水污染控制工程2

第七章氧化复原与消毒

Oxidation-reductionandDisinfection氧化复原根底·氧化法复原法·电解法消毒一、氧化复原的根底氧化复原法氧化过程复原过程复原剂氧化剂氧化剂＋复原剂复原剂1＋氧化剂1氧化复原才干规范氧化复原电位E0反响能否进展的判别目的：E0反响＝E0复原反响－E0氧化反响能斯特方程

E＝E0＋〔RT/nF〕ln[氧化态]/[复原态]R:气体常数；T：绝对温度F：法拉第常数；n：反响中转移的电子数有机物氧化：加氧或去氢反响，或生成CO2，H2O复原：加氢或去氧反响二、氧化复原法分类三、氧化法氯氧化法氯在水中水解Cl2＋H2OHOCl＋HClHOClH++OCl-pH>9时，OCl-接近100％OCl-的规范氧化复原电位1.2V主要用途氰化物、硫化物、酚、醛、油类的氧化去除以及脱色、脱臭、杀菌等工艺部分氧化法完全氧化法部分氧化法反响方程式CN－＋OCl－＋H2O→CNCl〔有毒〕＋2OH－CNCl＋2OH－→CNO－〔毒性小〕＋Cl－＋H2O反响条件pH12－13，时间：10－15min完全氧化法反响方程式2NaCNO+3HOCl+H2O→2CO2+N2+2NaCl+HCl+H2O2CNCl+2HOCl+H2O=2CO2+N2+5HCl反响条件pH6－7，思索重金属氢氧化物的沉淀去除，pH可为7.5－8，时间：30min工艺流程部分氧化完全氧化臭氧氧化法臭氧的物理化学性质氧化才干氧化复原电位与pH有关，在酸性溶液中为2.07V，在碱性溶液中为1.24V。在水中的溶解度3－7mg/L〔25C〕。臭氧化空气中臭氧只占0.6-1.2%。臭氧的分解臭氧的毒性与腐蚀性任务场所规定的最大允许浓度为0.1mg/L。臭氧的制备方法无声放电法、放射法、紫外线辐射法、等离子法和电解法等。无声放电原理在放电高速电子流的轰击下，O22O3OO3或O＋O2O3氧气消费臭氧的总反响式：3O22O3----288.9kJ〔或144.4kJ/mol-O3〕每消费1kgO3需求耗费0.836kWh实践电耗：15－20kWh/kg-O3无声放电臭氧发生器构造板式极、管式极影响要素电压臭氧产量与电压的二次方成正比；交流电频率交流电的频率放电次数臭氧的产量放电间隙放电间隙越容易放电，所需的电压耗电量。管式普通2－3.5mm。尾气的净化臭氧接触反响设备应根据臭氧处置的对象，选用不同的接触反响设备。气泡式化学反响控制的气－液接触反响设备。我国运用最多。多孔分散外表曝气式塔板式水膜式受传质控制，内填有拉西环填料。水滴式受传质控制。尾气处置活性炭法2C+O3CO2+CO+(293～335)kJ/mol-O3药剂法熄灭法臭氧废水处置系统的设计P501～503在水处置中的运用氧化无机物二价铁、锰的氧化、氰化物的氧化

氧化有机物氧化许多有机物，脱色，除味，杀菌，除藻等，氧化才干强。改善一些难降解有机物的可生化性。印染废水：破坏发色基团；微污染水源水净化污染物原水含量臭氧投量处置水含量(g/L)〔mg/L〕(g/L)3,4-苯并(a)芘3.31.710茚并芘3.20.640作为消毒剂运用臭氧氧化法的优缺陷优点氧化才干强无二次污染操作管理方便不产生污泥缺陷造价高运转本钱高高级氧化〔Advancedoxidationprocesses,AOPs〕涉及到羟基自在基的氧化过程称为高级氧化流程。羟基自在基氧化复原电位：2.8V。特点几乎对一切的有机物都能氧化。分类多相光催化：TiO2/UV基于O3的催化氧化：O3/UV,O3/H2O2,O3/H2O2/UV例:O3/UVO3+UV(<310nm)O2+O(1D)O(1D)+H2OHO+HO(inwetair)O(1D)+H2OHO+HOH2O2(inwater)超临界水氧化技术超临界流体及其特性临界点〔Criticalpoint〕汽液两相的相界面消逝，成为一均相体系，这一点即为临界点。当物质的温度和压力分别高于临界温度和临界压力时就处于超临界形状。超临界流体的特性分散系数比普通液体高10～100倍，有利于传质和热交换；可紧缩性，温度或压力较小的变化可引起超临界流体的密度发生较大变化。超临界水及其特性温度的微小变化将引起临界水的密度大大减少，;水在超临界形状时的介电常数为1.51，超临界水表现出更近似于非极性有机化合物。超临界水氧化原理有机化合物＋O2乙酸CO2+H2O有机化合物中的杂原子酸、盐、氧化物酸+NaOH无机盐其他氧化法空气氧化运用：低浓度含硫废水处置2HS-+2O2→S2O32-+H2O2S2-+2O2+H2O→S2O32-+2OH-S2O32-+2O2+2OH-→2SO42-+H2O光氧化法Cl2+H2OHOCl+HCl

