廢水處理工程課件

化學(xué)氧化法處理設(shè)備化學(xué)氧化法基本理論化學(xué)氧化法是利用氧化劑氧化分解污水中污染物質(zhì)以達(dá)到凈化污水的一種方法。用于處理最多的是臭氧,過(guò)氧化氫，二氧化氯，高錳酸根，氯，次氯酸，還有空氣中的氧氣，這些氧化劑可以在不同情況下用于各種污水進(jìn)行氧化處理。通過(guò)化學(xué)氧化，可以使污水中的溶解性無(wú)機(jī)或有機(jī)物氧化分解，從而降低污水中的和，或是污水中的有毒物質(zhì)無(wú)害化?；瘜W(xué)氧化還原第一節(jié)概述第二節(jié)化學(xué)氧化法第三節(jié)化學(xué)還原法第四節(jié)電解

一、概述化學(xué)氧化還原是轉(zhuǎn)化廢水中污染物的有效方法。廢水中呈溶解狀態(tài)的無(wú)機(jī)物和有機(jī)物，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)被氧化或還原為微毒、無(wú)毒的物質(zhì)，或者轉(zhuǎn)化成容易與水分離的形態(tài)，從而達(dá)到處理的目的。與生物氧化法相比，化學(xué)氧化還原法需較高的運(yùn)行費(fèi)用。因此，目前化學(xué)氧化還原法僅用于飲用水處理、特種工業(yè)用水處理、有毒工業(yè)廢水處理和以回用為目的的廢水深度處理等有限場(chǎng)合。簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物的化學(xué)氧化還原過(guò)程實(shí)質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移。失去電子的元素被氧化，是還原劑；得到電子的元素被還原，是氧化劑。在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中，氧化和還原是同時(shí)發(fā)生的，某一元素失去電子，必定有另一元素得到電子。氧化劑的氧化能力和還原劑的還原能力是相對(duì)的，其強(qiáng)度可以用相應(yīng)的氧化還原電位的數(shù)值來(lái)比較。許多種物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位值可以在化學(xué)書(shū)中查到。值愈大，物質(zhì)的氧化性愈強(qiáng)，值愈小，其還原性愈強(qiáng)。有機(jī)物的氧化還原過(guò)程由于涉及共價(jià)鍵，電子的移動(dòng)情形很復(fù)雜。許多反應(yīng)并不發(fā)生電子的直接轉(zhuǎn)移。只是原子周圍的電子云密度發(fā)生變化。目前還沒(méi)有建立電子云密度變化與氧化還原反應(yīng)的方向和程度之間的定量關(guān)系。因此，在實(shí)際上，凡是加氧或脫氫的反應(yīng)稱為氧化，而加氫或脫氧的反應(yīng)則稱為還原，凡是與強(qiáng)氧化劑作用使有機(jī)物分解成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物的反應(yīng)，可判斷為氧化反應(yīng)。甲烷的降解歷程歷程如下：各類有機(jī)物的可氧化性經(jīng)驗(yàn)表明，酚類、醛類、芳胺類和某些有機(jī)硫化物(如硫醇、硫醚)等易于氧化；醇類、酸類、酯類、烷基取代的芳烴化合物(如“三苯”)、硝基取代的芳烴化合物(如硝基苯)、不飽和烴類、碳水化合物等在一定條件(強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或催化劑)下可以氧化，而飽和烴類、鹵代烴類、合成高分子聚合物等難以氧化。