水处理课件-氧化还原法

第十三章氧化还原

13.1氧化剂

13.2高级氧化13.3高锰酸钾及其复合盐的氧化

13.4其它氧化方法第十三章氧化还原

13.1氧化剂

氧化剂是一种能氧化其他物质而本身被还原的物质。非金属单质氧化剂:如F2、O2、Cl2、Br2、I2、N2、S等；金属的阳离子氧化剂:如Fe3+、Ag+、Cu2+等；弱氧化性酸:如盐酸、稀硫酸等；强氧化性酸:如浓H2SO4、浓HNO3、稀HNO3、HClO、KMnO4、K2Cr2O7、KNO3、Na2O2、MnO2等。既可做氧化剂又可做还原剂：例如，Na2O2、H2O2、S、SO2等，但它们以一种性质为主，Na2O2、H2O2、S主要做氧化剂；Fe2+、SO2主要做还原剂。

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13.2高级氧化13.2.1臭氧氧化法

1.臭氧的主要物理化学特性臭氧的相对密度为氧的1.5倍，在水中的溶解度比氧气大10倍，比空气大25倍。臭氧在空气中会慢慢地连续自行分解成氧气，其反应式为

（13-1）由于分解时放出大量热量，故当其浓度在25%以上时，很容易爆炸。但一般臭氧化空气中臭氧浓度不超过10%，因此不会发生爆炸。臭氧在水中的分解速度比在空气中快得多,所以臭氧不易储存，需边产边用。第十三章氧化还原

第十三章氧化还原

2.臭氧的制备生产臭氧的方法大致有：无声放电法、放射法、紫外线法，等离子射流法和电解法等。工业上最常见的是无声放电法。

3.臭氧氧化在水处理中的应用1).氧化无机物臭氧能将水中的二价铁、锰氧化成三价铁及高价锰，使溶解性的铁、锰变成固态物质，以便通过沉淀和过滤除去。

臭氧消毒系统

第十三章氧化还原

2).氧化有机物臭氧能够氧化许多有机物，如蛋白质、氨基酸、有机胺、链型不饱和化合物、芳香族、木质素、腐殖质等，目前在水处理中，采用CODCr和BOD5作为测定这些有机物的指标，臭氧在氧化这些有机物的过程中，将生成一系列中间产物，这些中间产物的CODCr和BOD5值有的比原反应物更高。第十三章氧化还原

3).消毒臭氧是非常有效的消毒剂。各种常用消毒剂的效果按以下顺序排列：O3>ClO2>HOCl>OCl->NHCl2>NH2Cl臭氧杀菌效果好、速度快，而且对消灭病毒也很有效。臭氧消毒的效果主要决定于接触设备出口处的剩余量和接触时间，其受pH值、水温及水中氨量的影响较小。但也有一定的选择性，如绿霉菌、青霉菌之类对臭氧具有抗药性，需较长时间才能杀死它们。

4.臭氧氧化工艺的应用臭氧可以用来对汽车制造厂综合废水（一级处理后的出水）进行深度处理，且处理效果明显；臭氧对印染废水的CODCr值去除率不高，而对色度的去除效果显著，与传统的氯气氧化、吸附、混凝等脱色方法相比，用臭氧脱色有着脱色程度高、无二次污染等优点。

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13.2.2过氧化氢氧化法

1.过氧化氢的主要物理化学特性纯过氧化氢是淡蓝色粘稠液体，熔点-0.43℃，沸点150.2℃。在0℃时液体的密度是1.4649g/min，它的物理性质和水相似，它有较高的介电常数。所以，不论纯过氧化氢或是它的水溶液都是一些盐的离子化溶剂。过氧化氢可以任何比例与水混溶，过氧化氢也溶解在包括醇、醚、酯等有机溶剂中。

2.过氧化氢的制备从1945年起，利用有机物的自动氧化过程，使氧气还原成过氧化氢。在工业生产上有两种方法：异丙醇法和蒽醌法。

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3.过氧化氢在水处理中的应用1).Fenton试剂Fenton试剂是亚铁离子和过氧化氢的组合，该试剂作为强氧化剂的应用已具有一百多年的历史，在精细化工、医药化工、医药卫生、环境污染治理等方面得到广泛的应用。

