氧化（还原）性废水预处理技术（水污染防治）

氧化(还原)性废水预处理技术

氧化还原技术氧化还原是转化废水中的污染物的有效方法。废水中的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，或者转化成为容易与水分离的形态，从而达到分离的目的。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。氧化还原法基本原理对于无机物，氧化还原反应的实质是元素（原子或离子）失去或得到电子。反应中，得到电子的物质称为氧化剂，本身被还原；失去电子的物质称为还原剂，反应中本身被氧化。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。

简单无机物的化学氧化还原过程

氧化还原法基本原理由于涉及共价键，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。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。例如：甲烷的降解历程如下：有机物的氧化还原过程氧化还原法基本原理因此，实际上，化学反应过程中，凡是加入氧或脱氢的反应称为氧化反应；而加入了氢或脱氧的反应称为还原反应。碳氢化合物氧化最终产物一般为CO2和H2O含氮有机物还产生NH3、NO2、N2等含硫有机物还产生SO42-含磷有机物还产生PO43-氧化还原法基本原理经验表明: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)下可以氧化饱和烃类、卤代烃类、合成高分子聚合物等难以氧化。

氧化还原法常用于处理含有毒有害物质或难生物降解的有机物的废水。各类有机物的可氧化性一、化学氧化法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。

各类有机物的可氧化性（1）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。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。

各类有机物的可氧化性(2)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/LFe2+，仅需O.143mg／LO2。

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。各类有机物的可氧化性研究指出，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。各类有机物的可氧化性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。滤料粒径一般用0.6～2mm，滤层厚度0.7～1.0m，滤速10～20m/h。适用于Fe2+＜10mg/L，Mn2+＜1.5mg/L，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。各类有机物的可氧化性(3)工业废水脱硫硫(Ⅱ)在废水中以S2－、HS-、H2S的形式存在。

各种硫的标准电极电位如下：酸性溶液碱性溶液

在酸性溶液中，各电对具有较弱的氧化能力；在碱性溶液中，各电对具有较强的还原能力。各类有机物的可氧化性利用分子氧氧化硫化物——碱性条件较好，向废水中注入空气和蒸汽(加热)，硫化物按下式转化为无毒的硫代硫酸盐或硫酸盐。氧化过程:

氧与硫化物的反应在80～90℃下按如下反应式进行：第一步第二步(3)工业废水脱硫各类有机物的可氧化性空气氧化法处理含硫废水工艺流程含硫废水经隔油沉渣后与压缩空气及水蒸气混合，升温至80～90℃，进入氧化塔，塔径一般不大于2.5m，分四段，每段高3m。每段进口处设喷嘴，雾化进料，塔内气水体积比不小于15。废水在塔内平均停留时间l.5～2.5h。各类有机物的可氧化性废水中的某些金属离子在高价态时毒性很大，可用化学还原法将其还原为低价态后分离除去。常用的还原剂有下列几类。①某些电极电位较低的金属，如铁屑、锌粉等。反应后：②某些带负电的离子，如NaBH4中的B5+，反应后：③某些带正电的离子，如FeSO4或FeCl2中的Fe2+，反应后：二、化学还原法各类有机物的可氧化性（1）还原除铬还原除铬通常包括二步。首先，废水中的Cr2O72-在酸性条件下(pH＜4为宜＝与还原剂反应生成Cr2(SO4)3，再加碱(石灰)生成Cr(OH)3沉淀，在pH＝8～9时，Cr(OH)3的溶解度最小。亚硫酸－石灰法的反应式如下：各类有机物的可氧化性铁屑过滤除铬工业上也采用铁屑(或锌屑)过滤除铬。含铬的酸性废水(控制进水pH4～5)进入充填铁屑的滤柱，铁放出电子，产生Fe2+，将Cr6+还原为Cr3+，随着反应的不断进行，水中消耗了大量的H+，使OH-离子浓度增高，当其达到一定浓度时，与Cr3+反应生成Cr(OH)3，少量Fe3+生成Fe(OH)3，后者具有凝聚作用。将Cr(OH)3吸附凝聚在一起，并截留在铁屑孔隙中。通常滤柱内装铁屑高1.5m，采用滤速3m/h。各类有机物的可氧化性（2）还原法除汞处理方法是将Hg2+还原为Hg，加以分离和回收。采用的还原剂为比汞活泼的金属(铁屑、锌粒、铅