污水的化學(xué)和物理化學(xué)處理PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1污水的化學(xué)和物理化學(xué)處理污水的化學(xué)和物理化學(xué)處理一、化學(xué)法1.1 化學(xué)氧化法 水處理中常用的氧化劑包括氯氣（Cl2）、二氧化氯（ClO2）、過氧化氫（H2O2）、臭氧（O3）、羥基自由基（HO）。氧化劑在水溶液中的氧化電位：HO（3.06V） O3（2.07V）H2O2（1.77V）ClO2（1.5V）Cl2（1.36V）第1頁/共75頁（1）氯氣的氧化原理1.1.1 氯氣（Cl2）第2頁/共75頁（2）氯氣的氧化作用u 消毒 氯氣的消毒作用主要取決于次氯酸。（1）次氯酸分子體積小，不荷電，易吸附于細(xì)菌表面；（2）氧化性強(qiáng)，能破壞細(xì)胞膜，使蛋白質(zhì)、RNA和DNA等物質(zhì)釋出，并影響多種酶

2、系統(tǒng)(主要是磷酸葡萄糖脫氫酶的巰基被氧化破壞)，從而使細(xì)菌死亡。（3）次氯酸對病毒的作用，在于對核酸的致死性損害。（4） 對細(xì)菌的殺滅能力而言在較低的PH值條件下更有效。第3頁/共75頁液氯消毒工藝第4頁/共75頁氯氧化系統(tǒng)第5頁/共75頁氯胺消毒法 當(dāng)水中含有游離氨或有機(jī)氮化合物，CL2可以與其反應(yīng)生成氯胺化合物，氯胺也有殺菌作用，但殺菌速率比次氯酸慢。第6頁/共75頁第7頁/共75頁u 漂白脫色 氯氣溶于水后起主要漂白作用的物質(zhì)是次氯酸。關(guān)于它的作用機(jī)制有兩種解釋：（1）次氯酸不穩(wěn)定，生成氯化氫和新生氧，新生氧的氧化能力很強(qiáng)，能破壞有機(jī)色素分子結(jié)構(gòu)達(dá)到漂白目的。（2）次氯酸通過加成反應(yīng)與色

3、素分子結(jié)構(gòu)中雙鍵結(jié)合，使色素變性脫色。（3）次氯酸的漂白是徹底的、不可逆的，有機(jī)色素脫色后不能恢復(fù)原色，可用作棉、麻、紙張等的漂白。第8頁/共75頁u 氯氧化法處理含氰廢水第9頁/共75頁u 氯氧化法處理含酚廢水第10頁/共75頁1.1.2 二氧化氯（ClO2） ClO2分子結(jié)構(gòu)外層存在一個(gè)未成對電子-活潑自由基，具有很強(qiáng)的氧化作用。 ClO2 在水中幾乎100%分子狀態(tài)存在。 ClO2及易透過細(xì)胞膜，滲入細(xì)菌及其他微生物細(xì)胞內(nèi)，與細(xì)菌及其它微生物蛋白質(zhì)中的部分氨基酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使氨基酸分解破壞，進(jìn)而控制微生物蛋白質(zhì)合成，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡。ClO2對Fe2+、S2-、CN-等具有較強(qiáng)的氧

4、化能力。第11頁/共75頁1.1.3 過氧化氫（H2O2） 過氧化氫是1818年由法國化學(xué)家J.H.Thenard發(fā)現(xiàn)，它可以和水以任意比例混合，水溶液又稱雙氧水。雙氧水主要用于紡織品、紙漿漂白，設(shè)備除垢，管道清洗以及用作除藻劑等。 過氧化氫作為氧化劑使用具有以下優(yōu)點(diǎn)：a、產(chǎn)品穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)每年活性氧的損失低于1%；b、安全，沒有腐蝕性，能較容易地處理液體，設(shè)備簡單；c、與水完全混溶，避免了溶解度的限制；d、無二次污染，能滿足環(huán)保排放要求；e、氧化選擇性高。第12頁/共75頁（1） 漂白脫色原理 早期理論認(rèn)為：雙氧水分解產(chǎn)生的原子態(tài)氧可與織物上的色素作用，達(dá)到漂白目的。而實(shí)驗(yàn)證明，在強(qiáng)堿、高溫條