2).过氧化氢单独氧化①产品稳定，储存时每年活性氧的损失低于1%；②安全，没有腐蚀性，能较容易地处理液体;③与水完全混溶，避免了溶解度的限制或排出泵产生气栓；④无二次污染，能满足环保排放要求；⑤氧化选择性高，特别是在适当条件下选择性更高。

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4.过氧化氢氧化工艺的工业应用1).淀粉厂废水处理2).含氰废水的处理

空气氧化处理含硫废水氧化装置

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13.2.3二氧化氯氧化法

1.二氧化氯的主要物理化学性质二氧化氯是一种黄绿色气体，具有与氯相似的刺激性气味，沸点11℃，凝固点-59℃，极不稳定，在空气中浓度为10%时就有可能爆炸。二氧化氯易溶于水，溶解度约为氯的5倍，在室温4kPa分压下溶解度为2.9g/L。第十三章氧化还原

对芳烃类有机物，其降解变化可分为三个阶段：1）反应阶段初期，首先出现苯环的羟基化合物，如邻苯二酚、对苯二酚、对苯醌；2）第二阶段出现的产物是苯环结构破坏后的二元酸，开始以顺丁烯二酸为主，浓度较高，随着氧化进程逐渐深入，碳链继续断开，生成小分子的羧酸，如草酸和甲酸，并以草酸为主；3）第三阶段为深度氧化阶段，苯环类有机物→苯环烃基化→开环生成羧酸→二氧化碳。对苯酚、邻氯苯酚、苯胺的二氧化氯催化反应出水进行液相色谱分析来定性地确定芳烃类有机物的中间产物。

2.二氧化氯的制备二氧化氯的制备方法主要分为两大类：化学法和隔膜电解法1).化学法第十三章氧化还原

2).隔膜电解法该工艺以食盐溶液为电解液，在电场作用下，阳极室内氯离子在阳极失去电子不仅生成氯气，而且在中性电极的作用下，生成二氧化氯和过氧化氢等。3.稳定化二氧化氯的制备稳定化二氧化氯主要是将二氧化氯气体稳定于惰性溶液中，形成含二氧化氯有效成分浓度在2%以上的产品。稳定化二氧化氯的生产关键是稳定剂的选择，稳定剂主要由碳酸盐、过碳酸盐、硼酸盐、过硼酸盐等，其中由于碳酸盐价格便宜、来源方便，是最常用的稳定剂。

氯氧化系统(1)第十三章氧化还原

4.二氧化氯在水处理中的应用1).水的消毒剂2).对THM的控制3).对水中酚类化合物的破坏4).氧化饮用水中的铁离子和锰离子5).在水处理其他领域内的应用

第十三章氧化还原

13.2.4湿式氧化法1.湿式氧化基本原理湿式氧化法（WetAirOxidation，简称WAO）是在高温、高压下，利用氧化剂将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水，从而达到去除污染物的目的。与常规方法相比，具有适用范围广、处理效率高、极少有二次污染、氧化速率快、可回收能量及有用物料等特点，因而受到了世界各国科研人员的广泛重视，是一项很有发展前途的水处理方法。湿式氧化基本流程动画第十三章氧化还原

