氧化还原法.ppt
《氧化还原法.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《氧化还原法.ppt(106页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、废水的化学处理方法废水的化学处理方法 -氧化还原法氧化还原法按照污染物的净化原理,氧化还原处理方法包括药剂法、按照污染物的净化原理,氧化还原处理方法包括药剂法、电化学法电化学法(电解电解)和光化学法三大类。和光化学法三大类。分 类方 法氧化法常温常压空气氧化法氯氧化法(液氯、NaClO、漂白粉等)Fenton氧化法臭氧氧化法电解(阳极)光氧化法光催化氧化法高温高压湿式催化氧化超临界氧化燃烧法还原法药剂还原法(亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸亚铁、二氧化硫)金属还原法(金属铁、金属锌)电解(阴极)学习内容o1 概述概述o2 化学氧化法化学氧化法o3 化学还原法化学还原法o4 电化学方法电化学方法1概述
2、1.1定义定义o通过药剂与污染物的氧化还原反应,把废水中有毒害通过药剂与污染物的氧化还原反应,把废水中有毒害的污染物转化为无毒或微毒物质的处理方法称为氧化的污染物转化为无毒或微毒物质的处理方法称为氧化还原法。还原法。1.2.去除对象去除对象氧化法氧化法:o有机污染物有机污染物(如色、嗅、味、如色、嗅、味、COD);COD);o还原性无机离子还原性无机离子(如如CN-CN-、S2-S2-、Fe2+Fe2+、Mn2+Mn2+等等)还原法还原法:o重金属离子重金属离子(如汞、镉、铜、银、金、六价铬、镍等如汞、镉、铜、银、金、六价铬、镍等)1.3.常用药剂常用药剂o最常采用的最常采用的氧化剂氧化剂:空
3、气、臭氧、氯气、次氯酸钠及空气、臭氧、氯气、次氯酸钠及漂白粉;漂白粉;o常用的常用的还原剂还原剂:硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、硼氢化钠、硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、硼氢化钠、水合脏及铁屑等。水合脏及铁屑等。o在在电解电解氧化还原法中,电解槽的氧化还原法中,电解槽的阳极可作为氧化剂阳极可作为氧化剂,阴极可作为还原剂阴极可作为还原剂。1.4.常用设备常用设备o投药投药氧化还原法氧化还原法-反应池反应池,若有沉淀物生成,尚需进,若有沉淀物生成,尚需进行因液分离及泥渣处理。行因液分离及泥渣处理。o电解电解氧化还原法氧化还原法电解槽电解槽.1.5 反应程度的控制反应程度的控制1)反应程度表述)反应程度表述-用用电极
4、电势电极电势来衡量其来衡量其氧化性氧化性(或还原性或还原性)的强弱,估计反应进行的程度。的强弱,估计反应进行的程度。氧化氧化剂和还原剂的电极电势差越大,反应进行得越完剂和还原剂的电极电势差越大,反应进行得越完全。全。o电极电势用奈斯特公式表示:电极电势用奈斯特公式表示:式中:式中:E-E-电极电势电极电势;E;E0 0标准电极电势标准电极电势;R;R摩尔气体常数摩尔气体常数;T;T热力学温度热力学温度;n;n转移的电子数转移的电子数;F;F法拉第常数法拉第常数;简单无机物的化学氧化还原过程简单无机物的化学氧化还原过程 实质是实质是电子转移电子转移。失去电子的元素被氧化,是还原剂;。失去电子的元
