2015年環(huán)保工程師考試《基礎(chǔ)知識(shí)》備考：氧化還原法

重點(diǎn)推薦：環(huán)保工程師考試《基礎(chǔ)知識(shí)》備考：氧化還原法

　　氧化還原法原理

　　氧化還原法：通過(guò)氧化還原反應(yīng)將廢水中的溶解性污染物質(zhì)去除的方法。 化學(xué)反應(yīng)中，失去電子的過(guò)程叫氧化，失去電子的物質(zhì)稱(chēng)還原劑，在反應(yīng)中被氧化，得到電子的過(guò)程叫還原，而得到電子的物質(zhì)叫氧化劑，在反應(yīng)中被還原。每個(gè)物質(zhì)都有各自的氧化態(tài)和還原態(tài)，其氧化還原電 位的高低決定了該物質(zhì)的氧化還原能力。 廢水的氧化還原處理法又可分為氧化法和還原法兩類(lèi)。

　　常用的氧化劑：空氣中的氧、純氧、臭氧、氯氣、漂白粉、次氯酸鈉、二氧化氯、三氯化鐵、過(guò)氧化氫和 電解槽的陽(yáng)極等。

　　1、氯氧化法

　　原理：

　　氯氧化法采用氯系氧化劑，如次氯酸鈉、漂白粉和液氯等，主要用于去除廢水中的氰化物、硫化物、酚、 醇、醛、油類(lèi)以及對(duì)廢水進(jìn)行脫色、脫臭、殺菌等處理。

　　2、臭氧氧化法

　　(1)臭氧的特性

　　臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，其氧化能力僅次于氟，比氧、氯及高錳酸鹽等常用的氧化劑都高。在理想的反應(yīng)條 件下，臭氧可以把水溶液中大多數(shù)單質(zhì)和化合物氧化到它們的最高氧化態(tài)，對(duì)水中有機(jī)物有強(qiáng)烈的氧化降 解作用，還有強(qiáng)烈的消毒殺菌作用。

　　臭氧的性質(zhì)主要有： ①不穩(wěn)定性;②溶解性;③毒性;④氧化性;⑤腐蝕性。

　　(1)臭氧氧化的接觸反應(yīng)裝置

　　廢水的臭氧處理是在接觸反應(yīng)器中進(jìn)行，為了使臭氧與水中充分反應(yīng)，應(yīng)盡可能使臭氧化空氣在水中形成 微小氣泡，并采用氣液兩相逆流操作，以強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程。常用的臭氧化空氣投加設(shè)備有多孔擴(kuò)散器、乳化 攪拌器、射流器等。

　　(2)臭氧處理工藝設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有兩方面：一是臭氧發(fā)生器型號(hào)和臺(tái)數(shù)的確定，確定的依據(jù)是臭氧投加量，臭氧化空氣中臭 氧的濃度和臭氧發(fā)生器工作的壓力，二是臭氧布?xì)庋b置和接觸反應(yīng)池容積的確定，確定的依據(jù)是布?xì)庋b置 性能和接觸反應(yīng)時(shí)間，一般為5～10 分鐘。

　　(3)臭氧在廢水處理中的應(yīng)用發(fā)展很快，近年來(lái)，隨著一般公共用水污染日益嚴(yán)重，要求進(jìn)行深度處理，國(guó) 際上再次出現(xiàn)了以臭氧作為氧化劑的趨勢(shì)。臭氧氧化法在水處理中主要是使污染物氧化分解，用于降低 BOD.COD，脫色，除臭、除味、殺菌、殺藻、除鐵、錳、氰、酚等。

　　(4)臭氧氧化法的優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：氧化能力強(qiáng)，對(duì)脫色、除臭、殺菌、去除有機(jī)物和無(wú)機(jī)物等效果，無(wú)二次污染，制備臭氧只用空氣 和電能，操作管理方便;

　　缺點(diǎn)：投資大，運(yùn)行費(fèi)用高。

　　3、過(guò)氧化氫氧化法

　　過(guò)氧化氫價(jià)格較高，單獨(dú)使用時(shí)氧化反應(yīng)過(guò)程過(guò)于緩慢，所以目前多利用投加催化劑的方法以促進(jìn)氧化過(guò) 程。常用的催化劑有硫酸亞鐵、絡(luò)合鐵、銅、錳、天然酶或芬頓試劑等。過(guò)氧化氫與二價(jià)鐵離子作用，能 產(chǎn)生羥基自由基，其氧化能力僅次于氟，能使許多難于生物降解及一般化學(xué)氧化法難于氧化的有機(jī)物氧化 分解。

　　4、光氧化法

　　目前由光分解和化學(xué)分解組合成的光催化氧化法已成為廢水處理領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要技術(shù)。常用光源為紫外 光，常用氧化劑有臭氧和過(guò)氧化氫等。紫外光和臭氧法是光催化氧化法中比較成功的一種，能有效地去除 水中鹵代烴、苯、醇類(lèi)、酚類(lèi)、醛類(lèi)、硝基苯、農(nóng)藥和腐殖酸等有機(jī)物以及細(xì)菌和病毒等，而且在處理過(guò) 程中不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

