第六章 化学氧化还原.ppt

第六章化学氧化还原
第一节概述
第二节化学氧化法
第三节化学还原法
第四节电解
第一节概述
化学氧化还原是转化废水中污染物的有效方法。废水中呈溶解状态的无机物和有机物,通过化学反应被氧化或还原为微毒、无毒的物质,或者转化成容易与水分离的形态,从而达到处理的目的。
与生物氧化法相比,化学氧化还原法需较高的运行费用。因此,目前化学氧化还原法仅用于饮用水处理、特种工业用水处理、有毒工业废水处理和以回用为目的的废水深度处理等有限场合。
简单无机物的化学氧化还原过程
实质是电子转移。失去电子的元素被氧化,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。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。许多种物质的标准电极电位值可以在化学书中查到。值愈大,物质的氧化性愈强,值愈小,其还原性愈强。
有机物的氧化还原过程
由于涉及共价键,电子的移动情形很复杂。许多反应并不发生电子的直接转移。只是原子周围的电子云密度发生变化。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,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,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。甲烷的降解历程历程如下:
各类有机物的可氧化性
经验表明,酚类、醛类、芳胺类和某些有机硫化物(如硫醇、硫醚)等易于氧化;醇类、酸类、酯类、烷基取代的芳烃化合物(如“三苯”)、硝基取代的芳烃化合物(如硝基苯)、不饱和烃类、碳水化合物等在一定条件(强酸、强碱或催化剂)下可以氧化,而饱和烃类、卤代烃类、合成高分子聚合物等难以氧化。
第二节化学氧化法
去除对象:-、S2-、Fe2+、Mn2+
氧化剂:
采用的氧化剂包括下列几类。
①接受电子后还原成负离子的中性分子,如Cl2、O2、O3。
②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Cl+变为Cl-。
③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MnO4+中的Mn7+变为Mn2+,Fe3+变为Fe2+等。
一、空气氧化
空气氧化法就是把空气鼓入废水中,利用空气中的氧气氧化废水中的污染物。空气氧化法具有以下特点:
①电对O2/O2-的半反应式中有H+或OH-离子参加,因而氧化
还原电位与pH值有关。标准电极电位越大,物质的氧化
性越强。
②在常温常压和中性pH值条件下,分子氧O2为弱氧化剂,
反应性很低,故常用来处理易氧化的污染物。
③提高温度和氧分压,可以增大电极电位;添加催化剂,
可以降低反应活化能,都利于氧化反应的进行。
1、地下水除铁、锰
在缺氧的地下水中常出现二价铁和锰。通过曝气,可以将它们分别氧化为Fe(OH)3和MnO2沉淀物。
除铁的反应式为:
考虑水中的碱度作用,总反应式可写为:
按此式计算,氧化lmg/L Fe2+, O2。
实验表明,上述反应的动力学方程为:
水的碱度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、重碳酸盐及氢氧化物含量的函数。
研究指出,MnO2对Mn2+的氧化具有催化作用。大致历程为
氧化:
吸附:
氧化:
曝气过滤(或称曝气接触氧化)除锰工艺。先将含锰地下水强烈曝气充氧,尽量地散去CO2,提高pH值,再流入天然锰砂或石英砂充填的过滤器,利用接触氧化原理将水中Mn2+氧化成MnO2,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。
地下水除铁锰工艺流程
曝气方式可采用莲蓬头喷淋水、水射器曝气、跌水曝气、空气压缩机充气、曝气塔等。滤器可采用重力式或压力式。~2mm,~,滤速10~20m/h。
为适用于Fe2+<10mg/L,Mn2+<,pH>6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。