2.湿式空气氧化反应动力学

3.湿式氧化的主要影响因素1).温度2).压力3).反应时间4).废水性质

4.湿式氧化工艺(如图13-8)5.湿式氧化法的应用1).处理农药废水2).处理含酚废水3).处理染料废水4).处理污泥第十三章抱氧化荒还原第十三章幸氧化急还原13.2米.5光化蛛学氧化法1、光化嫩学理论所谓光化捡学反应，惰就是在光欧的作用下尚进行的化剂学反应。霉光化学反匙应需要分钥子吸收特角定波长的睬电磁辐射固，受激产肝生分子激隆发态，之梦后才会发花生化学变膝化到一个递稳定的状汗态，或者锋变成引发柴热反应的萍中间化学观产物。利郑用光化学焰反应治理穗污染，包芽括无催化腐剂和有催拒化剂参与傲的光化学炮氧化。2.光租催化反仪应器目前对樱光催化潮反应器环尚无明忌确分类疏，按照旅光催化却剂的存禁在形式壮，可将门反应器困分为悬案浆液体陈系和负棒载型两筑大类。痰悬浆液掠体系有铺分批处坛理型。加负载型嗽光催化臂反应器串按其床颜层状态壶，又可凤分为固役定床型网和流化窃床型两雅种。第十三章从氧化亩还原3.光龟电催化斤反应光电催恐化反应劳可以看捐作是光撒催化和突电催化膛反应的洪特例，油同时具昼有光、殿电催化冷的特点馋。它是耻在光照拐下在具勉有不同匠类型（候电子和仪离子）而电导的声两个导化体的界眉面上进威行的一赞种催化衬过程。第十三章览氧化俱还原4.光凤化学氧左化的应买用1).队光催化逝氧化降吼解水中亭污染物2).茅光催化晋氧化法材处理气所相污染朗物除铁除莲锰工艺第十三章混氧化驳还原13.2剖.6超临鞋界水氧化笑技术1.基手本原理1).超郊临界流体任何物质痒，随着温酒度、压力轻的变化，网都会相应竟地呈现为郑固态、液反态和气态愚这三种物时相状态，骨即所谓的澡物质三态害。三态之邻间互相转屑化的温度挪和压力值篇叫作三相伐点。2).莫超临界础水及其宜特征如果将魂水的温赶度和压宴力升高轻到临界细点（Tc=374届.3℃，存pc=22汽.05拿MPa歌）以上扬，水就鞠会处于辞一种既弦不同于患气态也屿不同于暑液态和系固态的仔新的流糠体态—盗—超临烟界态，顺该状态阻的水即广称之为享超临界纠水。3).超甩临界水化携学反应第十三景章矮氧化还辞原4).醒超临界寺水氧化阴原理及吹反应机灿理超临界比水氧化涉的主要忧原理是依利用超散临界水侮作为介曾质来氧六化分解下有机物乱。在超袍临界水维氧化过绍程中，裙由于超苍临界水灶对有机升物和氧鸭气都是恋极好的晓溶剂，摊因此有竿机物的某氧化可恩以在富偏氧的均颤一相中敬进行，州反应不心会因相控间转移证而受限绪制。2.超锦临界水因氧化反玻应动力盖学目前，超叔临界水氧嚷化的动力们学研究主病要集中在互宏观动力赔学。在宏降观动力学持的研究中军也有两种包不同的方临法来描述僚反应规律因，一是幂烛指数方程缎法，另一要是反应网甜络法。1).促幂指数母方程法第十三章碧氧化元还原3.超蜘临界水役氧化技科术的工喘艺及装栗置由于超临莲界水具有怎溶解非极势性有机化嘴合物（包吵括多氯联胃苯等）的扁能力，在恋足够高的荐压力下，透它与有机稠物和氧或胖空气完全抓互溶，因贸此这些化侍合物可以缸在超临界抛水中均相驼氧化，并疾通过降低顶压力或冷右却选择性面地从溶液逗中分离产拼物。2).跳反应网起络法第十三章舅氧化箩还原第十三章州氧化膝还原4.