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。 化學(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。

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

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。

2、臭氧氧化法

（1）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。

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

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。

（1）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)。

（2）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。

（3）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

（1）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。

（2）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(kù)侖的電量，這就是法拉第電解定律。

（3）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�同時(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)�，從而加速了電解反�?yīng)。

加速度

為了描述物體運(yùn)動(dòng)速度變化的快慢這一特征，我們引入加速度這一概念。

定義：物體運(yùn)動(dòng)速度的變化量與對(duì)應(yīng)的時(shí)間的比值。

物理意義：表示物體速度變化的快慢的物理量。

單位：m/s^2（米每二次方秒）

假如兩輛汽車開始靜止，均勻地加速后，達(dá)到10m/s的速度，A車花了10s，而B車只用了5s。它們的速度都從0m/s變?yōu)?0m/s，速度改變了10m/s。所以它們的速度變化量是一樣的.但是很明顯，B車變化得更快一樣。我們用加速度來描述這個(gè)現(xiàn)象：B車的加速度（a=v/t其中的v是速度變化量）> 加速度計(jì)構(gòu)造的類型

A車的加速度。

顯然，當(dāng)速度變化量一樣的時(shí)候，花時(shí)間較少的B車，加速度更大。也就說B車的啟動(dòng)性能相對(duì)A車好一些。

因此，我們說，加速度是速度變化的快慢的標(biāo)志。

當(dāng)物體的加速度保持大小和方向不變時(shí)，物體就做勻變速運(yùn)動(dòng)。如自由落體運(yùn)動(dòng)，平拋運(yùn)動(dòng)等。

當(dāng)物體的加速度方向與初速度方向在同一直線上時(shí)，物體就做直線運(yùn)動(dòng)。如豎直上拋運(yùn)動(dòng)。

比如當(dāng)司機(jī)在直行時(shí)踩了一腳油門（即假定汽車所提供的牽引力F恒定），而方向盤保持不動(dòng)時(shí)，汽車做的就是勻加速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，加速度與初速度在同一條直線上。一個(gè)勻加速運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，剛開始的速度是1米每秒，經(jīng)過2秒鐘以后，其速度變?yōu)?米每秒，那么這個(gè)質(zhì)點(diǎn)的加速度的計(jì)算方法就是：用末速度減去初速度除以時(shí)間（2秒鐘），就是1米每二次方秒。表示的意思就是，這個(gè)質(zhì)點(diǎn)每經(jīng)過1秒，其速度就增加1米每秒。但需要注意的是，加速度是一個(gè)矢量，就是說，這個(gè)量不僅表示質(zhì)點(diǎn)加速度的大小，還表示加速度的方向。

加速度是速度的變化量與發(fā)生這一變化所用的時(shí)間的比值，是矢量。

加速度的方向與速度方向的關(guān)系：加速度方向與速度變化量ΔV方向相同。

在直線運(yùn)動(dòng)中，如果速度增加，加速度的方向與速度相同；

如果速度減小，加速度的方向與速度相反。

不同物體運(yùn)動(dòng)時(shí)速度變化的快慢往往是不同的（請(qǐng)注意區(qū)分速度的大小和速度變化的快慢之間的差異）。

請(qǐng)注意：加速度與速度無必然聯(lián)系，加速度很大時(shí)，速度可以很小，速度很大時(shí)，加速度也可以很小。例如：在地面上反復(fù)彈跳的皮球，在和地面接觸的極短時(shí)間內(nèi)，速度接近于零（或者說由向下的速度變?yōu)榱阍僮優(yōu)橄蛏系乃俣龋�，但是因�(yàn)樗俣仍诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)作了極大的變化，因此加速度很大。又如，以高速直線勻速行駛的賽車，速度很大，但是由于是勻速行駛，速度的變化量是零，因此它的加速度也是零。

加速度為零時(shí)，物體靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)（相對(duì)于同一參考系）。任何復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)都可以看作是無數(shù)的勻速直線運(yùn)動(dòng)和勻加速運(yùn)動(dòng)的合成。

加速度因參考系（參照物）選取的不同而不同，一般取地面為參考系。

當(dāng)運(yùn)動(dòng)的方向與加速度的方向之間的夾角小于90°時(shí)，即做加速運(yùn)動(dòng)，加速度是正數(shù)；反之則為負(fù)數(shù)。

特別地，當(dāng)運(yùn)動(dòng)的方向與加速度的方向之間的夾角恰好等于90°時(shí)，物體既不加速也不減速，而是勻速率的運(yùn)動(dòng)。如勻速圓周運(yùn)動(dòng)。

力是物體產(chǎn)生加速度的原因，物體受到外力的作用就產(chǎn)生加速度，或者說力是物體速度變化的原因。說明當(dāng)物體做加速運(yùn)動(dòng)（如自由落體運(yùn)動(dòng)）時(shí) ，加速度為正值；當(dāng)物體做減速運(yùn)動(dòng)（如豎直上拋運(yùn)動(dòng)）時(shí)，加速度為負(fù)值。