二、化學(xué)氧化法采用的氧化劑包括下列幾類。①接受電子后還原成負(fù)離子的中性分子，如2、O2、O3。②帶正電荷的離子，接受電子后還原成負(fù)離子，如漂白粉的次氯酸根中的變?yōu)?。③帶正電荷的離子，接受電子后還原成帶較低正電荷的離子，如4+中的7+變?yōu)?+，3+變?yōu)?+等。（一）空氣氧化空氣氧化法就是把空氣鼓入廢水中，利用空氣中的氧氣氧化廢水中的污染物?？諝庋趸ň哂幸韵绿攸c(diǎn)：①電對(duì)O22-的半反應(yīng)式中有或離子參加，因而氧化還原電位與值有關(guān)。②在常溫常壓和中性值條件下，分子氧O2為弱氧化劑，反應(yīng)性很低，故常用來(lái)處理易氧化的污染物。③提高溫度和氧分壓，可以增大電極電位；添加催化劑，可以降低反應(yīng)活化能，都利于氧化反應(yīng)的進(jìn)行。1、地下水除鐵、錳在缺氧的地下水中常出現(xiàn)二價(jià)鐵和錳。通過(guò)曝氣，可以將它們分別氧化為()3和2沉淀物。除鐵的反應(yīng)式為：考慮水中的堿度作用，總反應(yīng)式可寫(xiě)為：按此式計(jì)算，氧化2+，僅需O.143／LO2。實(shí)驗(yàn)表明，上述反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程為：

研究指出，2對(duì)2+的氧化具有催化作用。大致歷程為氧化：吸附：氧化:曝氣過(guò)濾(或稱曝氣接觸氧化)除錳工藝。先將含錳地下水強(qiáng)烈曝氣充氧，盡量地散去2，提高值，再流入天然錳砂或石英砂充填的過(guò)濾器，利用接觸氧化原理將水中2+氧化成2，產(chǎn)物逐漸附著在濾料表面形成一層能起催化作用的活性濾膜，加速除錳過(guò)程。

地下水除鐵錳工藝流程曝氣方式可采用蓮蓬頭噴淋水、水射器曝氣、跌水曝氣、空氣壓縮機(jī)充氣、曝氣塔等。濾器可采用重力式或壓力式。濾料粒徑一般用0.6～2，濾層厚度0.7～1.0m，濾速10～20。為適用于2+＜10，2+＜1.5，＞6的地下水。當(dāng)鐵錳含量大時(shí)，可采用多級(jí)曝氣和多級(jí)過(guò)濾組合流程處理。2、工業(yè)廢水脫硫各種硫的標(biāo)準(zhǔn)電極電位如下：酸性溶液堿性溶液在酸性溶液中，各電對(duì)具有較弱的氧化能力；而在堿性溶液中，各電對(duì)具有較強(qiáng)的還原能力。所以利用分子氧氧化硫化物。以堿性條件較好。向廢水中注入空氣和蒸汽(加熱)，硫化物按下式轉(zhuǎn)化為污毒的硫代硫酸鹽或硫酸鹽?？諝庋趸ㄌ幚砗驈U水工藝流程含硫廢水經(jīng)隔油沉渣后與壓縮空氣及水蒸氣混合，升溫至80～90℃，進(jìn)入氧化塔，塔徑一般不大于2.5m，分四段，每段高3m。每段進(jìn)口處設(shè)噴嘴，霧化進(jìn)料，塔內(nèi)氣水體積比不小于15。廢水在塔內(nèi)平均停留時(shí)間l.5～2.5h。（二）濕式氧化濕式氧化是在較高的濕度和壓力下，用空氣中的氧來(lái)氧化廢水中溶解和懸浮的有機(jī)物和還原性無(wú)機(jī)物的一種方法。因氧化過(guò)程在液相中進(jìn)行，故稱濕式氧化。與一般方法相比，濕式氧化法適用范圍廣、處理效率高、二次污染低、氧化速度快、裝置小、可回收能量和有用物料。目前濕式氧化法廣泛用于各類高濃度廢水及污泥處理，尤其是毒性大，難以用生化方法處理的農(nóng)藥廢水、染料廢水、制藥廢水、煤氣洗滌廢水、造紙廢水、合成纖維廢水及其他有機(jī)合成工業(yè)廢水的處理。