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化学氧化与还原

2020.9.15

一、反应原理

利用某些溶解于废水中的有毒有害物质在氧化还原反应中能被氧化或还原的性质，把它们转化成为无毒无害的新物质，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，这种方法称为废水处理中的氧化还原法-氯浓度在线监测仪。

氧化还原法的实质是：在氧化还原反应中．参加化学反应的原子或离子有电子的得失，

因而引起化合价的升高或降低。失去电子的过程叫氧化，得到电子的过程叫还原。在氧化还原反应中，若有得到电子的物质就必然有失去电子的物质，因而氧化还原总是同时发生的。得到电子的物质称氧化剂，因为它使另一物质失去电子受到氧化。失去电子的物质称还原剂，因为它使另一物质得到电子受到还原。

氧化还原反应是一种可逆反应，其过程可写成下列通式：

氧化剂 + 还原剂====还原剂 + 氧化剂

(氧化态1)(还原态2) (还原态1)(氧化态2)氯浓度在线监测仪

向废水中投加氧化剂，氧化废水中的有害物质，使其转变为无毒无害的或毒性小的新物质的方法称为氧化法。氧化法又可分为氯氧化法、空气氧化法、臭氧氧化法、光氧化法等。

向废水中投加还原剂，还原废水中的有毒物质，使其转变为无毒的或毒性小的新物质这种方法称为还原法。还原法目前主要用于含铬、汞等废水的处理-余氯控制器。

还原法可分为金属还原法、硼H化钠法、硫酸亚铁石灰法和亚硫酸氢钠法等。

二、设备和装置

(一)氯氧化法设备和装置-余氯控制器

处理构筑物主要是反应池和沉淀池。反应池常采用压缩空气搅拌或水泵循环搅拌。

当采用氯氧化法处理含氰废水时，可以同时考虑间歇式处理或连续式处理两种形式。当含氰废水量较小，浓度变化较大，要求处理程度较高时，一般采用间歇式处理法。这种方法多数设两个反应池，交替地进行间歇处理。

当水量较大，含氰浓度变化较小时，采用连续式处理法，其流程如图4-24所示。调节池用以调节水量和浓度，流程中沉淀池和干化场的设置与否应根据反应生成的污泥量的多少而定。当采用漂白粉或氯加石灰时，应设置沉淀池和污泥干化场。如果用氯和NaoH可不设沉淀池。

图4-24 含氰电镀废水碱性氯性氯化法处理流程

（PH：10-11，停留时间：10min以上 PH：8-9，停留时间：30min以上）

(二)空气氧化法设备和装置

当采用空气氧化法处理含硫废水时，空气氧化脱硫设备多采用脱硫塔。脱硫的工艺流程如图4-25所示。处理中废水、空气及蒸汽经射流混合器混合后，送至空气氧化脱硫塔。混入蒸汽的目的是为了提高温度，加快反应速度。脱硫塔用拱板分为数段，拱板上安装喷嘴。当废水和空气以较高的速度冲出喷嘴时，空气被粉碎为细小的气泡，增大气液两相的接触面积，使氧化速度加快，在气液并流上升的过程中，气泡的上升速度较快，并不断产生破裂与合并，当气泡上升到段顶板时，就会产生气液分离现象。喷嘴底部缝隙的作用就是使气体能够再度均匀地分布在废水中，然后经过喷嘴进一步混合，这样就消除了气阻现象，使塔内压力稳定。

(三)臭氧氧化法

臭氧处理工艺流程有两种：①以空气或富氧空气为原料气的开路系统；②以纯氧或富氧空气为原料的闭路系统。

开路系统的特点是将用过的废水放掉。闭路系统与开路系统相反，废水回到臭氧制取设备．这样可提高原料气的含氧率，降低成本。但在废气循环过程中，氮含量愈来愈高，可用压力转换氯分离器来降低含氯量。在分离器内装分子筛．高压时吸附氮气，低压时放氮气。分离器设两个，一个吸附，另一个再生，交替使用。

图4-25 空气氧化脱硫

臭氧处理系统中最主要的设备是混合反应器。其作用为：①促进气水扩散混合；②使气水充分接触，加快反应。混合反应器有多种型式，常用者如图4-26所示。

设计时应根据不同的水质及处理目标所决定的反应类型来选择适宜的混合装置。当反应速度较慢，完成全部反应所需的时间较长(反应控制过程)时，混合器的型式相对不重要。

这时应主要选择臭氧利用率较高的投配混合装置。当反应完成速度很快，臭氧能否更快地溶解扩散到水中成为制约因素(传质控制过程)时，则应着重考虑选用扩散速度较快的混合装置，例如固定混合器和涡轮注入器等。目前，使用最多的还是微孔扩散气泡反应塔。在这种反应塔中，废水一般由上向下流动，臭氧则由塔底的微孔扩散板喷出，在塔内气、水成逆向流接触，这样既有利于反应进行彻底，又有利于提高臭氧的利用率。微孔材料以前曾较多使用烧结微孔塑料板(管)，但近年来多为粉末冶金制成的微孔钛板所代替。当处理水量较大时．为了节省投资和占地，可以参考上述反应塔的原理用钢筋洞凝上建造反应池，这在合成洗涤剂废水处理中已有成功的使用实例。

臭氧具有强腐蚀性，因此设备管路及反应池中与臭氧接触的部分均应采用耐腐蚀材料或做防腐处理。

图4-26 臭氧接触方式

（a）顺流式气泡塔；（b）逆流式气泡塔；（c）水射器接触塔

（d）填料接触塔；（e）涡轮注入器；（f）固定混合器

(四)光氧化法

光氧化法的处理流程如图4-27所示。废水经过滤器去除悬浮物后进入光氧化池。废水在反应池内的停留时间随水质而异，一股为0.5~2.0h。

(五)金属还原法

铁屑过滤还原法除汞的处理装置如图4-28所示。池中填以铁屑。废水以一定的速度自下而上通过铁屑滤池，经一定的接触时间后从滤池流出。铁屑还原产生的铁汞渣可定期排放。铁汞渣可用焙烧炉加热回收金属汞。

(六)硫酸亚铁石灰法

采用硫酸亚铁石灰法处理含铬废水，处理构筑物有间歇式和连续式两种。其工艺流程如图4-29所示。间歇式适用于含铬浓度变化大、水量小、排放要求严格的含铬废水。连续式适用于浓度变化小、水量较大的含铬废水。反应池一般为矩形，当采用连续处理时，反应池宜分为酸性反应池和碱性反应池两部分，反应池中应设搅拌设备。

图4-29 硫酸亚铁石灰法处理含铬酸废水流程示意图

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