氧化還原法

氧化還原法原理

氧化還原法：通過氧化還原反應將廢水中的溶解性污染物質(zhì)去除的方法。 化學反應中，失去電子的過程叫氧化，失去電子的物質(zhì)稱還原劑，在反應中被氧化，得到電子的過程叫還原，而得到電子的物質(zhì)叫氧化劑，在反應中被還原。每個物質(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。

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、過氧化氫和 電解槽的陽極等。

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、油類以及對廢水進行脫色、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)，對水中有機物有強烈的氧化降 解作用，還有強烈的消毒殺菌作用。

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裝置

廢水的臭氧處理是在接觸反應器中進行，為了使臭氧與水中充分反應，應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，以強化傳質(zhì)過程。常用的臭氧化空氣投加設(shè)備有多孔擴散器、乳化 攪拌器、射流器等。

(2)臭氧處理工藝設(shè)計

設(shè)計內(nèi)容主要有兩方面：一是臭氧發(fā)生器型號和臺數(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，二是臭氧布氣裝置和接觸反應池容積的確定，確定的依據(jù)是布氣裝置 性能和接觸反應時間，一般為5～10 分鐘。

(3)臭氧在廢水處理中的應用發(fā)展很快，近年來，隨著一般公共用水污染日益嚴重，要求進行深度處理，國 際上再次出現(xiàn)了以臭氧作為氧化劑的趨勢。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

優(yōu)點：氧化能力強，對脫色、除臭、殺菌、去除有機物和無機物等效果，無二次污染，制備臭氧只用空氣 和電能，操作管理方便;

缺點：投資大，運行費用高。

3、過氧化氫氧化法

過氧化氫價格較高，單獨使用時氧化反應過程過于緩慢，所以目前多利用投加催化劑的方法以促進氧化過 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。過氧化氫與二價鐵離子作用，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氧化法難于氧化的有機物氧化 分解。

4、光氧化法

目前由光分解和化學分解組合成的光催化氧化法已成為廢水處理領(lǐng)域中的一項重要技術(shù)。常用光源為紫外 光，常用氧化劑有臭氧和過氧化氫等。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、酚類、醛類、硝基苯、農(nóng)藥和腐殖酸等有機物以及細菌和病毒等，而且在處理過 程中不會產(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，將廢水中的有機物轉(zhuǎn)化 為二氧化碳和水的過程稱為濕式氧化法。

(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 當溫度大于150℃時，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。濕式氧化過程主要 有兩個過程：空氣中的氧從氣相到液相的傳質(zhì)過程以及溶解氧與基質(zhì)之間的化學反應。

(2)濕式氧化法的應用

目前，濕式氧化法主要應用在兩大方面：一是進行高濃度難降解有機廢水生化處理的預處理，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

濕式氧化法由于系統(tǒng)設(shè)備復雜，投資大，操作管理難和運行費用高等原因而未能廣泛應用。

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程中，因陰極與電源負極相連，放出電子， 廢水中的陽離子則在陰極上得到電子而被還原，陽極與電源正極相連，得到電子，廢水中的陰離子則在陽 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，生成了新的物質(zhì)，新的 物質(zhì)則過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

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

(3)電解法在廢水處理中的應用

利用廢水中物質(zhì)通過電解后能沉積在電極表面的特點，處理貴重金屬廢水，同時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)通過電解后能沉積于水中的特點，處理重金屬有 毒廢水，此時，一般以鐵、鋁為電極，極板溶解下來的鐵、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)通過電解后生成氣體的特點，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，一般采石墨作為電極，當不加食鹽電解質(zhì)時，CN-首先在陽極被氧化 為CNO-，然后CNO-再被氧化為無毒的二氧化碳和氮氣，同時也有部分CNO-轉(zhuǎn)化為氨離子。若投加食鹽 后，不但增加了廢水的導電性，降低了電解電壓，電解反應也發(fā)生了變化，首先水中的氯離子被氧化為具 強氧化性的游離性氯，然后游離性氯再將CN-和CNO-氧化為無毒的二氧化碳和氮氣，從而加速了電解反應。

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