现代污染控制理论与技术-必修（研究生）全册配套完整课件3.ppt

1、现代污染控制理论与技术现代污染控制理论与技术-必修（研究生）全册配套必修（研究生）全册配套完整课件完整课件3水处理新技术0 课程简介1 新世纪水环境概论 2 化学氧化3 湿式氧化新技术4 催化氧化5 光催化氧化6 光化学催化氧化9 生物氧化新技术7 电化学与电催化水处理技术8 光电催化水处理技术补充内容：新型水处理剂应用、膜技术在水处理中应用内容提要社会发展 20世纪的成就回首往事，在已经过去的20世纪，由于科技进步、工农业的快速发展，人类社会获得了最多的物质财富，人们的物质生活和精神文明的得到了前所未有的发展和进步。这在人类历史发展的长河中，将永远值得人们骄傲和纪念，也是社会发展的重要的里程

2、碑。但是，在过去的一个世纪中，人类在品尝自己所酿造的美酒的同时，也不得不尝到由此而产生的苦果。这个世纪是人为破坏环境最严重的世纪。 环境污染 20世纪的问题 经济的发展，严重的破坏了自然环境和生态平衡： 大面积的水土流失 森林资源锐减 土地荒漠化 沙尘暴肆虐 大批物种灭绝 生物多样性遭到严重破坏 空气质量日趋下降 酸雨横行 臭氧空洞形成 工业废水和城市污水大量排放 淡水资源严重短缺 地表水质不断恶化 原子弹和核电站爆炸 核燃料的泄漏所有这一切，已经给人类社会带来了前所未有的灾害！潘多拉魔盒已经打开。 发展发展 与与 环境环境 问题问题前后轮子协调了，车才能跑得快2022-2-6举世关注的全球性

3、环境问题举世关注的全球性环境问题温室效应与全球变暖温室效应与全球变暖臭氧层破坏臭氧层破坏生物多样性减少生物多样性减少有害废物非法转移有害废物非法转移森林锐减森林锐减土地荒漠化土地荒漠化海洋污染海洋污染酸雨酸雨世界八大公害世界八大公害马斯河谷烟雾事件多诺拉烟雾事件伦敦烟雾事件洛杉矾光化学烟雾事件水俣事件富山事件(骨痛病)四日事件(哮喘病)米糠油事件自来水源水给水处理流程 预沉池 沉淀池 污泥 混凝处理Cl2 ,ClO2等 混凝剂 消毒 清水 城市给水管网给水排水处理补丁 废 水沉淀或气浮 污泥 混凝处理 混凝剂 生化处理 排放或回用 污泥脱水 深度处理给水排水处理废水处理流程 污泥脱水 污泥脱水

4、废水物化生化二级处理 好氧处理 混凝处理 废水调节池 清水排放 污泥 沉淀污泥 废水物化生化三级处理 好氧生物处理 混凝处理 厌氧生物处理 清水排放 污泥 沉淀污泥 废水调节池 废水深度处理 有毒难生物降解废水 如何处理？.OH非热等离子体电子束-射线超临界水氧化光催化还原过程H2O2/O3/UVH2O2/UVH2O2/O3O3/UV水电空化和声化H2O2/Fe2高级氧化 定义：凡反应涉及到水中羟基自由基的氧化过程，为高级氧化过程。现有的激发产生羟基自由基的过程如图所示，换句话说，这些过程就是高级氧化过程。第二章 化学氧化3.1 臭氧氧化3.2 过氧化氢氧化3.3 二氧化氯氧化3.4 高锰酸钾

5、氧化3.5 高铁酸盐氧化.OH非热等离子体电子束-射线超临界水氧化光催化还原过程H2O2/O3/UVH2O2/UVH2O2/O3O3/UV水电空化和声化H2O2/Fe2高级氧化 定义：凡反应涉及到水中羟基自由基的氧化过程，为高级氧化过程。现有的激发产生羟基自由基的过程如图所示，换句话说，这些过程就是高级氧化过程。3.1 臭氧氧化3.1.1 臭氧理化特性(1) 物理性质一种淡蓝色的、有特殊气味的气体。在水中的溶解度符合亨利定律：CKH P。在常温下，臭氧在水中的溶解度为：37mg/L。图1 臭氧分子结构模型(2) 臭氧的稳定性：臭氧不稳定，在空气和水中均易分解，但在水中分解的更快。如图1和图2所

6、示。图2 臭氧在空气和水中稳定性曲线图臭氧空气中的分解速度臭氧蒸馏水中的分解速度(3) 臭氧的氧化能力水溶液中的氧化还原电位：O3 (g) + 2H+ + 2e = O2(g) + H2O 2.07V, pH=0因此，臭氧属于强氧化剂，在所有的元素中仅次于氟。可以氧化多种无机和有机物，在水中其氧化能力随pH的升高而增强。 半反应EVF2 + 2H+ + 2e = 2HF (aq)3.06OH + H+ + e = H2O2.85F2 + 2e = 2F 2.65O(g) + 2H+ + 2e = H2O2.442O3 + 2H+ + 2e = O2 + H2O2.07OH + e = OH2.

