化學(xué)預(yù)氧化課件

化學(xué)預(yù)氧化理論與技術(shù)目錄化學(xué)預(yù)氧化技術(shù)研究現(xiàn)狀1高錳酸鉀預(yù)氧化技術(shù)2臭氧預(yù)氧化技術(shù)3預(yù)氯化技術(shù)4一化學(xué)預(yù)氧化技術(shù)研究現(xiàn)狀化學(xué)預(yù)氧化主要利用氧化勢(shì)較高的氧化劑來(lái)氧化、分解或轉(zhuǎn)化水中的污染物，同時(shí)削弱污染物對(duì)常規(guī)處理工藝的不利影響，強(qiáng)化常規(guī)處理工藝的除污染效能。自從1970年Diaper等人最先提出預(yù)氧化(預(yù)臭氧preozonation)后，人們開(kāi)始對(duì)化學(xué)預(yù)氧化進(jìn)行了大量的研究。化學(xué)預(yù)氧化主要有去除水中有機(jī)污染物、控制氯化消毒副產(chǎn)物、除藻、除臭味、除鐵錳和助凝等方面的作用，從而保障飲用水的安全性。二高錳酸鉀預(yù)氧化技術(shù)高錳酸鉀最早由倫敦的SirAlexandeHouston于1913年用于水處理領(lǐng)域。在美國(guó)，高錳酸鉀已經(jīng)于1927年和1928年分別應(yīng)用于紐約的Rochester和Buffalo兩地。高錳酸鉀屬于過(guò)渡金屬化合物，在水中能以多種氧化態(tài)形式存在，高錳酸鉀在水中的形態(tài)主要有二、三、四、六、七價(jià)等形態(tài)化合物。各種形式具有一定的自由焓，幾種價(jià)態(tài)間可以通過(guò)化學(xué)作用相互轉(zhuǎn)化。高錳酸鉀預(yù)氧化主要有去除有機(jī)污染物、鐵錳離子、除藻、除臭味、控制氯化消毒副產(chǎn)物等作用，但在投加藥劑量方面應(yīng)該注意，避免引起水體色度超標(biāo)等問(wèn)題。2.1高錳酸鉀預(yù)氧化去除鐵、錳離子的去除高錳酸鉀預(yù)氧化除鐵錳已有很多年的應(yīng)用歷史。游離態(tài)的鐵、錳二價(jià)離子在pH大于5.5情況下能立即被高錳酸鉀氧化。當(dāng)有機(jī)物存在時(shí)會(huì)明顯降低鐵錳離子的去除效果。水體中的鐵錳離子與溶解性有機(jī)物之間存在明顯的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)。2.2高錳酸鉀預(yù)氧化去除有機(jī)污染物

高錳酸鉀與水中有機(jī)物間的作用很復(fù)雜，既有高錳酸鉀與有機(jī)物間的直接氧化作用；也有高錳酸鉀在反應(yīng)過(guò)程中形成的新生態(tài)二氧化錳對(duì)微量有機(jī)污染物的吸附與催化作用；同時(shí)還有高錳酸鉀在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的介穩(wěn)狀態(tài)的中間產(chǎn)物的氧化作用。曲久輝對(duì)高錳酸鉀預(yù)氧化去除沈陽(yáng)地下水中微量有機(jī)物做了研究，并用GC-MS分析法對(duì)水中微量有機(jī)污染物進(jìn)行分析。結(jié)果表明高錳酸鉀對(duì)水中微量有機(jī)污染物具有較好的去除效果，可使地下水中絕大多數(shù)物質(zhì)的色譜面積大幅度下降。對(duì)某些污染物的去除效率甚至可以達(dá)到l00%，對(duì)所檢出的“三致”污染物和優(yōu)先污染物也有較好的去除效果。