化化消毒副副产物的的作用（1）臭氧预预氧化对对三卤甲甲烷（THM）的控制制作用；；（2）臭氧预预氧化对对其他氯氯化消毒毒副产物物的作用用；（3）氧化助助凝作用用；（4）臭氧氧氧化副产产物。第七章氧氧化化还原与与消毒7.3.5臭氧中间间氧化在常规净净水工艺艺的沉后后或滤后后投加臭臭氧，可可以氧化化常规工工艺难以以去除的的微量有机机污染物物。但是臭氧氧不可能能将三卤卤甲烷前前驱物彻彻底氧化化破坏，，只是增增加了可可生化性性，对水水中已形形成的三三卤甲烷烷几乎没没有作用用，一般般要经过过吸附工工艺去除除。人们开发发了臭氧－生生物活性性炭联用用技术。将臭氧化学学氧化、、活性炭炭物理化化学吸附附、生物物氧化降降解合为一体体的除污污染工艺艺。第七章氧氧化化还原与与消毒7.3.6臭氧消毒毒1.作用：既是氧氧化剂，，又是消消毒剂，，在水中中投入臭臭氧进行行消毒或或氧化通通称臭氧氧化。2.臭氧消毒毒的特点点：主要靠靠·OH的作用，，它的氧氧化作用用极强（（E0＝3.06V）。但作作为消毒毒剂，由由于臭氧氧在水中中不稳定定，易散散失，因因此在O3消毒之后后，往往往需要投投加少量量的氯等等以维持持水中剩剩余消毒毒剂。3.优点：消消毒效果果好，且且剂量小小、作用用快，不不会产生生三卤甲甲烷等有有害物质质，也可可改善水水的口感感和感观观性能。。4.缺点：臭氧消毒毒生产设设备复杂，投投资较大大，电耗耗也较高高5.饮用水的的投加臭臭氧剂量量一般为为0.2~1.5mg/L。第七章氧氧化化还原与与消毒臭氧消毒毒臭氧作为为深度处处理技术术，臭氧氧对二级级处理水水进行以以回用为为目的的的处理，，其主要要的任务务是：（1）去除污污水中残残存的有有机物；；（2）脱除污污水的着着色；（3）杀菌消消毒。第七章氧氧化化还原与与消毒7.3.7臭氧处理理工艺系系统臭氧处理理工艺组组成部分分（1）臭氧发发生系统统；（2）接触反反应系统统；（3）尾气处处理系统统。（1）臭氧发发生系统统：包括气气体的预预处理、、臭氧发发生器、、供电设设备、电电气控制制及检测测设备等等。（2）接触反应系系统：1）以纯氧或富富氧空气为原原料气的闭路路系统；2）以空气或富富氧空气为原原料气的开路路系统。闭路路提高了原料料气的含氧率率，降低生产产成本。（3）尾气处理系系统：活性炭吸收收法、化学吸吸收法、催化化氧化法和燃燃烧法。臭氧不能贮存存，需现场边边发生边使用用第七章氧氧化还原与消消毒臭氧处理工艺艺系统臭氧消毒的工工艺流程见下下图。臭氧在在水中的溶解解度仅10mg／L，因此通入水水中的臭氧往往往不可能全全部被利用，，为了提高臭氧氧的利用率，，接触反应池池最好建成水水深为5～6m的深水池、或或建成封闭的的几格串联的的接触池、设设管式或板式式微孔扩散器器散布臭氧。。空压机干燥器臭氧发生器污水接触反应池消除臭氧出水第七章氧氧化还原与消消毒7.4其它氧化与消消毒方法7.4.1氯氨消毒7.4.2二氧化氯消毒毒7.4.3次氯酸钠消毒毒7.4.4高锰酸盐氧化化7.4.5紫外线消毒第七章氧氧化还原与消消毒7.4.1氯氨消毒优点：水中含有有机机物和酚时，，氯氨消毒不不会产生氯臭臭和氯酚臭，，同时可大大大减小THMS的可能性；能能保持水中余余氯较久，适适用于供水管管网较长的情情况。缺点：作用缓慢，杀杀菌能力比自自由氯弱。单单独使用的情情况较少。人工投加氨可可以是液氨、、硫酸氨或氯氯化氨。氯和氨的投加加量视水质不不同而有所不不同。