7、0H2O2 + 2H+ + 2e = H2O1.776HO2 + 3H+ +3e = 2H2O1.7O(g) + 2H2O + 2e = 2OH1.59O3 + H2O + 2e = O2 + 2OH1.24O2 + 4H+ + 4e = 2H2O1.229H2O2 + H+ + e = OH + H2O0.71O2 + 2H2O + 4e = 4OH0.7C6H4O2 + 2H+ + 2e =C6H4(OH)20.699O2 + 2H+ + 2e = H2O20.682CH3OH(aq) + 2H+ + 2e =CH4(g) + H2O0.588半反应EVC2H4(g) +2H+ +2e =

8、C2H6 (g)0.52CO + 6H+ + 6e =CH4 +H2O0.497O2 + H2O + e = HO2 + OH0.413O2 + H2O + 4e = 4OH0.401CO2 + 4H+ + 4e = C + 2H2O0.207HCOOH (aq) + 2H+ + 2e = HCHO(aq) + H2O0.056H2CO3 + 6H+ + 6e = CH3OH + 2H2O0.0442H+ + 2e = H20.000O2 + H2O + 2e = HO2 + OH-0.076CO2 + 2H+ + 2e = CO + H2O-0.103O2 + H+ + e = HO2-0.

9、13CO2(g) + 2H+ + 2e = HCOOH(aq)-0.199HO2 + H2O + e = OH + 2OH-0.2452CO2(g) + 2H+ + 2e = H2C2O4 (aq)-0.49O2 + e = O2-0.563H2O + e = H(g) + OH-2.9315（1）臭氧氧化的应用领域 l 饮用水l 冷却水l 游泳池l 瓶装水l 含酚、氰等的工业废水l 填埋场渗滤液l 废气洗涤水l 超纯水的厂内产水线（2）臭氧氧化处理的主要效果（目的） 氧化（除铁、锰、有机物酚类和苯胺类等、氰化物、 形成颜色和臭味的物质、溴离子）消毒增强后续絮凝效果提高溶解性有机物在微生物过程

10、中的生物降解性能 3.1.2 臭氧的应用 a.氧化无机物2Fe2+ + O3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 3Mn2+ + 2O3 = 3MnO2CN- + O3 = CNO- + O2 3CN- + O3 = 3CNO- b. 氧化有机物臭氧可以氧化水中一些可溶性的有机物，对这些物质的氧化降解是一个逐渐进行的过程，即有将较大分子的物质，逐渐氧化分解为分子量较小物质。因此，在用臭氧氧化有机物时会有中间产物产生，这些中间产物往往有更容易被其它氧化剂氧化和有更好的生物可降解性，从而使水的COD和BOD升高。但是，当进一步投加臭氧用量后，会将中间产物进一步氧化降解，从而降低COD和BOD。 c

11、. 氧化消毒能力与其它常用氧化剂(消毒杀菌剂)的比较O3 ClO2 HOCl OCl- NHCl2 NH2Cl（3）臭氧氧化和消毒过程 （4）臭氧工艺的缺点 l剩余臭氧的刺激性气味l臭氧在水中的寿命较短(在氧化水体中，从几分钟到1小时）l 形成臭氧副产物溶解性天然有机物的生物降解性提高,使管网中生物结垢更为严重 溴酸根（当存在溴离子时） 高锰酸盐（当Mn2+存在时） 由溶解性天然有机物氧化而形成的醛、有机酸及羰基化有机物 （5）典型的臭氧使用剂量 当原水水质较好时，传统饮用水生产为13mg/L；推荐值为每mg/L DOC采用12mg/L臭氧;臭氧处理泳池循环水的投加量为0.4g/m31g/m3

12、.废水处理则用更多的剂量（根据化学计量） 当臭氧转化为非选择性的羟基自由基羟基自由基时需要更多的臭氧当臭氧仅仅作为强化后续絮凝或消毒剂或避免形成消毒副产物时，应减小剂量（0.40.8mg/mgDOC） （6）臭氧的使用方式 图3 臭氧使用工艺流程示意图 一般含2-6v/v%臭氧的空气或氧气进行气液交换。3.1.3 臭氧的制备方法有电解法、紫外辐射法和无声放电法。实际上只有无声放电法得到了广泛应用。其具体形式又有奥托板式、冷阴极、不锈钢管水冷式、不锈钢管水油双冷式、劳泽板风冷式、低温等离子风冷式。奥托板式是本世纪初设计的，直至80年代初还有使用。 图4 臭氧的制备方法图5 制备臭氧的奥托板发生器