2.3高錳酸鉀預(yù)氧化除藻高錳酸鉀也是一種常見(jiàn)的殺藻劑，投加高錳酸鉀可以有效地提高藻類(lèi)的去除率，對(duì)堿性水的除藻效果優(yōu)于中性或酸性水。一般投加量為1~3mg/L、接觸時(shí)間≥1~2h。高錳酸鉀作為一種強(qiáng)氧化劑，對(duì)有機(jī)物分子中多鍵功能團(tuán)的破壞能力非常強(qiáng)，甚至可以分裂苯環(huán)。與藻毒素作用時(shí)，可以破壞藻毒素分子上的不飽和雙鍵。高錳酸鉀對(duì)細(xì)胞外毒素的去除有很好的效果，而對(duì)細(xì)胞內(nèi)毒素的去除效果較差。E.Rodriguez等研究表明，用1~1.25mg/L的高錳酸鉀預(yù)處理可使水中藻毒素的濃度低于1μg/L。三臭氧預(yù)氧化技術(shù)臭氧的氧化能力極強(qiáng)，氧化還原電位為2.07V，在堿性溶液中僅次于氟。臭氧最早的試驗(yàn)應(yīng)用是1886年在法國(guó)用作殺菌劑。20世紀(jì)60年代末臭氧開(kāi)始用于原水的預(yù)氧化。預(yù)臭氧主要用于脫色除臭、去除藻類(lèi)和藻毒素、控制氯化消毒副產(chǎn)物、初步去除或轉(zhuǎn)化污染物、助凝等方面。一般認(rèn)為其對(duì)水質(zhì)的改善程度取決于原水水質(zhì)和臭氧化條件等。預(yù)臭氧化同時(shí)產(chǎn)生一定的醛類(lèi)、溴酸鹽等對(duì)人體有害的副產(chǎn)物。3.2臭氧預(yù)氧化去除水中有機(jī)污染物

可使水中多種有機(jī)污染物被氧化，也可能導(dǎo)臭氧與水中有機(jī)物間的作用很復(fù)雜，既致產(chǎn)生一些小分子有機(jī)物、一些副產(chǎn)物。因而除了觀(guān)測(cè)水中有機(jī)污染物濃度變化外，還應(yīng)該同時(shí)進(jìn)行水的毒理試驗(yàn)，通過(guò)毒理學(xué)指標(biāo)衡量臭氧對(duì)水質(zhì)的綜合影響程度。大多數(shù)情況下，臭氧氧化天然水體可降低紫外吸收值。臭氧氧化生成低分子量化合物表明臭氧先氧化有機(jī)物中最易反應(yīng)的位置。研究也表明，在一定的臭氧投量下，富里酸的一些特殊位點(diǎn)可與臭氧作用；而在較高的臭氧投加量下，可能會(huì)產(chǎn)生更多的氧化位點(diǎn)。最初的反應(yīng)主要是臭氧分子的攻擊，而持續(xù)反應(yīng)后自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就會(huì)發(fā)生(尤其是在pH=2.6時(shí))。提高pH值，會(huì)導(dǎo)致自由基反映在整個(gè)氧化反應(yīng)中更早的出現(xiàn)。3.2.4臭氧預(yù)氧化對(duì)臭味的去除

水的嗅味主要由腐殖質(zhì)等有機(jī)物、藻類(lèi)、放線(xiàn)菌以及過(guò)量投氯而引起?，F(xiàn)已查明主要致臭物有土臭素、2-甲基異冰片、2,4,6-三氯回香醚等。雖然水中異臭物質(zhì)的閾值僅為0.005~0.01μg/L，但臭氧去除嗅味的效率非常高，一般1~3mg/L的投加量即可達(dá)到規(guī)定閾值。美國(guó)洛杉磯水廠(chǎng)10年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證實(shí)了預(yù)臭氧化控制飲用水異臭的有效性?；炷恋砗蠹映粞跹趸墒雇脸羲睾?-甲基異冰片(MIB)等異臭味物質(zhì)濃度降低85%左右，再加生物活性碳處理則可達(dá)到100%的去除率。