5、素被氧化,是还原剂;得到电子的元素被还原,是氧化剂。在一个化学反应中,氧得到电子的元素被还原,是氧化剂。在一个化学反应中,氧化和还原是同时发生的,某一元素失去电子,必定有另一元化和还原是同时发生的,某一元素失去电子,必定有另一元素得到电子。素得到电子。氧化剂的氧化能力和还原剂的还原能力是相对氧化剂的氧化能力和还原剂的还原能力是相对的,其强度可以用相应的氧化还原电位的数值来比较。的,其强度可以用相应的氧化还原电位的数值来比较。许多许多种物质的种物质的标准电极电位值标准电极电位值可以在化学书中查到。可以在化学书中查到。值愈大,物值愈大,物质的氧化性愈强,值愈小,其还原性愈强。质的氧化性愈强,值愈小
6、,其还原性愈强。有机物的氧化还原过程有机物的氧化还原过程 由于涉及共价键,电子的移动情形很由于涉及共价键,电子的移动情形很复杂复杂。许多反应并。许多反应并不不发生发生电子电子的的直接转移直接转移。只是原子周围的。只是原子周围的电子云密度电子云密度发生发生变化变化。目前还没有建立电子云密度变化与氧化还原反应的。目前还没有建立电子云密度变化与氧化还原反应的方向和程度之间的定量关系。因此,在实际上,方向和程度之间的定量关系。因此,在实际上,凡是加氧凡是加氧或脱氢的反应称为氧化,而加氢或脱氧的反应则称为还原,或脱氢的反应称为氧化,而加氢或脱氧的反应则称为还原,凡是与强氧化剂作用使有机物分解成简单的无机
7、物的反应,凡是与强氧化剂作用使有机物分解成简单的无机物的反应,可判断为氧化反应。可判断为氧化反应。甲烷的降解历程历程如下:甲烷的降解历程历程如下:各类有机物的可氧化性各类有机物的可氧化性 经验表明:经验表明:o酚类、醛类、芳胺类和某些有机硫化物酚类、醛类、芳胺类和某些有机硫化物(如硫醇、硫醚如硫醇、硫醚)等等易于氧化易于氧化;o醇类、酸类、酯类、烷基取代的芳烃化合物醇类、酸类、酯类、烷基取代的芳烃化合物(如如“三苯三苯”)、硝基取代的芳烃化合物、硝基取代的芳烃化合物(如硝基苯如硝基苯)、不饱和烃类、不饱和烃类、碳水化合物等在一定条件碳水化合物等在一定条件(强酸、强碱或催化剂强酸、强碱或催化剂)
8、下下可以可以氧化氧化;o饱和烃类、卤代烃类、合成高分子聚合物等饱和烃类、卤代烃类、合成高分子聚合物等难以氧化难以氧化。2)影响处理能力的动力学因素影响处理能力的动力学因素(1)(1)药剂本性药剂本性;(2)(2)反应物浓度反应物浓度;(3)(3)温度温度;(4)(4)催化剂和不纯物的存在催化剂和不纯物的存在;(5)pH(5)pH值值H+H+与与OH-OH-直接参加反应直接参加反应;做催化剂做催化剂;影响其他物质的存在状态和数量影响其他物质的存在状态和数量2化学氧化法去除对象:废水中的去除对象:废水中的CN-、S2-、Fe2+、Mn2+氧化剂包括下列几类。氧化剂包括下列几类。接受电子后还原成负离
9、子的中性分子,如接受电子后还原成负离子的中性分子,如Cl2、O2、O3。带正电荷的离子,接受电子后还原成负离子,如漂带正电荷的离子,接受电子后还原成负离子,如漂白粉的次氯酸根中的白粉的次氯酸根中的Cl+变为变为Cl-。带正电荷的离子,接受电子后还原成带较低正电荷带正电荷的离子,接受电子后还原成带较低正电荷的离子,如的离子,如MnO4+中的中的Mn7+变为变为Mn2+,Fe3+变为变为Fe2+等。等。2药剂氧化法2.1 2.1 空气空气(纯氧纯氧)氧化法氧化法2.2 2.2 氯氧化法氯氧化法2.3 2.3 臭氧氧化法臭氧氧化法2.4 2.4 高锰酸钾氧化法高锰酸钾氧化法2.5 2.5 光辐射或放
10、射线辐射氧化光辐射或放射线辐射氧化2.6 2.6 高级氧化技术高级氧化技术2.1、空气、空气(及纯氧及纯氧)氧化法氧化法2.1.1概述概述(1 1)空气氧化法就是把空气鼓入废水中,利用空气中的)空气氧化法就是把空气鼓入废水中,利用空气中的氧氧气氧化气氧化废水中的污染物。废水中的污染物。(2 2)特点:)特点:o优点优点-氧的化学氧化性是很强的,且氧的化学氧化性是很强的,且pHpH值降低,氧化性值降低,氧化性增强。增强。o缺点缺点-速度很慢,时间长速度很慢,时间长.o改进改进-如果设法断开氧分子中的氧一氧键如果设法断开氧分子中的氧一氧键(如高温、高如高温、高压、催化剂、压、催化剂、射线辐照等射线