13、3.1.4 臭氧氧化在水处理中的应用实践3.1.4.1 在给水处理中的应用3.1.4.2 在废水处理中的应用3.1.4.1 在给水处理中的应用美国在2000年以前有40家水厂应用臭氧工艺，而欧洲有3000家。 如：洛杉矶大都市水厂使用“臭氧活性炭深度处理技术试验”.美国洛杉矶地区水价：水厂出厂家$0.24/t，最终用户价$0.48/t。每人每日的用水量标准，欧洲为189升，美国一般为398升，南加州为800升。 臭氧的生产成本：生产1公斤臭氧消耗17公斤氧气，耗电14度。以氧气为原料气，臭氧浓度可高达10-14%，空气则为2-4%。自来水源水给给水水处处理理流流程程 预沉池 沉淀池 污泥 混凝

14、处理混凝处理 Cl2 混凝剂混凝剂 清水池 消毒 城市给水管网饮用水饮用水( (给水给水) )处理常规流程处理常规流程( (实例实例) )过滤 北江源水臭氧氧化 沉淀池 污泥 混凝处理混凝处理 臭氧 混凝剂混凝剂 臭氧氧化活性碳滤床城市管网广州市南州水厂工艺流程广州市南州水厂工艺流程2016092920160929过滤 臭氧臭氧 消毒 氯胺3.1.4.2 在废水处理中的应用(1) 臭氧氧化处理机方式或途径臭氧具有很强的氧化性，氧化有机物的反应非常复杂，主要有两条途径： 直接氧化：臭氧直接与有机物反应，臭氧有较强的选择性，直接攻击氧化有机物的活性基团(如染料的发色基团，或其它有机物的官能团等)，

15、达到降低有机物的毒性，或脱色、除臭等目的，该过程反应较慢。 间接氧化：臭氧分解产生的羟基自由基OH与有机物反应，OH氧化反应能力非常强，且无选择性的氧化有机物，基本所有有机物均可被氧化降解。该过程反应速度快。(2) 臭氧氧化处理印染(染化)废水印染(染化)废水的特点:1）成分复杂，含有多种染料和助剂2）碱度高(高pH值)3）毒性大和可生物降解性差（尤其是染化废水）4）色度高(几百度几千度)5）水质波动或变化较大因此，有时常规的“物化生化”二级处理方法难以满足要求.（问题：目前印染废水如何处理？）（问题：目前印染废水如何处理？） 臭氧氧化处理印染废水试验结果K是臭氧消耗量与CODcr去除率的比值

16、， K反应了不同阶段处理印染废水所消耗臭氧量的大小。反应初期臭氧要用于印染废水的脱色，除味和有机物的初步氧化，臭氧消耗小，K在0.30.4。随臭氧消耗量增大，K在1.71.3左右时，废水中逐渐积聚了稳定性较高，不易氧化的物质，使反应速度变慢。当反应又达到一定程度时，难氧化物质不断被氧化，K到0.7，反应速度又加快。臭氧消耗量与COD和色度去除率关系臭氧氧化特点：色度去除率高，但是COD的去除率较低。（为什么？）20090928提问F1988年德国德国巴伐利亚建立了一座以臭氧处理高浓度有机废水的工厂:臭氧氧化停留时间为臭氧氧化停留时间为 5.5小时小时臭氧投加量为臭氧投加量为2.7g/L臭氧吸收

17、率为臭氧吸收率为91.5%苯酚的去除率为含量由苯酚的去除率为含量由61.0mg/L降低到降低到0.1mg/L。F处理装置包括：反应器为鼓泡塔反应器为鼓泡塔空气压缩系统空气压缩系统自动控制的臭氧发生器自动控制的臭氧发生器臭氧尾气消除器等。臭氧尾气消除器等。 (3) 国外处理含酚的有机废水(4) 处理汽车制造综合废水汽车制造废水因属于难降解有毒有机废水，可生化性差，对汽车制造废水因属于难降解有毒有机废水，可生化性差，对其进行生物处理前，必须对其进行脱毒处理。臭氧氧化可破其进行生物处理前，必须对其进行脱毒处理。臭氧氧化可破坏、降解废水中大多数甚至全部有毒有机物，从而对废水进坏、降解废水中大多数甚至全

18、部有毒有机物，从而对废水进行行 处理，或降解有毒物，以提高可生化性。处理，或降解有毒物，以提高可生化性。表表1-2 1-2 原废水水质和特点原废水水质和特点 COD(mg/L) BOD5(mg/L) TOC(mg/L) pH 颜色 100-150 1220 3338 7.37.5 深灰 原水可生化性： BOD5/CODCr=1:103.1.5 影响臭氧化处理效果的因素影响臭氧化处理效果的因素(1) 氧化时间(2) 原水初始PH(3) 臭氧用量时间时间(min) 01020306090120COD(mg/L) 113777269605143BOD5(mg/L) 131211.610.99.58.

