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2014年注冊(cè)環(huán)保工程師考試時(shí)間為9月6、7日,為了幫助廣大考生復(fù)習(xí),小編整理了環(huán)保工程師專業(yè)知識(shí)講義供廣大考生參考,希望對(duì)備考有所幫助!
氧化還原
大綱要求:了解氧化還原處理技術(shù)
1.12.1氧化還原法原理
氧化還原法:通過氧化還原反應(yīng)將廢水中的溶解性污染物質(zhì)去除的方法?;瘜W(xué)反應(yīng)中,失去電子的過程叫氧化,失去電子的物質(zhì)稱還原劑,在反應(yīng)中被氧化,得到電子的過程叫還原,而得到電子的物質(zhì)叫氧化劑,在反應(yīng)中被還原。每個(gè)物質(zhì)都有各自的氧化態(tài)和還原態(tài),其氧化還原電位的高低決定了該物質(zhì)的氧化還原能力。廢水的氧化還原處理法又可分為氧化法和還原法兩類。
1.12.2氧化法
常用的氧化劑:空氣中的氧、純氧、臭氧、氯氣、漂白粉、次氯酸鈉、二氧化氯、三氯化鐵、過氧化氫和電解槽的陽極等。
1、氯氧化法
⑴原理:
氯氧化法采用氯系氧化劑,如次氯酸鈉、漂白粉和液氯等,主要用于去除廢水中的氰化物、硫化物、酚、醇、醛、油類以及對(duì)廢水進(jìn)行脫色、脫臭、殺菌等處理。
⑵氯氧化法處理含氰廢水
電鍍含氰廢水中的氰主要以游離氰和絡(luò)合離子氰兩種形態(tài)存在。一般游離狀態(tài)的毒性較大,而絡(luò)合離子狀態(tài)的毒性較小。氯氧化氰化物的過程分兩個(gè)階段進(jìn)行:首先是在堿性條件下氰化物被氧化成毒性和氰化氫差不多的揮發(fā)性物質(zhì)氯化氰,在pH值為10~11時(shí),在10多分鐘內(nèi)可將氯化氰轉(zhuǎn)化為毒性很小的氰酸根離子,這也稱作局部氧化法。為防止處理水中含有劇毒物質(zhì)氯化氰,其處理工藝條件應(yīng)進(jìn)行如下控制:
①?gòu)U水的pH值宜大于11。
②廢水中除含游離氰外還常常含有絡(luò)合氰,考慮到廢水中同時(shí)還含有其它還原性物質(zhì)存在,實(shí)際氧化劑的用量要比用公式計(jì)算的理論用量有所增加,以次氯酸納計(jì)為含氰量的5~8倍。
③溫度對(duì)反應(yīng)的影響不大
④對(duì)廢水進(jìn)行攪拌可以加速反應(yīng)。
第二階段是進(jìn)行完全氧化反應(yīng),即進(jìn)一步投加氯氧化劑,破壞碳—氮鍵,使其轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氮?dú)?。完全氧化處理法工藝條件是:必須在局部氧化處理的基礎(chǔ)上,一般pH值為7.5~8.5,氧化劑的用量為局部氧化法的1.1~1.2倍,藥劑應(yīng)分兩次投加。
⑶用于含酚廢水的處理
⑷處理設(shè)備
主要要是反應(yīng)池及沉淀池。
2、臭氧氧化法
⑴臭氧的特性
臭氧是一種強(qiáng)氧化劑,其氧化能力僅次于氟,比氧、氯及高錳酸鹽等常用的氧化劑都高。在理想的反應(yīng)條件下,臭氧可以把水溶液中大多數(shù)單質(zhì)和化合物氧化到它們的最高氧化態(tài),對(duì)水中有機(jī)物有強(qiáng)烈的氧化降解作用,還有強(qiáng)烈的消毒殺菌作用。
臭氧的性質(zhì)主要有:
①不穩(wěn)定性;②溶解性;③毒性;④氧化性;⑤腐蝕性。
⑵臭氧氧化的接觸反應(yīng)裝置
廢水的臭氧處理是在接觸反應(yīng)器中進(jìn)行,為了使臭氧與水中充分反應(yīng),應(yīng)盡可能使臭氧化空氣在水中形成微小氣泡,并采用氣液兩相逆流操作,以強(qiáng)化傳質(zhì)過程。常用的臭氧化空氣投加設(shè)備有多孔擴(kuò)散器、乳化攪拌器、射流器等。