一般采采用氯：氨＝＝3：1～6：1采用氯氨消毒毒时，一般先先加氨，再加加氯。第七章氧氧化还原与消消毒7.4.2二氧化氯消毒毒1.二氧化氯的物物理化学性质质二氧化氯是一一种绿色气体，沸点11℃，凝固点－59℃，具有与氯一一样的气味，，比氯更刺激激，毒性更大大。，易溶于于水，是一种种易于爆炸的的气体。因其其易于挥发、、易爆炸等特特性，所以不不易贮存，应应进行现场制制备和使用。。2.二氧化氯氧化化消毒的机理理ClO2既是消毒剂又又是氧化能力力很强的氧化化剂，对细细菌的细胞具具有较强的吸吸附和穿透能能力，能有效效地破坏细菌菌内含巯基地地酶；消毒能能力比氯强。。ClO2的投加量约为为1.0～2.0mg/L第七章氧氧化还原与消消毒二氧化氯消毒毒二氧化氯消毒毒的特点：（1）不会与水中中有机物作用用生成三卤甲甲烷,不会生成氯酚酚（2）ClO2余量能在管网网中保持很长长的时间，即即衰减速度比比氯慢。（3）ClO2不水解，消毒毒受PH影响较小。（4）作为氧化剂剂，能去除或或降低水的色色、嗅及铁、、锰、酚等物物质。（5）CLO2本身和副产物物对人体血红红细胞有损害害。有报道认认为还对人的的神经系统等等有损害。因因此，美国对对水的剩余ClO2和ClO2－的总量规定定不超过1.0mg/L。欧洲一些国国家有自己的的一些规定，，但目前我国国还没有规定定。第七章氧氧化还原与消消毒二氧化氯消毒毒二氧化氯的制制备方法：（1）亚氯酸钠和和氯制取（2）酸与亚氯酸酸钠制取第七章氧氧化还原与消消毒7.4.3次氯酸钠消毒毒次氯酸钠消毒毒通常用于小小型水厂，因因其易分解，，常用次氯酸酸钠发生器现现场制取，反反应如下：NaCl+H2O-------NaOCl+H2次氯酸钠也是是强氧化剂和和消毒剂，但但消毒效果不不如氯。次氯酸钠的消消毒仍靠HOCl。反应如下：：NaOCl+H2O-------HOCl+NaOH第七章氧氧化还原与消消毒7.4.4高锰酸盐氧化化高锰酸盐主要要有高锰酸钾钾、高锰酸钠钠和高锰酸钙钙等，其中高高锰酸钾应用用最为广泛。。1.高锰酸钾的物物理化学性质质化学式为，，暗黑黑色菱柱状闪闪光晶体，易易溶于水，其其水溶液颜色色呈紫红色，，固体相对密密度2.7，加热到200℃以上分解放出出氧气。2.高锰酸钾去除除有机物的作作用机理作用复杂，有有高锰酸钾与与有机物间的的直接作用；；也有高锰酸酸钾在反应过过程中形成的的新生态水合合二氧化锰对对微量有机污污染物的吸附附与催化作用用；同时还有有高锰酸钾在在反应过程中中产生的介稳稳状态中间产产物的氧化作作用。第七章氧氧化还原与消消毒高锰酸盐氧化化3.高锰酸钾预氧氧化控制氯化化消毒副产物物及助凝作用用高锰酸钾预氧氧化能够破坏坏水中氯化消消毒副产物前前驱物质，从从而降低氯化化消毒副产物物生产量；由于吸附作用用等使高锰酸酸钾对多种地地表水表现出出不同程度的的助凝作用；；研究结果表明明，高锰酸钾钾预氧化与生生物活性炭组组合可有效地地强化对水中中氨氮和有机机物的去除第七章氧氧化还原与消消毒7.4.5紫外线消毒水银灯发出的的紫外光，能能穿透细胞壁壁并与细胞质质反应而达到到消毒的目的的。紫外光波波长为2500～3600埃的杀菌能力力最强。因为为紫外光需照照透水层才能能起消毒作用用，故污水中中的悬浮物、、浊度，有机机物和氨氮都都会干扰紫外外光的传播，，因此处理水水水质，光传传播系数越高高，紫外线消消毒的效果也也越好。紫外线消毒的的工艺流程见见下图：紫外线消毒的的照射强度为为0.19~0.25W··