19、38.2原水的可生化性：BOD5:CODCr1:10处理后可生化性：BOD5:CODCr8.2:43=1:5 臭氧氧化时间对臭氧氧化时间对CODCr和和BOD5的影响的影响 (1) 氧化时间(2) 原水初始PH影响(3) 臭氧用量的影响臭氧氧化的处理结果原水的可生化性： BOD5/CODCr=1:10处理后可生化性： BOD5/CODCr=1 : 5在BOD5、CODCr 、色度等大大降低的情况下，可生化性显著提高。为后续处理提供的方便. 思考题1)请你做一判断：当用臭氧对印染废水处理时，废水的色度和CODCr哪个去除的更快些？2)为什么臭氧对有毒难降解废水进行适当处理后，可以提高废水的生化性

20、？3)臭氧作为一种强氧化剂，其氧化能力与常见的氧化剂相比如何？4)影响臭氧处理水的因素有哪些？5)臭氧氧化有机物有哪两条途径？想想看3.2.1 过氧化氢理化特性3.2.2 过氧化氢在水处理中的应用3.2 过氧化氢氧化3.2.1 过氧化氢理化特性(1) 物理性质(2) 稳定性(3)氧化还原性(4)使用注意问题纯净的过氧化氢是淡蓝色粘稠液体；实验室使用的过氧化氢一般为30的水溶液；工业级过氧化氢的浓度： 27.5 、35、 50等，俗称“双氧水”。(2) 稳定性纯净的过氧化氢比较稳定，在无杂质和良好贮存条件下，可长期稳定保存，而分解仅是微量的。但144以上时，会发生爆炸性分解。一些金属离子会促进分

21、解。杂质、pH、温度、光照等会影响其稳定性。因此，一般工业级的产品，会加入一些稳定剂，如焦磷酸钠等。(1) 物理性质(3) 氧化还原性过氧化氢具有氧化性和还原性，其在不同的环境下，可表现出不同的性质。遇到强氧化剂时，显还原性。一般情况下，显氧化性。H2O2 + 2H+ + 2e = H2O E1.776vH2O2 + H+ + e = OH + H2O E=0.71v (4) 使用注意事项较高浓度的过氧化氢水溶液(双氧水)，对皮肤具有腐蚀和刺激作用，因此使用时，应注意对皮肤和眼睛保护。若不慎与皮肤接触，应立即用水清洗。3.2.2 H2O2在水处理中的应用(1) 过氧化氢单独使用 当过氧化氢单独

22、使用时，一般用于处理含硫废水(硫化氢)、酚类废水、氰化物废水。(2) “过氧化氢/亚铁”体系联合使用(Fenton试剂） Fenton试剂是一种性能优良的废水处理药剂，可以用于处理许多其它方法难以处理的工业废水，尤其在处理生物难降解工业有机废水时，具有优良的性能。它可以使有毒难降解有机物降解、解毒，增强可生化性，去除COD等，甚至将有机降解为二氧化碳和水。(3)过氧化氢单独使用的实例 当过氧化氢单独使用时，一般用于处理含硫废水(硫化氢)、氰化物废水。与硫化氢反应，可以将其氧化为单质硫。与含氰(CN-)废水作用，将其氧化为氨和碳酸盐。 尽管单独的过氧化氢，可以对某些含硫和氰的废水进行处理，并达到

23、较好的结果。但是，更有效的处理方法，是将过氧化氢与某些无机离子合用，组成高效的催化氧化体系。可以达到高效、快速、经济、节能的目的。 (1) (1) FentonFenton试剂简介试剂简介 FentonFenton试剂催化氧化法，由试剂催化氧化法，由FentonFenton于于18941894年发现，年发现，19641964年年EisenhauerEisenhauer首次将其用苯酚废水和烷基苯废水获得良好效果后首次将其用苯酚废水和烷基苯废水获得良好效果后，FentonFenton试剂在工业废水处理中的应用研究开始收到广泛的重试剂在工业废水处理中的应用研究开始收到广泛的重视。视。 近三十年来该方

24、法在有机难降解有机工业废水处理中得到重视近三十年来该方法在有机难降解有机工业废水处理中得到重视，并在某些难降解废水处理中得到应用，并在某些难降解废水处理中得到应用. .它具有极强的氧化能力它具有极强的氧化能力，对生物降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水有较好地处，对生物降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水有较好地处理效果。理效果。 文献中已有了关于硝基苯、苯酚、喹啉等文献中已有了关于硝基苯、苯酚、喹啉等FentonFenton试剂氧化降解试剂氧化降解的报道。我们将其用于高碱性难降解苯胺类废水处理中，获得的报道。我们将其用于高碱性难降解苯胺类废水处理中，获得满意结果。满意结果。3.2.3 H2O

25、2/Fe2+催化氧化体系及其在水处理中的应用(Fenton试剂)(2) Fenton试剂催化氧化机理 Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH + OH- (1)Fe3+ + H2O2 Fe2+ + HO2 + H+ (2)OH + H2O2 H2O + HO2 (3)HO2 O2- + H+ (4)O2- + H2O2 O2 + OH + OH- (5)H2O2电极电势1.77V，而OH有很高的氧化电位：OH + H+ = H2O2 E=2.80V (6)其氧化电位仅次于氟，故可催化降解有机物，使其分解：OH + RH R + H2O (7)R + O2 ROO ROOH 分解产物 + O