⑶臭氧處理工藝設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有兩方面:一是臭氧發(fā)生器型號(hào)和臺(tái)數(shù)的確定,確定的依據(jù)是臭氧投加量,臭氧化空氣中臭氧的濃度和臭氧發(fā)生器工作的壓力,二是臭氧布?xì)庋b置和接觸反應(yīng)池容積的確定,確定的依據(jù)是布?xì)庋b置性能和接觸反應(yīng)時(shí)間,一般為5~10分鐘。
⑷臭氧在廢水處理中的應(yīng)用發(fā)展很快,近年來,隨著一般公共用水污染日益嚴(yán)重,要求進(jìn)行深度處理,國(guó)際上再次出現(xiàn)了以臭氧作為氧化劑的趨勢(shì)。臭氧氧化法在水處理中主要是使污染物氧化分解,用于降低BOD、COD,脫色,除臭、除味、殺菌、殺藻、除鐵、錳、氰、酚等。
⑸臭氧氧化法的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):氧化能力強(qiáng),對(duì)脫色、除臭、殺菌、去除有機(jī)物和無機(jī)物等效果,無二次污染,制備臭氧只用空氣和電能,操作管理方便;
缺點(diǎn):投資大,運(yùn)行費(fèi)用高。
3、過氧化氫氧化法
過氧化氫價(jià)格較高,單獨(dú)使用時(shí)氧化反應(yīng)過程過于緩慢,所以目前多利用投加催化劑的方法以促進(jìn)氧化過程。常用的催化劑有硫酸亞鐵、絡(luò)合鐵、銅、錳、天然酶或芬頓試劑等。過氧化氫與二價(jià)鐵離子作用,能產(chǎn)生羥基自由基,其氧化能力僅次于氟,能使許多難于生物降解及一般化學(xué)氧化法難于氧化的有機(jī)物氧化分解。光氧化法
4、光氧化法
目前由光分解和化學(xué)分解組合成的光催化氧化法已成為廢水處理領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要技術(shù)。常用光源為紫外光,常用氧化劑有臭氧和過氧化氫等。
紫外光和臭氧法是光催化氧化法中比較成功的一種,能有效地去除水中鹵代烴、苯、醇類、酚類、醛類、硝基苯、農(nóng)藥和
腐殖酸等有機(jī)物以及細(xì)菌和病毒等,而且在處理過程中不會(huì)產(chǎn)生二次污染。
5、濕式氧化法
在高溫(150~350℃)和高壓(0.5~20MPa)的操作條件下,以氧氣和空氣作為氧化劑,將廢水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化
碳和水的過程稱為濕式氧化法。
⑴原理
在高溫和高壓下,水及氧氣的物理性質(zhì)都發(fā)生了變化,在100℃以內(nèi),氧的溶解度隨溫度升高而降低,但當(dāng)溫度大于150℃時(shí),氧的溶解隨溫度升高而增大,而且氧在水中的傳質(zhì)系數(shù)也增大。濕式氧化過程主要有兩個(gè)過程:空氣中的氧從氣相到液相的傳質(zhì)過程以及溶解氧與基質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)。
⑵濕式氧化法的應(yīng)用
目前,濕式氧化法主要應(yīng)用在兩大方面:一是進(jìn)行高濃度難降解有機(jī)廢水生化處理的預(yù)處理,以提高可生化性,二是用于處理有毒有害的工業(yè)廢水。
⑶特點(diǎn)
濕式氧化法由于系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜,投資大,操作管理難和運(yùn)行費(fèi)用高等原因而未能廣泛應(yīng)用。
6、電解法
⑴原理
電解法就是利用電解原理處理廢水的方法。在廢水的電解處理過程中,因陰極與電源負(fù)極相連,放出電子,廢水中的陽離
子則在陰極上得到電子而被還原,陽極與電源正極相連,得到電子,廢水中的陰離子則在陽極上失去電子而被氧化。因此,廢水中的有害物質(zhì)在電極上發(fā)生了氧化還原反應(yīng),生成了新的物質(zhì),新的物質(zhì)則過沉積在電極表面或沉淀于水中或轉(zhuǎn)化為氣體而被去除。
⑵法拉第電解定律
電流通過電解質(zhì)溶液時(shí),在電極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的量與通過的電量成正比,在電極上析出或溶解1mol的任何物質(zhì)時(shí),都需要96500庫侖的電量,這就是法拉第電解定律。