11、辐照等),则氧化反应速度将大大加,则氧化反应速度将大大加快。快。湿式氧化法湿式氧化法-高温高温(200(200300)300)、高压高压(3(315MPa)15MPa)强化强化空气氧化过程空气氧化过程.2.1.2 常温常压和常温常压和中性中性pHpH值条件下应用值条件下应用分子氧分子氧O O2 2为弱氧化剂,反应性很低,故常用来处理为弱氧化剂,反应性很低,故常用来处理易氧化易氧化的污染物。的污染物。v空气氧化除铁、锰(地下水)空气氧化除铁、锰(地下水)v空气氧化脱硫(石油炼厂废水)空气氧化脱硫(石油炼厂废水)(1)地下水除铁、锰地下水除铁、锰 在在缺氧的地下水中常出现二价铁和锰缺氧的地下水中常
12、出现二价铁和锰。通过。通过曝气曝气,可以,可以将它们分别将它们分别氧化为氧化为Fe(OH)Fe(OH)3 3和和MnOMnO2 2沉淀沉淀物。物。除铁的反应式为:除铁的反应式为:考虑水中的碱度作用,总反应式可写为:考虑水中的碱度作用,总反应式可写为:按此式计算,氧化按此式计算,氧化lmglmg/L Fe/L Fe2+2+,仅需,仅需O.143mgO.143mgL OL O2 2。水的水的碱度碱度是指水中所含能与强酸定量作是指水中所含能与强酸定量作用的物质总量。碱度基本上是碳酸盐、用的物质总量。碱度基本上是碳酸盐、重碳酸盐及氢氧化物含量的函数。重碳酸盐及氢氧化物含量的函数。研究指出,研究指出,M
13、nOMnO2 2对对MnMn2+2+的氧化具有催化作用。大致历程为的氧化具有催化作用。大致历程为 氧化:氧化:吸附:吸附:氧化氧化:曝气过滤曝气过滤(或称曝气接触氧化或称曝气接触氧化)除锰工艺除锰工艺:先将含锰地下水强烈曝气充氧,尽量地散去先将含锰地下水强烈曝气充氧,尽量地散去COCO2 2,提高,提高pHpH值;值;再流入天然锰砂或石英砂充填的过滤器,利用接触氧化原理再流入天然锰砂或石英砂充填的过滤器,利用接触氧化原理将水中将水中MnMn2+2+氧化成氧化成MnOMnO2 2,产物逐渐附着在滤料表面形成一层能,产物逐渐附着在滤料表面形成一层能起催化作用的活性滤膜,加速除锰过程。起催化作用的活
14、性滤膜,加速除锰过程。地下水除铁锰工艺流程地下水除铁锰工艺流程曝气方式可采用莲蓬头喷淋曝气方式可采用莲蓬头喷淋水、水射器曝气、跌水曝气、水、水射器曝气、跌水曝气、空气压缩机充气、曝气塔等空气压缩机充气、曝气塔等。滤器可采用重力式或压力式。滤器可采用重力式或压力式。滤料粒径一般用滤料粒径一般用0.60.62mm2mm,滤层厚度滤层厚度0.70.71.0m1.0m,滤速,滤速101020m/h20m/h。为适用于为适用于Fe2+10mg/L,Mn2+1.5mg/L,pH6的地下水。的地下水。当铁锰含量大时,可采用多级曝气和多级过滤组合流程处理。当铁锰含量大时,可采用多级曝气和多级过滤组合流程处理。
15、(2)工业废水脱硫工业废水脱硫 o硫硫()()在废水中以在废水中以S S 2 2、HSHS-、H H2 2S S的形式存在。的形式存在。各种硫的标准电极电位如下:各种硫的标准电极电位如下:酸性溶液酸性溶液 碱性溶液碱性溶液 在在酸酸性溶液中,各电对具有性溶液中,各电对具有较弱的氧化较弱的氧化能力;能力;在在碱性碱性溶液中,各电对具有溶液中,各电对具有较强的还原较强的还原能力。能力。(2)工业废水脱硫工业废水脱硫 o利用分子氧氧化硫化物利用分子氧氧化硫化物碱性条件较好,向废水中注入空碱性条件较好,向废水中注入空气和蒸汽气和蒸汽(加热加热),硫化物按下式转化为无毒的硫代硫酸盐,硫化物按下式转化为无