26、H (8) (3)影响Fenton试剂氧化效果的因pH、Fe2+和H2O2摩尔比及浓度、反应时间、温度等影响降解效果。Fe2+催化H2O2分解产生的OH对有机物分子进攻氧化，最终使有机物矿化为H2O和CO2等无机物。降解过程是渐进的，如对废水中苯胺的降解过程：OHNH2NH2OHOHNH2OHOHOHOHNH4+OOOOOHOHOHCO2H2O+OHWavenumbers (cm-1)Fig. 6 the infra-red spectrum of aniline 氧化前1601、1498cm-1处有苯胺特征吸收峰处理前后苯胺的紫处理前后苯胺的紫外光谱表明，外光谱表明，280nm处，其特处，其

27、特征吸收峰消失。征吸收峰消失。Wavenumbers (cm-1)Fig. 7 the infra-red spectrum of aniline treated by Fenton 氧化后1601、1498处峰已消失，而在1644处出现了羰基吸收峰，且峰的强弱与Fenton试剂用量即氧化程度有关 (4)体系对有机物的处理结果(5)Fenton试剂和过氧化氢效果对比处理含硫废水：原水: 含硫S2- 65mg/L(1) 单独用过氧化氢时，按 H2O2:S2-=1.5:1比例投加时， 处理1h后，S2-13mg/L。(2) 用Fenton试剂即H2O2/Fe2+体系时，用同样量的过氧化氢条件下，只

28、需加入Fe2+2mg/L，S2-的含量降至0.1mg/L.处理含酚废水：(1) 单独用过氧化氢时， H2O2只能稍微氧化苯酚，或不反应；(2) 用Fenton试剂时，对于酚的破坏即为有效，去除率可以达到99以上。(5)Fenton试剂处理难生物降解苯胺废水246810020406080100 the degradation rate (%)pHFig.1.Effect of the initial pH in the degradation rateExperiment condition: the initial concentration of aniline:1.1mM, the dos

29、es of H2O2 and Fe2+: 9mM and 1.0mM(5)Fenton试剂处理难生物降解苯胺废水0481216020406080100 the degradation rate(%)concentrtion of H2O2 / mmol/LFig.2 Effect of H2O2 on the degradation rateExperiment condition: C01.1mmol/L, pH3.0(5)Fenton试剂处理难生物降解苯胺废水Fig.3 Effect of Fe2+ on the degradation rateExperiment condition:C

30、0=1.1mmol/L, the con- centration of H2O2:9mmol/L0.00.51.01.52.0020406080100 the degradation rate(%)concentration of Fe2+/mmol/L 争奇斗艳3.3.1 二氧化氯的强氧化性3.3.2 二氧化氯在水处理中的应用3.3.3 二氧化氯氧化技术的工业应用200910123.3 二氧化氯氧化3.3.1 二氧化氯的强氧化性(1) 二氧化氯在水中分解C1O2 + H2O = HClO3 + HCl (1-26)C1O2 = C12 + O2 (1-27)C12 + H20 = HCl +

31、 HClO (1-28)HCIO = C12 + H2O (1-29)HClO2 + C12 + H2O = HClO3 + HCI (1-30)二氧化氯遇水迅速分解，生成多种强氧化剂: HClO3、HClO、C12、H2O2等，并能产生多种氧化能力极强的活性基团(即自由基)。(2) 二氧化氯对有机物氧化降解过程二氧化氯在水中分解后产生的自由基，能激发有机物分子中活泼氢，通过脱氢反应生成R自由基，成为进一步氧化的诱发剂；羟基取代反应将芳烃上的-SO3H、-NO2等基团取代下来，生成不稳定的羟基取代中间体，此羟基取代中间体易于发生开环裂解，开环后不断降解，直至完全分解为无机物； 对色素中的某些基

32、团有取代作用，对色素分子结构中的双键有加成作用。 (3) 有机物氧化降解三个阶段1) 反应阶段初期：首先出现苯环的羟基化合物、邻苯二酚、对苯二酚、对苯醌；2) 第二阶段：出现的产物是苯环结构破坏后的二元酸，开始以顺丁烯二酸为主，浓度较高，随着氧化逐渐深入，碳链继续断开，生成小分子羧酸，如草酸和甲酸等；3) 第三阶段：为深度氧化阶段，中间产物锐减，产物以二氧化碳为主。即有机物结构降解的趋势为：苯环类有机物 + 苯环烃基化 开环生成羧酸 二氧化碳。中间产物主要为草酸、顺丁烯二酸、对苯二酚、对苯醌，以及未反应的苯酚。 中间产物主要为草酸、顺丁烯二酸、对苯二酚、邻苯二酚、对苯醌，以及未反应的邻氯苯酚。