超异临界水栽氧化技规术的应鲜用及评丛价1）应用①酚觉的氧化②处积理含硫联废水③多侨氯联苯才等有机猾物超临切界水氧岩化④降解熟聚苯乙烯通泡沫⑤污信泥的超匙临界水音氧化第十三章盘氧化暗还原2）评价超临界水脆氧化技术榴与其他处斩理技术相毕比，具有棉明显的优渴越性：（1）险效率高邻，处理痕彻底，雀有机物仪在适当透的温度遥、压力塔和一定峡的保留孟时间下世，能完越全被氧或化成二飘氧化碳芒、水、所氮气以恳及盐类险等无毒理的小分榴子化合火物，有零毒物质坝的清除盏率达9接9.9炒9%以侦上，符递合全封盾闭处理炸要求；（2）由虾于SCW塔O是在高更温高压下蒜进行的均树相反应，吹反应速率快快，停留将时间短（龙可小于1氧min）详，所以反昌应器结构愧简洁，体拍积小；（3）适农用范围广没，可以适影用于各种悄有毒物质杀、废水废糖物的处理柔；（4）不舒形成二次雁污染，产母物清洁不胞需要进一平步处理，径且无机盐坐可从水中妄分离出来战，处理后旦的废水可教完全回收贿利用；（5）当锁有机物含而量超过2雷%时，就丹可以依靠眨反应过程哪中自身氧攻化放热来巧维持反应坑所需的温茶度，不需状要额外供落给热量，肌如果浓度静更高，则饶放出更多惕的氧化热体，这部分肚热能可以经回收。第十三头章浆氧化还稀原13.2四.7高级滩氧化技术穴的发展及岔其特点1.高遥级氧化技仪术存在的蛛问题及研侮究热点高级氧打化技术铲作为一魔门新型制有效的膛污染治港理技术赶，国内斤外尽管舱已作了辱大量的昌研究，柔开发了挣不同的道氧化处烧理工艺皆，然而服由于研是究探索巩时间短则，其基弄础理论府工作还喊不十分红完备，窝再加上后实际污援染系统望的复杂欠多样性惯，使得幸高级氧沫化技术乒无论在笋理论研糊究上还周是实践踩应用上杆都存在蜘不少有兵待研究杠解决的标问题。巧这些热弯点问题祖主要有碗以下几丽类。1).虽低成本才高效氧目化剂及芹其催化竹剂的研互发2).棚高级氧转化技术茶中催化刷剂的研调发3).柄氧化动镇力学与窝反应机木理的探休讨4).强贴化传质的狡研究5).声述光电波等支技术在高崇级氧化工峰艺中的应翠用研究6).高锈级氧化工帝艺的开发第十三蔽章刚氧化还掘原2.钢高级氧爪化技术奴发展方赖向在环保非问题日瓣益严峻屠的今天字，越来卡越多肩袄负环保星使命的舅学者投便身于污头染治理碧技术的摊应用与邪开发中模。作为纸污染治慨理的一煎种有效搭手段，气高级氧喘化技术弟发展方甩向更值跪得人们昆关注。柴结合国欠内外研箭究现状竹，高级刮氧化技固术发展摇方向主驾要集中饼在以下颈几个方掏面。1).现有氧制化技术蜻与工艺役的不断鲜完善与辆改进2).各种技术话的联合运惊用3).运用新技毅术开发新潜的氧化工徒艺第十三站章急氧化还蕉原13.3胁高锰酸钾氧及其复合蠢盐的氧化13.3臭.1高锰比酸钾的主灿要物理化老学性质高锰酸忧钾为红啊紫色斜悄方晶系乘，粒状认或针状伞结晶，忠有金属驾光泽，崖相对密辫度2.柜703森，溶于晴水成深疑紫红色村溶液，头微溶于钥甲醇、扮丙酮和口硫酸。演遇乙醇侨、过氧繁化氢则旱分解。诊加热至赵240需℃以上淡放出氧章气。高锰酸爬钾是常汉用的强扛氧化剂紧。高锰赌酸钾作虾为氧化篮剂时出秒现各种租不同的柜情况，影它在不厨同的介贵质中出誉现不同细的产物缘瑞，在酸纽奉性介质问中还原健产物为躁Mn2+，呈淡粉永色；在中挎性介质中袍还原产物省为MnO2，呈棕腥黑色沉美淀；在滥碱性介胃质中还驶原产物框为Mn领O42-，呈绿色掩。这是由诞于在不同辉介质中，柳MnO42-都具有一贩定氧化性辈，都可与债较强的还医原剂作用岁。第十三芦章洽氧化还征原13.击3.2波高锰酸妹钾的制索备1.焙霞烧法第十三给章撇氧化还势原2.挺液相氧京化法第十三章晕氧化夏还原13.津3.3事高锰酸隐钾在水毒处理中等的应用高锰酸钾预处理能阴有效地去忠除污染水援中的多种萍有机污染真物，降低滔水的致突倡变性。此攀外，还能搜显著地控灰制氯化消逼毒副产物翅，使水中型有机污染细物的数量绕和浓度均盼有显著地肥降低，水鞭的致突变鄙性由阳性勒转变为阴纲性或接近本阴性。高锰酸改钾预处手理还可机有效地辞降低后兼续氯化栗消毒过娃程中氯稍仿和四移氯化碳作的生成倾量，破蛇坏氯仿咽和四氯莫化碳的冷前驱物铸质。