16、毒的硫代硫酸盐或硫酸盐。或硫酸盐。o氧化过程氧化过程:氧与硫化物的反应在氧与硫化物的反应在80809090下按如下反应式进行:下按如下反应式进行:第一步第一步第二步第二步o反应设备反应设备-密封塔体密封塔体(空塔空塔,筛板塔筛板塔,填料塔填料塔))o参考数据参考数据停留时间停留时间;空气用量空气用量;温度温度;空气氧化法处理含硫废水工艺流程空气氧化法处理含硫废水工艺流程 含硫废水经含硫废水经隔油沉渣隔油沉渣后后与与压缩空气及水蒸气压缩空气及水蒸气混合,混合,升温至升温至80809090,进入,进入氧化氧化塔塔,塔径一般不大于,塔径一般不大于2.5m2.5m,分四段,每段高分四段,每段高3m3m
17、。每段进。每段进口处设喷嘴,雾化进料,塔口处设喷嘴,雾化进料,塔内气水体积比不小于内气水体积比不小于1515。废。废水在塔内平均停留时间水在塔内平均停留时间l.5l.52.5h2.5h。2.1.3 2.1.3 湿式氧化法湿式氧化法湿式氧化法:在高温(湿式氧化法:在高温(150150350350)和高压()和高压(0.50.520MPa20MPa)的操作条)的操作条件下,以氧气和空气作为氧化剂,将废水中的有机物转化为二氧件下,以氧气和空气作为氧化剂,将废水中的有机物转化为二氧化碳和水的过程。化碳和水的过程。湿式氧化过程:湿式氧化过程:(i i)空气中的氧从气相到液相的传质过程;空气中的氧从气相到
18、液相的传质过程;(iiii)溶解氧与基质之间的化学反应)溶解氧与基质之间的化学反应湿式氧化法的应用:湿式氧化法的应用:o进行高浓度难降解有机废水生化处理的预处理,以提高可生化性;进行高浓度难降解有机废水生化处理的预处理,以提高可生化性;用于处理有毒有害的工业废水。用于处理有毒有害的工业废水。o难以用生化方法处理的农药废水、染料废水、制药废水、煤气洗涤难以用生化方法处理的农药废水、染料废水、制药废水、煤气洗涤废水、造纸废水、合成纤维废水及其他有机合成工业废水的处理。废水、造纸废水、合成纤维废水及其他有机合成工业废水的处理。湿式氧化工艺流程透平:将流体工质中蕴有的能量转换成机械功的机器。图图 1
19、1 湿式氧化系统工艺流程湿式氧化系统工艺流程1-1-贮存罐;贮存罐;2 2,5-5-分离器;分离器;3-3-反应器;反应器;4-4-再沸器;再沸器;6-6-循环循环泵泵;7-7-透平机;透平机;8-8-空压机;空压机;9-9-热交换器;热交换器;10-10-高压高压泵泵湿式催化氧化处理设备湿式催化氧化处理设备o特点:与一般方法相比,湿式氧化法适用范围广、处理效特点:与一般方法相比,湿式氧化法适用范围广、处理效率高、二次污染低、氧化速度快、装置小、可回收能量和率高、二次污染低、氧化速度快、装置小、可回收能量和有用物料。有用物料。o发展发展-湿式催化氧化法湿式催化氧化法(CWO)-(CWO)-废水
20、废水的深度处理技术。的深度处理技术。该处理工艺在一定该处理工艺在一定温度温度(200(200300C)300C)和和压力压力(1.5(1.510MPa)10MPa)条件下,在填充专用例定条件下,在填充专用例定催化剂催化剂的反应器中,保持的反应器中,保持废水废水在在液体状态。在氧气液体状态。在氧气(空气空气)作用下,利用催化氧化的原理,作用下,利用催化氧化的原理,一次性地对高浓度一次性地对高浓度有机有机废水废水的的CODCOD、TOCTOC、氨、氰等污染物、氨、氰等污染物进行倦化氧化分解的深度处理进行倦化氧化分解的深度处理(接触时间接触时间10min10min2.0h)2.0h),使之转变为使之