濕式氧化工藝流程溫度對(duì)濕式氧化效果的影響(1)溫度愈高，時(shí)間愈長(zhǎng)，去除率愈高。(2)達(dá)到相同的去除率，溫度愈高，所需時(shí)間愈短，相應(yīng)地反應(yīng)容積便愈??；(3)濕式氧化過(guò)程可以分為二個(gè)速度段。前半小時(shí)，反應(yīng)物濃度高，氧化速度快，去除率增加快，此后，反應(yīng)物濃度降低或中間產(chǎn)物難以氧化，氧化速度趨緩，去除率增加不多。飽和水蒸汽量與溫度、壓力的關(guān)系在一定溫度下，壓力愈高，氣相中水汽量就愈小，總壓的低限為該溫度下水的飽和蒸汽壓。如果總壓過(guò)低，大量的反應(yīng)熱就會(huì)消耗在水的汽化上。濕式氧化的操作壓力一般不低于5.0～12.0。（三）臭氧氧化臭氧O3是氧的同素異構(gòu)體，是一種具有魚(yú)腥味的淡紫色氣體。沸點(diǎn)-112.5℃；密度2.144／m3，此外，臭氧還具有以下一些重要性質(zhì)。（1）不穩(wěn)定性：在常溫下容易分解成為氧氣并放出熱量。（2）溶解性：在水中溶解度比純氧高10倍，比空氣高25倍。（3）毒性：高濃度臭氧是有毒氣體，有強(qiáng)烈的刺激作用（4）氧化性：一種強(qiáng)氧化劑，氧化還原電位與值有關(guān)。（5）腐蝕性臭氧具有強(qiáng)腐蝕性。臭氧的制備臭氧處理閉路系統(tǒng)水的臭氧處理在接觸反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。選擇何種反應(yīng)器取決于反應(yīng)類型。當(dāng)過(guò)程受傳質(zhì)速度控制時(shí)，應(yīng)選擇傳質(zhì)效率高的螺旋反應(yīng)器、噴射器等；當(dāng)過(guò)程受反應(yīng)速度控制時(shí)，應(yīng)選用鼓泡塔，以保持較大的液相容積和反應(yīng)時(shí)間。臭氧在水處理中的應(yīng)用水經(jīng)臭氧處理，可達(dá)到降低、殺菌、增加溶解氧、脫色除臭、降低濁度幾個(gè)目的。臭氧的消毒能力比氯更強(qiáng)。對(duì)脊髓灰質(zhì)炎病毒，用氯消毒，保持O.5～1余氯量，需1.5～2h，而達(dá)到同樣效果，用臭氧消毒，保持O.045～O.453，只需2。將混凝或活性污泥法與臭氧化聯(lián)合，可以有效地去除色度和難陣解的有機(jī)物，紫外線照射可以激活O3分子和污染物分子，加快反應(yīng)速度，增強(qiáng)氧化能力，降低具氧消耗量。目前臭氧氧化法存在的缺點(diǎn)是電耗大，成本高。（四）氯氧化氯氣是普遍使用的氧化劑，用于給水消毒和廢水氧化?；瘜W(xué)式分子量氯當(dāng)量2含氯量W％有效氯W％液氯271100100漂白粉()12715656次氯酸鈉74.5147.795.4次氯酸鈣()2143249.699.2一氯胺251.5169138亞氯酸鈉290.52(酸性)39.2156.8氧化二氯2O87281.7163.4二氯胺286282.51651、氯消毒消毒的目的是殺滅致病微生物，防止水致疾病的危害，但并不是徹底殺滅細(xì)菌。氧化劑消毒至少包括兩種途徑：（1）消毒劑通過(guò)細(xì)胞壁滲入細(xì)胞體，滅活細(xì)胞體內(nèi)酶蛋白；（2）直接氧化細(xì)胞質(zhì)。n值的大小表征消毒劑的特性。n＞1，表示濃度的增減對(duì)消毒效率有很大影響；n＜1，表示接觸時(shí)間影響更大。