　　5、濕式氧化法

　　在高溫(150～350℃)和高壓(0.5～20MPa)的操作條件下，以氧氣和空氣作為氧化劑，將廢水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化 為二氧化碳和水的過(guò)程稱(chēng)為濕式氧化法。

　　(1)原理

　　在高溫和高壓下，水及氧氣的物理性質(zhì)都發(fā)生了變化，在100℃以內(nèi)，氧的溶解度隨溫度升高而降低，但 當(dāng)溫度大于150℃時(shí)，氧的溶解隨溫度升高而增大，而且氧在水中的傳質(zhì)系數(shù)也增大。濕式氧化過(guò)程主要 有兩個(gè)過(guò)程：空氣中的氧從氣相到液相的傳質(zhì)過(guò)程以及溶解氧與基質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)。

　　(2)濕式氧化法的應(yīng)用

　　目前，濕式氧化法主要應(yīng)用在兩大方面：一是進(jìn)行高濃度難降解有機(jī)廢水生化處理的預(yù)處理，以提高可生 化性，二是用于處理有毒有害的工業(yè)廢水。

　　(3)特點(diǎn)

　　濕式氧化法由于系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，投資大，操作管理難和運(yùn)行費(fèi)用高等原因而未能廣泛應(yīng)用。

　　6、電解法

　　(1)原理

　　電解法就是利用電解原理處理廢水的方法。在廢水的電解處理過(guò)程中，因陰極與電源負(fù)極相連，放出電子， 廢水中的陽(yáng)離子則在陰極上得到電子而被還原，陽(yáng)極與電源正極相連，得到電子，廢水中的陰離子則在陽(yáng) 極上失去電子而被氧化。因此，廢水中的有害物質(zhì)在電極上發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，生成了新的物質(zhì)，新的 物質(zhì)則過(guò)沉積在電極表面或沉淀于水中或轉(zhuǎn)化為氣體而被去除。

　　(2)法拉第電解定律

　　電流通過(guò)電解質(zhì)溶液時(shí)，在電極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的量與通過(guò)的電量成正比，在電極上析出或溶解 1mol 的任何物質(zhì)時(shí)，都需要96500 庫(kù)侖的電量，這就是法拉第電解定律。

　　(3)電解法在廢水處理中的應(yīng)用

　　利用廢水中物質(zhì)通過(guò)電解后能沉積在電極表面的特點(diǎn)，處理貴重金屬?gòu)U水，同時(shí)又能回收純度較高的貴重 金屬，如含銀、含汞廢水的電解處理。利用廢水中的物質(zhì)通過(guò)電解后能沉積于水中的特點(diǎn)，處理重金屬有 毒廢水，此時(shí)，一般以鐵、鋁為電極，極板溶解下來(lái)的鐵、鋁離子兼有混凝作用，有助于沉淀分離，如含 鉻廢水的電解處理。利用廢水中物質(zhì)通過(guò)電解后生成氣體的特點(diǎn)，處理非金屬有毒廢水，如含氰、含酚廢 水的處理。電解法處理含氰廢水時(shí)，一般采石墨作為電極，當(dāng)不加食鹽電解質(zhì)時(shí)，CN-首先在陽(yáng)極被氧化 為CNO-，然后CNO-再被氧化為無(wú)毒的二氧化碳和氮?dú)?，同時(shí)也有部分CNO-轉(zhuǎn)化為氨離子。若投加食鹽 后，不但增加了廢水的導(dǎo)電性，降低了電解電壓，電解反應(yīng)也發(fā)生了變化，首先水中的氯離子被氧化為具 強(qiáng)氧化性的游離性氯，然后游離性氯再將CN-和CNO-氧化為無(wú)毒的二氧化碳和氮?dú)?，從而加速了電解反?yīng)。

　　(4)電解槽的結(jié)構(gòu)形式和極板

　　電解槽多采用矩形，槽內(nèi)水流為折流式，有回流式和翻騰式兩種布置形式，其中水流在水平方向折流的稱(chēng) 為回流式，水流在上下方向折流的為翻騰式?；亓魇剿鞒涕L(zhǎng)，容積利用率高，但施工和檢修困難。翻騰 式的極板為懸掛式，可減少漏電現(xiàn)象發(fā)生。在工程應(yīng)用中，應(yīng)定期倒換電極，以減少電極鈍化，保證電解 反應(yīng)正常進(jìn)行，倒換時(shí)間與廢水性質(zhì)有關(guān)，應(yīng)由試驗(yàn)確定。

　　(5)微電解

　　目前在廢水處理中也采用微電解，與電解的區(qū)別是工藝過(guò)程中不需要外接電源。原理是，鐵和碳在廢水中 形成無(wú)數(shù)個(gè)微電池，鐵是陽(yáng)極,碳是陰極，在酸性條件下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而去除部分COD

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