3.5臭氧預(yù)氧化的助凝作用助凝的可能機(jī)理是：增加水中含氧官能團(tuán)有機(jī)物(如羧MartinRJekel提出臭氧預(yù)氧化酸等)，使其與金屬鹽水解產(chǎn)物、鈣鹽等形成聚合體，降低無(wú)機(jī)顆粒表面NOM的靜電作用，引起溶解有機(jī)物的聚合作用，形成具有吸附架橋能力的聚合電解質(zhì)，使高穩(wěn)定性物質(zhì)脫穩(wěn)、產(chǎn)生共沉淀等。影響臭氧預(yù)氧化助凝效果的主要因素有：原水TOC、硬度、預(yù)臭氧化及絮凝條件、藻類(lèi)種屬及數(shù)量、濁度等。不同原水的臭氧預(yù)氧化助凝效果差別較大。實(shí)驗(yàn)研究表明：臭氧在低投加量(4mg/L)時(shí)，可以起到良好的助凝效果。3.6臭氧預(yù)氧化除藻藻類(lèi)的控制問(wèn)題，目前受到全世界的關(guān)注。水處理過(guò)程中藻類(lèi)含量高時(shí)會(huì)影響絮凝和沉淀，增加絮凝劑的用量；堵塞濾池，縮短濾池過(guò)濾周期；致臭并產(chǎn)生藻毒素；與氯作用形成氯化消毒副產(chǎn)物，降低飲用水安全。臭氧作為一種很強(qiáng)的氧化劑，能起到很好的殺藻作用，死亡的藻細(xì)胞易于在后續(xù)的工藝中去除。研究表明，臭氧能有效殺滅藻類(lèi)，破壞藻體。左金龍等研究認(rèn)為臭氧可以有效降解水中藻毒素，其有效劑量與水中DOC有關(guān)。3.7臭氧預(yù)氧化控制氯化消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷是主要的氯化消毒副產(chǎn)物，富里酸和腐殖酸是主要的前驅(qū)物質(zhì)。臭氧預(yù)氧化是通過(guò)將腐殖質(zhì)分解為低分子量化合物，達(dá)到降低三鹵甲烷生成勢(shì)(THMFP)的作用。預(yù)臭氧化去除氯化消毒副產(chǎn)物(DBPs)前驅(qū)物質(zhì)的效果取決于原水水質(zhì)及預(yù)臭氧化條件，主要是TOC及Br含量、有機(jī)物性質(zhì)、臭氧投量及時(shí)間、水溫、pH等。四預(yù)氯化技術(shù)氯作為一種氧化劑，作用于水處理工藝前端。當(dāng)氯加入純水中后，首先發(fā)生以下反應(yīng)：在pH>3的稀溶液中，上式的正反應(yīng)基本完成。次氯酸HClO又進(jìn)一步離解：氯在純水中水解成Cl-,ClO-,H+。其中水中所含的Cl-,ClO-，Cl2都稱(chēng)為自由性余氯。其種類(lèi)、所占比例與水溫和pH有關(guān)。預(yù)氯化主要有去除水體中有機(jī)污染物、Fe、Mn離子、除藻等作用。但是，預(yù)氯化會(huì)導(dǎo)致水體中氯化消毒副產(chǎn)物量增加。自由性余氯會(huì)與水體中的氯化消毒副產(chǎn)物前體物（主要是腐植酸和富里酸）反應(yīng)。因此，應(yīng)該注意氯的投加量、接觸時(shí)間等因素。4.2預(yù)氯化去除水中鐵、錳離子水處理中常利用氯與某些無(wú)機(jī)物的氧化反應(yīng)來(lái)完成它們的去除問(wèn)題，常見(jiàn)的有除鐵和除錳。水中呈溶解態(tài)的二價(jià)鐵離子可以通過(guò)氯氧化為氫氧化鐵沉淀物：水中溶解的錳化合物同樣可以通過(guò)氯氧化成二氧化錳沉淀，但pH值應(yīng)在7~10范圍內(nèi)，最佳pH值接近10，反應(yīng)式為4.3預(yù)氯