5、件下，原子態(tài)氧能氧化纖維素、造成織物損傷，而漂白作用沒有確切證據(jù)。 1952年Wood和Richard根據(jù)雙氧水和有機(jī)過氧化物可以產(chǎn)生游離基的事實(shí)，提出了游離基學(xué)說。 在電子供體和堿存在條件下，游離基易于形成。堿和電子供體起催化作用，降低反應(yīng)的活化能。HO能破壞木素的發(fā)色基松柏醛基，使其失去發(fā)色功能第13頁/共75頁（2） 氧化硫化物和氰化物 在處理硫化氫等硫化物時(shí)，在pH形成MmNn沉淀11時(shí)，沉淀溶解。第54頁/共75頁（2）硫化物沉淀法 硫化物沉淀法常用的沉淀劑有H2S、Na2S、K2S等。第55頁/共75頁（3）碳酸鹽沉淀法水的化學(xué)軟化石灰法石灰純堿法第56頁/共75頁（4）鋇鹽沉淀法

6、 用較難溶的物質(zhì)作為沉淀劑去除能構(gòu)成更難溶物質(zhì)的離子。例如，難溶鹽CaSO4的溶度積為2.4510-5，BaSO4的溶度積為0.8710-10，可以用CaSO4作為沉淀劑，沉淀Ba2+。（5）鹵化物沉淀法（6）氟化物沉淀法第57頁/共75頁1.3 化學(xué)還原法 向廢水中投加還原劑，使廢水中的有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒的或毒性小的新物質(zhì)的方法稱為還原法。常用的還原劑有：亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、焦亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、硫酸亞鐵、二氧化硫、水合肼、鐵屑、鐵粉等。（1）亞硫酸鹽還原法第58頁/共75頁（2）硫酸亞鐵還原法（3）水合肼還原法 在中性或微堿性條件下，水合肼能迅速地還原六價(jià)鉻并生成 氫氧化鉻沉淀。第

7、59頁/共75頁1.4 離子交換法 離子交換法是水處理中軟化和除鹽的主要方法之一。離子交換的實(shí)質(zhì)是不溶性離子化合物上的交換離子與溶液中的其他同性離子的交換反應(yīng)，屬于可逆性化學(xué)吸附。水處理中常用的離子交換劑為磺化煤和離子交換樹脂。 離子交換樹脂是人工合成的高分子聚合物，由樹脂本體和活性基團(tuán)兩部分組成。樹脂本體不是離子化合物，無離子交換能力?；钚曰鶊F(tuán)由固定離子和活動(dòng)離子組成，兩者電性相反，通過靜電引力結(jié)合在一起。第60頁/共75頁u 離子交換樹脂的分類陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂含有胺羧基團(tuán)的螯合樹脂兩性樹脂氧化還原樹脂第61頁/共75頁u 離子交換樹脂的制備第62頁/共75頁第63頁/共75頁u

8、 離子交換樹脂的工作原理陽離子交換樹脂對陽離子的吸收具有選擇性第64頁/共75頁陰離子交換樹脂對陰離子的吸收具有選擇性第65頁/共75頁u 離子交換樹脂工藝離子交換器第66頁/共75頁第67頁/共75頁二、物理化學(xué)法2.1 電化學(xué)-內(nèi)電解法 內(nèi)電解法是利用廢水中的有些組分在有導(dǎo)電介質(zhì)存在時(shí)，自發(fā)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)兼有絮凝、吸附、共沉淀等綜合作用的一種廢水處理方法。內(nèi)電解法所用材料主要為鐵粉、鐵屑或鐵碳，也被稱為金屬鐵還原法。 實(shí)際應(yīng)用中金屬鐵中含有雜質(zhì)碳，再加上材料表面比較粗糙，有利于形成腐蝕電池。其電極反應(yīng)為：陽極（Fe）Fe - 2e- Fe2+Fe2+3OH-e- Fe(OH)3Fe2