21、转变为COCO2 2、N N2 2、水等无害成分,并同时脱臭、脱色及、水等无害成分,并同时脱臭、脱色及杀菌消毒杀菌消毒,从而达到净化处理水的目的。从而达到净化处理水的目的。2.2氯氧化法2.2.12.2.1氯系氧化剂氯系氧化剂氯气氯气;氯的含氧酸及其钠盐钙盐氯的含氧酸及其钠盐钙盐;二氧化氯二氧化氯现场制备现场制备,有毒有毒2.2.22.2.2氯氧化法的应用氯氧化法的应用(1)(1)对象对象:氰化物氰化物,硫化物硫化物,酚酚,醇醇,醛醛,油类的氧化去油类的氧化去除除;消毒消毒,脱色脱色,除臭除臭.氯气是普遍使用的氧化剂,用于给水消毒和废水氧化。各药剂的氧化氯气是普遍使用的氧化剂,用于给水消毒和废
22、水氧化。各药剂的氧化能力用有效氯含量表示。氧化价大于能力用有效氯含量表示。氧化价大于-1-1的那部分氯具有氧化能力、的那部分氯具有氧化能力、称之为有效氯称之为有效氯。化学式化学式分子量分子量氯氯当量当量molCl2/mol含含氯氯量量W有效有效氯氯W 液液氯氯 Cl271100100漂白粉漂白粉CaCl(OCl)12715656次次氯氯酸酸钠钠NaOCl74.5147.795.4次次氯氯酸酸钙钙Ca(OCl)2143249.699.2一一氯氯胺胺 NH2Cl51.5169138亚氯亚氯酸酸钠钠NaClO290.52(酸性酸性)39.2156.8氧化二氧化二氯氯Cl2O87281.7163.4二
23、二氯氯胺胺NHCl286282.5165(2)废水的氯氧化应用废水的氯氧化应用含氰废水处理含氰废水处理 氧化反应分为两个阶段进行。氧化反应分为两个阶段进行。第一阶段,第一阶段,在,在pH=10pH=101111时,此反应只需时,此反应只需5 5分钟。虽然分钟。虽然CNOCNO-的毒性只有的毒性只有CNCN-的的1/10001/1000左右,但从保证水体安全出发,应进行第二阶段左右,但从保证水体安全出发,应进行第二阶段处理处理 第二阶段将第二阶段将CNOCNO-NHNH3 3(酸性条件酸性条件)或或N N2 2(pH8(pH88.5)8.5),反应可在,反应可在1 1小时之内完小时之内完成。成。
24、含酚废水的处理含酚废水的处理 实际投氯量必须过量数倍,一般要超出实际投氯量必须过量数倍,一般要超出1010倍左右。倍左右。注意:可能会生产氯酚,避免:超量;更强氧化剂;出水活性炭吸附。注意:可能会生产氯酚,避免:超量;更强氧化剂;出水活性炭吸附。废水脱色废水脱色 氯有较好的脱色效果,可用于印染废水,氯有较好的脱色效果,可用于印染废水,TNTTNT废水脱色。脱色废水脱色。脱色效果与效果与pHpH值以及投氯方式有关。值以及投氯方式有关。随着污水不断流入,投氯池水位不断升高。当水位上升到预定高度时,真空泵开始工作,抽去虹吸管中的空气,随着污水不断流入,投氯池水位不断升高。当水位上升到预定高度时,真空
25、泵开始工作,抽去虹吸管中的空气,产生虹吸作用。污水由投氯池流入接触池,氧化一定时间之后,达到预定处理效果,再排放。当投氯池水位降产生虹吸作用。污水由投氯池流入接触池,氧化一定时间之后,达到预定处理效果,再排放。当投氯池水位降低到预定位置、空气进入虹吸管,真空泵停,虹吸作用破坏,水电磁阀和氯电磁阀自动开启,加氯机开始工作。低到预定位置、空气进入虹吸管,真空泵停,虹吸作用破坏,水电磁阀和氯电磁阀自动开启,加氯机开始工作。当加氯到预定时间时,时间继电器自动指示,先后关闭氯、水电磁阀。如此往复工作,可以实现按污水流量成当加氯到预定时间时,时间继电器自动指示,先后关闭氯、水电磁阀。如此往复工作,可以实现
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 氧化 还原法
限制150内