HOCl→HCl+[O]〔光源〕[H·C]+[O]→H2O+CO2〔光源〕处置流程三、复原法药剂复原法运用：处置含汞、含铬和含铜废水。含铬废水处置2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2OCr2O72-+2OH-2Cr2O42-+2H2O要求：pH<4常用的复原剂：亚硫酸盐、硫酸亚铁、水合肼、铁屑铁粉等。Fe+2H+→Fe2++H2Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O(Fe+Hg2+→Fe2++Hg)工艺流程槽外集中处置槽内处置〔化学漂洗〕四、电解法概述电解与电解法法拉第电解定律G=EQ/F=EIT/F分解电压影响要素作用原理电解槽阳极与电源正极衔接，传电子给电源―氧化作用，直接氧化有机物OH－O2，氧化作用Cl―Cl2，氧化作用

电解槽的阴极与电源负极衔接，从电源接纳电子―复原作用，复原有机物H＋H2〔很强的复原作用〕电凝聚如用铁或铝板作阳极铁或铝离子经水解生成羟基络合物电解气浮阳极O2阴极H2，微气泡产生的气浮安装构造回流式翻腾式单极性双极性运用处置含铬或含氰废水。处置染料废水、印染废水。例：处置含铬废水阳极采用铁电极：Fe2+在酸性条件下，可将废水中的6价铬复原成3价铬：Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2OCrO42-+3Fe2++8H+Cr3++4H2O阴极废水中的6价铬直接被复原成3价铬。Cr2O72-+6e+14H+2Cr3++7H2OCrO42-+3e+8H+Cr3++4H2O同时2H++2eH2氢氧化物的构成沉淀Cr3++3OH-Cr(OH)3Fe3++3OH-Fe(OH)3主要影响要素能够存在的问题OH--4e→2H2O+O23Fe+2O2→Fe2O3+FeO即8OH-+3Fe-8e→Fe2O3·FeO+4H2O阳极钝化景象措施？工艺流程五、消毒(disinfection)概述消毒定义评价目的生活饮用水卫生规范，卫生部,2001.6细菌总数：<100个/mL总大肠菌群：每100mL水样中不得检出粪大肠菌群：每100mL水样中不得检出消毒简史消毒方法消毒机理氯消毒氯消毒原理在清水中Cl2+H2OHOCl+H++Cl-HOClH++OCl-消毒主要依托哪种形状？假设有氨存在NH3+HOClNH2Cl+H2ONH2Cl+HOClNHCl2+H2ONHCl2+HOClNCl3+H2O氯氨的消毒依托什么？哪种形状的氯氨消毒效果好？消毒动力学接触时间的影响Chick定律:在一定消毒剂的浓度下-dN/dt＝kNN：t时辰活的微生物数目；k：反响速率常数；浓度的影响在给定的灭活率条件下，在log-log坐标上，作C和t之间的关系，可求得nn=1浓度和时间都同等影响n>1浓度影响大n<1时间影响大

在普通情况下，可以视n=1。

CT值作为消毒剂消毒才干的判别目的。加氯量加氯量＝需氯量＋余氯需氯量与余氯的关系清水有机物较少，且主要不是游离氨和含氮化合物有机物主要是氨和含氮化合物OA段水中杂质把氯耗费光。AH段氯与氨反响，有余氯存在，有一定消毒效果，但余氯为化合性氯，其主要成分是一氯氨。HB段依然是化合性余氯，加氯量继续添加，氯氨被氧化成不起消毒作用的化合物，余氯反而减少。BC段B点以后，出现自在性余氯。加氯量超越折点需求量：折点氯化要求当原水游离氨<0.3mg/L时→加氯量控制在折点后当原水游离氨>0.5mg/L时→加氯量控制在峰点前加氯点滤后加氯滤前加氯〔预氯化〕―混凝剂投加时加氯，提高混凝效果。管网中途加氯。加氯设备与工艺加氯设备加氯机投加液氯氯瓶能够的问题？加氯工艺氯化消毒副产物三卤甲烷我国新规范规定了三卤甲烷(THMs)浓度，包括：氯仿、溴仿、二溴一氯甲烷和一溴二氯甲烷四种物质。

1993年，美国消毒剂－消毒副产物方案中建议：THMs80g/L，卤乙酸〔HAAS〕：1997年低于60g/L2000年低于30g/L。其它消毒法氯氨消毒作用缓慢，杀菌才干比自在氯弱。优点水中含有有机物和酚时，氯氨消毒不会产生氯臭和氯酚臭，大大减少了THMs的产生，能坚持水中余氯较久。氨的投加氯和氨的投加量普通采用氯：氨＝3：1～6：1氯和氨的投加顺序普通先加氨，再加氯。管网较长时漂白粉消毒CaOCl2有效氯30%Ca(OCl)2有效氯60%消毒原理与氯气一样二氧化氯消毒特性刺激性溶解度不稳定制取方法亚氯酸钠和氯制取Cl2+H2O→HOCl+HClHOCl+HCl+2NaClO2→2ClO2+2NaCl+H2O

用酸与亚氯酸钠制取5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O10NaClO2+5H2SO4→8ClO2+5Na2SO4+4H2O制备过程中应留意的问题特点对细菌的细胞具有较强的吸附和穿透才干，灭活才干强。不会与水中有机物作用生成有机氯化物。ClO2不水解，消毒受pH影响较小。ClO2余量能在管网中坚持很长的时间。能去除或降低水的色度等问题ClO2本身和副产物ClO2－对人体血