33、 中间产物主要为草酸、顺丁烯二酸、对氨基苯酚、对苯醌，以及未反应的苯胺（3.133min）。(4)二氧化氯对芳烃化合物氧化能力1. 当苯环上有给电子基团时，氧化降解效果好；2. 当苯环上是吸电子基团时，氧化降解效果稍差；3. 难易程度依次为：羟基、甲氧基、胺基、硝基、氯代基；4. 对含苯环的化合物有较好的降解解毒性能，但不易使有机物完全矿化，有中间产物生成，使COD的去除率不是太高，但氧化出水的可生化性大大提高。3.3.2 二氧化氯在水处理中的应用（1）水的消毒（2）对水中THM的控制（3）杀菌灭澡性能（1）水的消毒二氧化氯是目前使用的消毒剂中最理想的杀菌消毒剂之一, 国外称之为第四代消毒剂。

34、它具有杀菌广谱、有效浓度低、作用速度快、无色、无臭、无毒、使用安全等优点, 广泛作为杀菌消毒剂、防臭防霉剂、食品保鲜剂、水质净化剂使用。二氧化氯杀菌原理：二氧化氯与微生物接触时，能释放出新生态氧及次氯酸分子, 是一种特强氧化剂。通过微生物膜到内部, 使蛋白质中的氨基酸氧化分解, 破坏微生物的酶系统达到抑制生长和杀灭细菌、真菌、藻类等。而且, 二氧化氯对高等动物细胞结构基本无影响。此外, 其残留生成物为水、氯化钠和微量二氧化碳、有机糖等无毒物质。因此,作为一种杀菌消毒剂，二氧化氯的性能明显地优于一般的含氯制剂。2）对水中THM的来源与控制 THMsTHMs为三卤甲烷类，是致癌物，是氯气对水消毒为

35、三卤甲烷类，是致癌物，是氯气对水消毒过程中形成的有机衍生物。其形成原因是氯气与过程中形成的有机衍生物。其形成原因是氯气与THMTHM的前体（水中有机物），发生亲电取代反应，生成卤的前体（水中有机物），发生亲电取代反应，生成卤代化合物代化合物THMsTHMs。二氧化氯消毒，不会产生氯化反应，。二氧化氯消毒，不会产生氯化反应，甚至可使甚至可使THMTHM的前驱物分解，从而保持水中的前驱物分解，从而保持水中THMTHM的浓度的浓度处于最低。处于最低。饮用水水质面临的一些问题：饮用水水质面临的一些问题：（a）不断出现新的病原微生物因子；）不断出现新的病原微生物因子；（b）化学成分数量的急剧增加。）化学

36、成分数量的急剧增加。19771977年报导：年报导：19701970年以前，有年以前，有100100多种有机物在水中被检测出多种有机物在水中被检测出来；来；19751975年末，数目超过年末，数目超过15001500种，其中有种，其中有400400500500种在世界范种在世界范围内的水中被检出过。围内的水中被检出过。JAWWAJAWWA，6969：News63(1977)News63(1977)。19811981年报导：世界范围内的调查结果，坚定了年报导：世界范围内的调查结果，坚定了22212221种合成有机种合成有机物，有物，有765765种在饮用水中。其中种在饮用水中。其中2020中为公

37、认的致癌物，中为公认的致癌物，2323种为种为可疑的致癌物，可疑的致癌物，1818种为癌的促进剂，种为癌的促进剂，5656种为诱变剂。种为诱变剂。JAWWAJAWWA，73:370(1981)73:370(1981)。（3）杀灭水中澡类 循环冷却水的处理，要求具有杀菌、灭藻、缓蚀、阻垢等作用7070年代欧美已普遍采用二氧化氯处理饮用水。二氧化年代欧美已普遍采用二氧化氯处理饮用水。二氧化氯在冷却水处理中的应用也只是氯在冷却水处理中的应用也只是7070年代中期才开始年代中期才开始, , 近十年来二氧化氯在冷却水微生物控制方面的应用报近十年来二氧化氯在冷却水微生物控制方面的应用报道较多道较多, ,用

38、二氧化氯来代替氯进行杀菌灭藻处理用二氧化氯来代替氯进行杀菌灭藻处理, ,能大能大大改善冷却水系统粘泥沉积和腐蚀控制。大改善冷却水系统粘泥沉积和腐蚀控制。3.3.3 二氧化氯氧化的工业应用 二氧化氯在印染废水脱色和处理医院废水时，具有良好的效果 （1）印染废水处理印染废水及其特点：（注意与染化废水的区别） 色度大，成分复杂：含有染料、浆料、助剂、纤维、果胶、无机盐等；染料成分和种类多，处理方法的难度较大。 染料种类：直接染料、酸性染料、活性染料、还原染料、分散染料、阳离子染料，硫化燃料等。(偶氮类) 废水 格栅 混凝沉淀 混凝剂 ClO2氧化 ClO2发生器 污泥浓缩 沉淀池排放调节池 压滤机上