9、+2H2O Fe(OH)2+2H+Fe2+2OH- Fe(OH)2陰極（碳）2H + 2e- 2H H2O2+4H+4e- 2H2O第68頁/共75頁 在電極反應(yīng)基礎(chǔ)上，金屬鐵還原法降解水中污染物的機(jī)理包括：（1）鐵的還原作用 鐵是活潑金屬，在酸性條件下可將一些重金屬離子和有機(jī)物還原。（2）Fe(OH)2的還原作用 Fe(OH)2對硝基、亞硝基及偶氮化合物具有強(qiáng)烈的還原作用，可將硝基苯類化合物還原成苯胺類化合物。（3）氫的還原作用 新生態(tài)氫H具有較強(qiáng)的還原作用，能與廢水中許多組分發(fā)生還原反應(yīng)，破壞發(fā)色、助色基團(tuán)結(jié)構(gòu)，使偶氮鍵斷裂，硝基化合物還原為氨基化合物。第69頁/共75頁 所謂超臨界，是指

10、物質(zhì)的一種特殊流體狀態(tài)。當(dāng)把處于氣液平衡的物質(zhì)升溫、升壓時(shí)，熱膨脹引起液體密度減少，而壓力的升高又使氣液兩相的相界面消失，成為均相系統(tǒng)，這一點(diǎn)就是臨界點(diǎn)。當(dāng)物質(zhì)的溫度、壓力分別高于臨界溫度和臨界壓力時(shí)就處于超臨界狀態(tài)。2.2 超臨界水氧化法 超臨界水是指在溫度和壓力分別超過臨界狀態(tài)溫度374和臨界壓力22.5MPa時(shí)水處于超臨界狀態(tài)。第70頁/共75頁 超臨界水具有特殊的溶解性，易改變的密度，較低的黏度，較低的表面張力和較高的擴(kuò)度、電導(dǎo)率、離子積以及各種物質(zhì)在其中溶解度等值可散性。 （1）用超臨界水氧化處理氧化有機(jī)廢物使本來發(fā)生在液相或固相有機(jī)廢物和氣相氧化之間的多相反應(yīng)轉(zhuǎn)化為在超臨界水中的單

11、相氧化反應(yīng)；（2）在超臨界水中溶解度很低的鹽類和無機(jī)物使得反應(yīng)過程中氧化反應(yīng)的分離步驟變得容易；（3）有機(jī)組分在適當(dāng)?shù)臏囟?、壓力和一定時(shí)間內(nèi)能夠被完全氧化成CO2、H2O和N2。第71頁/共75頁2.3 超聲波法 超聲波由一系列疏密相間的縱波構(gòu)成，并通過液化介質(zhì)向四周傳播，當(dāng)聲能足夠高時(shí)，在疏松的半周期內(nèi)，形成空化核，空化核的壽命約0.1s，它在爆炸的瞬間可以產(chǎn)生大約4000k和100MPa的局部高溫高壓，并產(chǎn)生速度約110m/s，具有強(qiáng)烈沖擊力的微射流，這種現(xiàn)象稱為超聲空化。 這些條件足以使得有機(jī)物在空化氣泡內(nèi)發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解或自由基反應(yīng)，包括鹵代脂肪烴、單環(huán)和多環(huán)芳烴及酚類物質(zhì)等都能被超聲波降解。 超聲波的頻率是影響有機(jī)物降解的主要因素。第72頁/共75頁2.4 輻射法 輻射法技術(shù)的反應(yīng)機(jī)理，是當(dāng)射線或高能電子束射入水溶液中，水分子就會(huì)被電離或激發(fā)而形成離子，激發(fā)態(tài)分子等（此過程發(fā)生在10-1210-6），接著這些輻射產(chǎn)物向周圍介質(zhì)擴(kuò)散一部分會(huì)與其他離子復(fù)合生成分子或次級輻射產(chǎn)物，另一部分?jǐn)U散到周圍水溶液中，可自然反應(yīng)