需氯量確定試驗(yàn)對(duì)含氨的給水和廢水進(jìn)行氯化處理，所需加氯量通常由實(shí)驗(yàn)確定：在相同水質(zhì)的一組水樣中，分別投加不同劑量的氯或漂白粉、經(jīng)一定接觸時(shí)間(15～30)后，測(cè)定水中的余氯量，得到余氯量與加氯量的關(guān)系曲線。圖中虛線(該線與坐標(biāo)軸的夾角為45度)表示水中無(wú)雜質(zhì)時(shí)加氯量與余氯量相等。同一加氯量下，虛線與實(shí)線的縱坐標(biāo)差(b)代表水中微生物和雜質(zhì)的耗氯量。余氯量與需氯量的關(guān)系通常可把實(shí)線分成四個(gè)區(qū)：在1區(qū)內(nèi),氯先與水中所含的還原性物質(zhì)反應(yīng)，余氯量為0。在2區(qū)內(nèi)，投氯量與氨的摩爾比小于1，投加的氯基本上都與氨化合成氯胺，以化合性余氮存在，有一定消毒效果。在3區(qū)內(nèi),仍然是化合性余氯，但由于加氯量較大,部分氯胺被氧化為N2O或N2，化合性余氯量逐漸減少。當(dāng)23＝2時(shí)，氯胺量減至最小值(B點(diǎn))。到4區(qū)，23＞2，氯胺不再增加，余氯以游離性氯存在，實(shí)線與虛線平行。2、廢水的氯氧化(1)含氰廢水處理氧化反應(yīng)分為兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段，，在10～11時(shí)，此反應(yīng)只需5分鐘。第二階段將氧化為3(酸性條件)或N2(8～8.5)，反應(yīng)可在1小時(shí)之內(nèi)完成。(2)含酚廢水的處理實(shí)際投氯量必須過(guò)量數(shù)倍，一般要超出10倍左右。（3)廢水脫色氯有較好的脫色效果，可用于印染廢水，廢水脫色。脫色效果與值以及投氯方式有關(guān)。氯氧化系統(tǒng)氯氧化系統(tǒng)工藝流程隨著污水不斷流入，投氯池水位不斷升高。當(dāng)水位上升到預(yù)定高度時(shí)，真空泵開(kāi)始工作，抽去虹吸管中的空氣，產(chǎn)生虹吸作用。污水由投氯池流入接觸池，氧化一定時(shí)間之后，達(dá)到預(yù)定處理效果，再排放。當(dāng)投氯池水位降低到預(yù)定位置、空氣進(jìn)入虹吸管，真空泵停，虹吸作用破壞，水電磁閥和氯電磁閥自動(dòng)開(kāi)啟，加氯機(jī)開(kāi)始工作。當(dāng)加氯到預(yù)定時(shí)間時(shí)，時(shí)間繼電器自動(dòng)指示，先后關(guān)閉氯、水電磁閥。如此往復(fù)工作，可以實(shí)現(xiàn)按污水流量成比例加氯。加氯量是否適當(dāng)，可由處理效果和余氯量指標(biāo)評(píng)定。（五）其他氧化劑氧化1.高錳酸鹽氧化高錳酸鹽是一種強(qiáng)氧化劑，能與水中的3+、2+、S2-、、酚等有機(jī)物很好地反應(yīng)，選擇適當(dāng)投量，它能殺死很多藻類和微生物。2．過(guò)氧化氫氧化過(guò)氧化氫與催化劑2+構(gòu)成的氧化體系通常稱為試劑。在2+催化下，H2O2能產(chǎn)生兩種活潑的氫氧自由基，從而引發(fā)和傳播自由基鏈反應(yīng)，加快有機(jī)物和還原性物質(zhì)的氧化。三、化學(xué)還原法廢水中的某些金屬離子在高價(jià)態(tài)時(shí)毒性很大，可用化學(xué)還原法將其還原為低價(jià)態(tài)后分離除去。常用的還原劑有下列幾類。①某些電極電位較低的金屬，如鐵屑、鋅粉等。反應(yīng)后：②某些帶負(fù)電的離子，如4中的B5+，反應(yīng)后③某些帶正電的離子，如4或2中的2+，反應(yīng)后（一）還原除鉻還原除鉻通常包括二步。