氯氧化软系统(的2)第十三遭章常氧化还而原13.3部.4高锰片酸钾氧化购的工业应护用1.高霞锰酸钾混忽凝处理工弯艺2.疗高锰酸间钾复合填药剂处望理工艺第十三圾章黄氧化还穴原13.牺4其它跪氧化方脉法13.4呜.1催化惨氧化催化氧化趁过程主要戒有常温常承压下的催事化氧化和盆高温高压朗下的湿式求催化氧化饥、光催化斯氧化等。蚂通过催化屿途径产生湾氧化能力电极强的O槽H•羟基喜自由基。胜OH•氧运化电位为榨2.80夜V，仅次耽于氟的2枕.87V拥，故它在汤降解废水樱时具有以屡下特点：①OH采•是高啄级氧化慨过程的患中间产序物，作精为引发壁剂诱发俱后面的山链反应览发生，芹对难降童解的物罩质的开渣环、断军键，将堡难降解恭的污染锯物变成英低分子约或易生木物降解隶的物质允特别适御用；②OH•习几乎无选货择地与废笑水中的任仪何污染物絮反应，直畅接将其氧取化为CO2、水或戴盐，不证会产生朴二次污献染；③它是一警种物理-部化学处理唤过程，很溜容易控制象，以满足吊各种处理辰要求；④反应条掉件温和，排是一种高饱效节能型裙的废水处嚼理技术。第十三章病氧化柔还原下面主要板介绍下催忌化氧化水步处理工艺始：1.顶催化湿驳式氧化捏（Ca僻tal毁yti乞cW疲et茧Air穿Ox禁ida伙tio呼n，C歪WAO圆）2.利助加催革化湿式证氧化（晓Pro邀mot讯ed童Cat贞aly驳tic性We越tA浩ir庆Oxi科dat疑ion统，PC掠WAO粒）3.警催化湿鸦式双氧队水氧化漫（Ca昏tal殊yti含cW往et夫Pro桥xid画eO寻xid婆ati钻on，创CWP扛O）4.饺催化超载临界水浙氧化技魔术（S冻upe喉rcr拴iti干cC蛋ata妇lyt康ic脉Wet兵Ai奥rO疑xid叛ati滩on，虾SCW质AO）13.4车.2电化扔学处理技策术电化学豆水处理淡技术是良使污染企物在电塔极上发权生直接声电化学泊反应或扩利用电俩极表面欣产生的碎强氧化宫性活性已物种使自污染物抚发生氧扇化还原抢转变，究后者被趁称为间津接电化场学转化拆。13.沸4.3猜超声技用术超声辐船射的降核解途径欺主要是昌在空化奶效应作跟用下，彩有机物临通过高摸温分解方或自由注基反应到两种历爹程进行迎。超声膀空化是浮指液体渠中的微案小气核粘在超声径波的作敏用下被疤激活，亩它表现振在泡核付的振荡财、生长灾、收缩墙、崩溃不等一系挺列动力誉学过程晕。第十三章拆氧化访还原第十三章您氧化炊还原第十三章羽氧化牲还原第十三决章站氧化还洲原13.4闯.2电化茧学处理技等术电化学水材处理技术纪是使污染怜物在电极夺上发生直削接电化学肠反应或利胳用电极表减面产生的候强氧化性填活性物种合使污染物露发生氧化沙还原转变知，后者被蒜称为间接肆电化学转郊化。13.4造.3超声键技术超声辐椒射的降应解途径桂主要是画在空化芒效应作冻用下，重有机物揭通过高烧温分解爬或自由胆基反应毯两种历役程进行宁。超声配空化是端指液体精中的微疫小气核男在超声舱波的作麦用下被红激活，码它表现稼在泡核符的振荡熔、生长桂、收缩触、崩溃芳等一系重列动力煌学过程。第十三冒章贴氧化还华原13.璃4.4史微波技哲术微波在驻环境化惨学与工办程中应拍用的报铜道虽不互算多，拣但涉及手的领域忧较多，娱包括用壁于土壤欢净化，修污油回煌收，S议O2和NOx治理，桃光合作惑用模拟眠，有机洒污染物耐氧化降产解和放那射性废梅物陶化卡处理等捎。如微触波加热主去除挥典发性有铜机物与枕土壤净体化、微蚕波加速男油水分敢离与污咬油回收堤、微波渴促进S舞O2和NOx还原与酸芽气污染治戏理、微波停诱导催化确氧化与有百机污染物砖去除微波歪诱导催化暑还原与光乌合作用模层拟等。13.4判.5生物熔氧化新技淋术所谓生景物氧化虽，是指