⑶電解法在廢水處理中的應(yīng)用
利用廢水中物質(zhì)通過電解后能沉積在電極表面的特點(diǎn),處理貴重金屬?gòu)U水,同時(shí)又能回收純度較高的貴重金屬,如含銀、含汞廢水的電解處理。利用廢水中的物質(zhì)通過電解后能沉積于水中的特點(diǎn),處理重金屬有毒廢水,此時(shí),一般以鐵、鋁為電極,極板溶解下來的鐵、鋁離子兼有混凝作用,有助于沉淀分離,如含鉻廢水的電解處理。利用廢水中物質(zhì)通過電解后生成氣體的特點(diǎn),處理非金屬有毒廢水,如含氰、含酚廢水的處理。電解法處理含氰廢水時(shí),一般采石墨作為電極,當(dāng)不加食鹽電解質(zhì)時(shí),CN-首先在陽極被氧化為CNO-,然后CNO-再被氧化為無毒的二氧化碳和氮?dú)猓瑫r(shí)也有部分CNO-轉(zhuǎn)化為氨離子。若投加食鹽后,不但增加了廢水的導(dǎo)電性,降低了電解電壓,電解反應(yīng)也發(fā)生了變化,首先水中的氯離子被氧化為具強(qiáng)氧化性的游離性氯,然后游離性氯再將CN-和CNO-氧化為無毒的二氧化碳和氮?dú)猓瑥亩铀倭穗娊夥磻?yīng)。
⑷電解槽的結(jié)構(gòu)形式和極板
電解槽多采用矩形,槽內(nèi)水流為折流式,有回流式和翻騰式兩種布置形式,其中水流在水平方向折流的稱為回流式,水流在上下方向折流的為翻騰式?;亓魇剿鞒涕L(zhǎng),容積利用率高,但施工和檢修困難。翻騰式的極板為懸掛式,可減少漏電現(xiàn)象發(fā)生。在工程應(yīng)用中,應(yīng)定期倒換電極,以減少電極鈍化,保證電解反應(yīng)正常進(jìn)行,倒換時(shí)間與廢水性質(zhì)有關(guān),應(yīng)由試驗(yàn)確定。
⑸微電解
目前在廢水處理中也采用微電解,與電解的區(qū)別是工藝過程中不需要外接電源。原理是,鐵和碳在廢水中形成無數(shù)個(gè)微電池,鐵是陽極,碳是陰極,在酸性條件下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),從而去除部分COD。
還原法
1.12.3還原法
通過投加還原劑或利用電解槽陰極作用,使廢水中有毒害作用的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒無害或毒害作用較小的新物質(zhì)的方法稱為還原法。還原法可用于處理一些特殊的廢水,如含重金屬離子鉻、汞、銅等的廢水,也用于一些特殊的純化。
常用的方法有鐵屑過濾法、亞硫酸鹽還原法和硫酸亞鐵還原法等。例如可用硫代硫酸鈉將游離氯還原成氯化物,用初生態(tài)氫或鐵屑還原硝基化合物等。
⑴還原法除鉻
應(yīng)用硫酸亞鐵還原法對(duì)鍍鉻車間含鉻廢水及鉻酸霧處理后均可達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
硫酸亞鐵還原法往往與其他方法聯(lián)合使用,以達(dá)到更好的效果,例如用硫酸亞鐵——粉煤灰法處理含鉻電鍍廢水,六價(jià)鉻去除率可以達(dá)到99%以上。
⑵還原法除汞
氯堿、炸藥、制藥和儀表等工業(yè)廢水中常含有劇毒的二價(jià)汞離子,處理方法是將其還原為汞加以分離和回收。常用的還原劑是比汞活潑的金屬(如鐵屑、鋅粒、鋁粉和銅屑)、硼氫化鈉、醛類和聯(lián)胺等。廢水中的有機(jī)汞通常先用氧化劑(比如氯)將其破壞,使之轉(zhuǎn)化為無機(jī)汞以后,再用金屬置換。金屬還原法除汞時(shí),將含汞廢水通過金屬屑濾床,或與金屬粉混合反應(yīng),置換出金屬汞,置換反應(yīng)速度與接觸面積、溫度和pH等因素有關(guān)。
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(責(zé)任編輯:lqh)
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