首先，廢水中的2O72-在酸性條件下(＜4為宜＝與還原劑反應(yīng)生成2(4)3，再加堿(石灰)生成()3沉淀，在＝8－9時(shí)，()3的溶解度最小。亞硫酸—石灰法的反應(yīng)式如下：鐵屑過(guò)濾除鉻工業(yè)上也采用鐵屑(或鋅屑)過(guò)濾除鉻。含鉻的酸性廢水(控制進(jìn)水4－5)進(jìn)入充填鐵屑的濾柱，鐵放出電子，產(chǎn)生2+，將6+還原為3+，隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，水中消耗了大量的，使離子濃度增高，當(dāng)其達(dá)到一定濃度時(shí)，與3+反應(yīng)生成()3，少量3+生成()3，后者具有凝聚作用。將()3吸附凝聚在一起，并截留在鐵屑孔隙中。通常濾柱內(nèi)裝鐵屑高1.5m，采用濾速3。（二）還原法除汞處理方法是將2+還原為，加以分離和回收。采用的還原劑為比汞活潑的金屬(鐵屑、鋅粒、鉛粉、鋼屑等)、硼氫化鈉和醛類等。廢水中的有機(jī)汞先氧化為無(wú)機(jī)汞，再行還原。采用金屬還原除汞，通常在濾柱內(nèi)進(jìn)行。反應(yīng)速度與接觸面積、溫度、值、金屬純凈度等因素有關(guān)。通常將金屬破碎成2～4的碎屑，并去掉表面污物。控制反應(yīng)溫度20～80℃。溫度太高，雖反應(yīng)速度快，但會(huì)有汞蒸氣逸出。四、電解電解是利用直流電進(jìn)行溶液氧化還原反應(yīng)的過(guò)程。廢水中的污染物在陽(yáng)極被氧化，在陰極被還原，或者與電極反應(yīng)產(chǎn)物作用，轉(zhuǎn)化為無(wú)害成分被分離除去。利用電解可以處理：(1)各種離子狀態(tài)的污染物；(2)各種無(wú)機(jī)和有機(jī)的耗氧物質(zhì)，如硫化物、酚和有色物質(zhì)等；(3)致病微生物。電解法能夠一次去除多種污染物，裝置緊湊，占地面積小，節(jié)省一次投資，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。藥劑用量少。廢液量少，可以適應(yīng)較大幅度的水量與水質(zhì)變化沖擊。（一）電解氧化還原電解氧化是指廢水污染物在電解槽的陽(yáng)極失去電子，發(fā)生氧化分解，或者發(fā)生二次反應(yīng)，即電極反應(yīng)產(chǎn)物與溶液中某些成分相互作用，而轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害成分。前者是直接氧化，后者則為間接氧化。利用電解氧化可處理陰離子污染物。電解還原主要用于處理陽(yáng)離子污染物。目前在生產(chǎn)應(yīng)用中，都是以鐵板為電極，由于鐵板溶解，金屬離子在陰極還原沉積而回收除去。１、電解除氰在陽(yáng)極上發(fā)生直接氧化反應(yīng)：間接氧化：在陽(yáng)極放電產(chǎn)生2，2水解成，氧化為，最終為N2和2。若溶液堿性不強(qiáng)，將會(huì)生成中間態(tài)。在陰極上發(fā)生析出H2和部分金屬離子的還原反應(yīng)：2、電解除鉻6+(以2O72-或4-形式存在)在電解槽中還原有兩種方式在陽(yáng)極:

在陰極少量6+直接還原：上述兩組反應(yīng)都要求酸性條件。電解過(guò)程中大量消耗，逐漸增多，電解液逐漸變?yōu)閴A性(7.5～9)，并生成穩(wěn)定的氫氧化物沉淀：（二）電解凝聚與電解浮上采用鐵、鋁陽(yáng)極電解時(shí)，在外電流和溶液作用下，陽(yáng)極溶解出3+、2+或A13+。它們分別與溶液中