39、清液上清液 干污泥处置根据某印染厂废水的实际废水特性，可以采用“混凝氧化”的方法进行处理。印染废水处理流程框图：思考题1 二氧化氯对芳烃化合物氧化能力如何？2 二氧化氯杀菌原理的杀菌消毒原理？3 氯化消毒副产物THMS是指什么？它有那些危害？在水处理中如何消除这些副产物？4 你对印染废水处理的工艺流程了解有多少？3.4 高锰酸钾氧化3.4.1 高锰酸钾的氧化性3.4.2 高锰酸钾水处理的作用3.4.3 高锰酸钾氧化的工业应用高锰酸钾作为一种强氧化剂，在不同的条件下，具有不同的氧化能力。其氧化能力与水的酸度有关：碱性：氧化能力弱中性：氧化能力较强酸性：氧化能力很强因为氧化能力与溶液中氢离子浓度有

40、关：3.4.1 高锰酸钾的氧化性(1) 给水处理的发展 1） 传统的给水处理工艺 2） 原水水质的变化 3） 传统给水处理的问题 4） 现代给水处理的特点3.4.2 高锰酸钾在给水处理的作用自来水源水给水处理流程 预沉池 沉淀池 污泥 混凝处理Cl2 ,ClO2等 混凝剂 消毒 清水 城市给水管网给水处理补丁过滤(2) 去除水中有机物和消除氯化副产物的效果（3）对致突变物质的去除和控制3.4.3 应用(1)高锰酸钾和混凝工艺联用(2)高锰酸钾复合药剂处理效果思考题 给水处理的传统工艺是什么？ 目前传统给水处理工艺遇到那些问题？如何克服之？3.5 高铁酸钾氧化1 概述2高铁酸钾的性质3高铁酸钾在

41、水处理中的应用4 高铁酸钾的生产制备5 结语3.5 高铁酸钾氧化1 概述目前 ,传统的自来水厂对水进行混凝沉淀时 ,普遍采用聚合氯化铝 () ,但其溶于水的副产物3 +对人体危害很大 ,易引起铝性脑病、骨病、贫血等; 对水进行杀菌处理时 ,普遍采用的消毒净水剂为氯源 ,但游离氯与水中有机物作用生成三氯甲烷和其他氯代烃类致癌物质。高铁酸钾:q一种多功能的新型高效水处理药剂，作为一种新 型、高效的水处理剂可弥补以上不足;q作为强氧化剂 ,能杀菌消毒;q因是非氯型的,不会形成有机氯化物,产生二次污染;q同时 ,高铁酸钾溶于水的分解产物()3 对水中悬浮物有絮凝、吸附及共沉淀去除之效果 ,其游离出的3

42、+和2+还有对人体补铁、补血之功效。 此外,它还能去除水中的氨氮、硫类物质及酚类物质等,而且它溶于水不产生有害、有毒副产物 ,其安全性有可靠保证。因此研究和开发高铁酸钾这种集氧化、消毒、吸附、絮凝、助凝、杀菌、去污为一体的新型、高效、安全、多功能的水处理剂,既可用于改善自来水水质 ,又可应用于污水处理领域中高效去污2高铁酸钾的性质2.1 高铁酸钾的形态和结构 纯的高铁酸钾为一种紫黑色晶体 ,极易溶于水 ,其水溶液呈紫红色。高铁酸钾为正四面体结构 ,原子位于四面体中心 ,四个氧原子位于四面体的四个顶角上 ,而且四个氧原子等价。K2FeO4与K2SO4、K2MnO4、K2CrO4为同晶型物质。2.

43、2高铁酸钾的氧化性高铁酸钾中铁离子为 +6价, 处于高价态, 氧化性较强, 酸性条件下电极电位值大。FeO42-+8H+3e = Fe3+ + 4H 2 O=2 .2 0比 (4-/ 2 +) =1.51, (2 72-/3+) =1 . 3 3都要高得多 ,所以高铁酸钾是比4、2 2 7等常用氧化剂氧化能力更强的一种氧化剂。3高铁酸钾在水处理中的应用 高铁酸钾由于其强氧化性及溶于水时生成的Fe(OH)3对各种阴阳离子的吸附作用 ,所以可作为一种有效的水处理剂在供水工程及污水处理中大量应用。3.1在供水工程中应用3 .1 .1用于杀菌消毒 加高铁酸钾到水样中至浓度为5.06.0mg/L时 ,其

44、消毒杀菌效率为 99.95 99.99%。3 .1 .2用于絮凝助凝 高铁酸钾溶于水生成() 3 ,具有很强的絮凝作用。除以上杀菌、消毒、絮凝作用外 ,高铁酸钾溶于水 ,还可去除水中其它一些离子 ,使水的、色度、浊度都明显降低。因此 ,它可用于野外工作者、旅游者在野外对水进行简易消毒。3 . 2在污水处理中应用3 .2 .1去除水中氨氮近年来随着生活污染物排放量的不断增加 ,水中氨氮含量逐年增多 ,造成水体富营养化。而高铁酸钾对高浓度的氨氮 (81 0mg/L)去除率在 6 0 %左右。3 .2 .2去除水中酚类物质高铁酸钾去除酚类有机污染物效果明显。当原始邻氯苯酚的浓度为 4 ,加入高铁酸钾

