化工废水处理工程中氧化还原法的原理与方法类型

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一、氧化还原的原理

化工废水处理工程中水中溶解性物质,包括无机物和有机物,可以通过化学反应过程将其氧化或还原,转化成无害或毒性不大的新物质,或者转化成容易从水中分离排除的形态(气体或固体),从而达到处理的目的。

氧化还原法的实质是无机物在化学反应中,元素(原子或离子)失去电子,引起化合价升高或降低。

在水处理中常用的氧化剂有:气态的O2、Cl2、O3;漂白粉;高锰酸钾等。

在水中常用的还原剂有:铁屑、锌粉、硼氢化钠、硫酸亚铁、二氧化硫等。

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二、氧化的方法和类型

(1)空气(及纯氧)氧化法

氧的化学氧化性是很强的,且PH值降低,氧化性增强,有利于空气氧化法的进行。但是,用氧气进行氧化反应的活化能很高,因而反应速度很慢。这就使得在常温、常压、无催化剂时,空气氧化法(曝气法)所需反应时间很长,使其应用受到限制。如果设法断开氧分子中的O—O键(如高温、高压、催化剂、r射线辐射),则氧化反应速度将大大加快。

化工废水处理工程中纯氧氧化法虽然处理效率较高,但由于成本高,应用受限制。只有在廉价纯氧可供利用时,才考虑选用。

(2)臭氧氧化法

化工废水处理工程中臭氧的氧化性很强,在理想的反应条件下,臭氧可把水溶液中大多数单质和化合物氧化到它们的高氧化态,对水中有机物有强烈的氧化降解作用,还有强烈的消毒杀菌作用。因此,臭氧法处理废水具有反应完全,速度快,出水无臭无味,不产生污泥等优点。

由于臭氧是不稳定的,因此通常多在现场制备臭氧。制备臭氧的方法很多,有电解法、化学法、高能射线辐射法和无声放电法等,目前工业上几乎都采用干燥空气或氧气经无声放电来制取臭氧。

水的臭氧处理在混合反应器(接触反应器)内进行。反应器应促使臭氧和水分充分接触,扩散混合,使与水中的杂质充分反应。

微孔扩散板式的反应器中,废水从上而下流动,臭氧从池底的扩散板喷出,以微小气泡上升,与废水逆流接触,接触时间越长,反应进行越充分。

臭氧具有强腐蚀性,因此设备及管路应采用耐腐蚀的材料或进行防腐处理。

(3)氯氧化法

氯是为普遍使用的氧化剂。氯氧化处理常用的药剂有氯气、氯的含氧酸及其钠盐、钙盐以及二氧化氯。

显然,它们的氧化性,亦与PH值有关。氯的氧化作用还可因光辐射(如紫外光)或放射性辐射而强化。

气态的二氧化氯不稳定,容易爆炸,但它的水溶液却相当稳定。加热、光照、OHˉ及某些催化剂可促使二氧化氯溶液分解。二氧化氯在水中溶解度大(为氯的5倍),因此常在现场制备,并溶于水备用。

用二氧化氯除臭和味后,没有残余臭和味;当水中含酚时,不产生氯酚,因此对除酚特别有用。但ClO2的还原(及歧化)产物ClO2ˉ对人体有毒,ClO2处理有机废水时所产生的氯代有机物对人体也有长期的生理效应。因此,用ClO2处理水后,再经活性炭吸附处理。