45、浓度为 6 0/ 时, 水中邻氯苯酚去除率达 99. 3 %3 .2 .3去除水中硫化物、氰化物 高铁酸钾可明显去除废水中所含硫化物。当pH =5.95,加入高铁酸钾浓度为 45mg/L时 ,水中2-浓度从 2 5.3 3mg/L降至 0 .3 3mg/L。 24对废水中CN-这种毒性极强的物质去除效果也十分显著。当 =11.2, 加入K2FeO4浓度为 75mg/L时 ,水中-浓度从 10.00mg/L降至 0.085mg/L。3 .2 .4去除水中藻类物质水体富营养化使水中藻类物质大量繁殖 ,严重威胁其它生物的生存。投加聚合氯化铝() 84mg/L时 ,去除藻类仅 79.57%; 若在中混

46、入 1.2mg/L24,则对藻类去除率可达 97.85%,水中藻类总量下降两个数量级 ,可见效果相当明显。3.2.5 去除水中腐殖质及难降解的有机物 腐殖质是由植物体中不易被水中生物分解的部分形成的 ,但高铁酸钾对腐殖质具有良好的氧化去除功效。同时 ,高铁酸钾还可去除水中一些难降解的有机物 ,如苯胺、苄胺、肟、腙、硫脲等 ,甚至还可去除废水中一些放射性核素。3.2.6 处理印染废水的效果1）高铁酸钾的生产制备2）生产上存在的问题3）解决问题的途径4结语 高铁酸钾作为一种新型水处理剂, 其在水处理中的安全、高效和多功能性日益为人们所认识, 也吸引着越来越多的环保工作者从事高铁酸钾的研究。虽然目前

47、高铁酸钾的合成方法离大规模工业化生产还有一段距离 ,但它指出了一种更安全、高效的污水处理方法。因此 ,应加大在高纯度高铁酸钾的稳定合成方面的研究 ,并进一步拓宽高铁酸钾在水处理中的应用领域 ,为我国水处理工业的发展和环境保护作贡献2022-2-6第三章 湿式氧化技术 李明玉116第三 章 湿式氧化新技术 第一节 概述第二节 湿式氧化技术（WAO）第三节 超临界水氧化技术(SCWO)2022-2-6第三章 湿式氧化技术 李明玉117第一节 概述（1）湿式氧化技术的提出（WET AIR OXIDATION）（2）概念湿式氧化：在高温、高压下，利用氧化剂将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水，从而达到去

48、除污染的目的。反应条件：反应温度一般150350度，压力为520MPa，处理后COD 去除率可达90。2022-2-6第三章 湿式氧化技术 李明玉118（3）湿式氧化的发展1958年有美国的Zimmermann提出，主要用于造纸黑液的处理。之后主要用于污泥处置、造纸黑液碱回收、活性炭再生等。70年代以后，拓展到有毒难降解废水处理领域，对含酚、有机磷、有机氯有机废水的处理等。中国在80年代开始进行有关方面的研究，起步较晚。2022-2-6第三章 湿式氧化技术 李明玉119（4）湿式氧化法的问题在国外，尽管湿式氧化法在某些废水处理中已经进入工业化应用阶段，但是在大面积推广中，存在一些问题：1）高温

49、高压条件相对苛刻，腐蚀问题2）处理能力小，费用高3）对有机物氧化不完全，尤其是多氯 联苯和小分子羧酸类有机物4）可能会产生毒性更强中间体2022-2-6第三章 湿式氧化技术 李明玉120（5）改进的湿式氧化法为了提高效果和降低费用，人们在以下几个方面，对其进行了改进：1）添加催化剂，形成催化湿式氧化法(CWAO) （Catalytic wet air oxidation）2）添加过氧化剂，形成湿式过氧化物氧化法 （Wet peroxide oxidation）3）在更高的温度和压力下，在临界流体状态 下，采用超临界水氧化技术 （Supercritical water oxidation,SCW

50、O）2022-2-6第三章 湿式氧化技术 李明玉121第二节 湿式氧化法(WAO)1 基本原理2 反应动力学经验方程式3 影响因素4 工艺流程5 应用实例2022-2-6第三章 湿式氧化技术 李明玉1221 基本原理 在高温高压下用氧气或空气为氧化剂，氧化有机物。（1）水和氧气在高温高压下性质 在高温高压下，水及作为氧化剂的氧的物理性质在高温高压下，水及作为氧化剂的氧的物理性质都发生了变化，在室温到都发生了变化，在室温到100100范围内，氧的溶解范围内，氧的溶解度随温度升高而降低，但在高温状态下，氧的这度随温度升高而降低，但在高温状态下，氧的这一性质发生了改变。当温度大于一性质发生了改变。当