鎂鋁堿性原電池的探究

鎂鋁堿性原電池的探究

課前問題回顧1：1.鎂鋁鹽酸原電池中有著怎樣的現(xiàn)象？注意觀察電流表指針偏轉方向哦！

課前問題回顧1：

課前問題回顧2：2.若將鹽酸換成氫氧化鈉溶液，又會產(chǎn)生怎樣的現(xiàn)象呢？

學生交流課前已做作業(yè)：注意觀察現(xiàn)象哦！現(xiàn)象

：（1）電流表指針出現(xiàn)反轉；

（2）鎂表面一直沒有氣泡。

設疑：為什么電流表指針會出現(xiàn)反轉？

學生交流：

講解：開始時電流表指針的偏轉方向與鎂鋁鹽酸原電池中一致，說明開始時鎂作負極；而后指針反轉，說明鋁作負極。

想一想：負極的電極反應式是怎樣的？負極（鎂條）：

Mg-2e-+2OH-===Mg(OH)2

負極（鋁條）：Al-3e-+4OH-===AlO2-+2H2O

那么此時正極發(fā)生了怎樣的反應呢？使用溶解氧傳感器采集鎂條附近溶液中的氧氣含量正極：O2+2H2O+4e-===4OH-吸氧腐蝕提出問題：為什么有的同學觀察到鋁條表面有氣泡？

電極的自腐蝕是指電極失去的電子沒有經(jīng)過導線形成電流而直接被溶液中的氧化劑得到。在鎂鋁堿性原電池中，無論是鎂電極鈍化前還是鎂電極鈍化后，都存在鋁的自腐蝕：

2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2

另一方面由于鋁片不純，雜質的存在易發(fā)生微觀原電池反應，促進了鋁電極的自腐蝕，加快了生成H2的速率。

本節(jié)課小結1.鎂鋁堿性原電池中，開始鎂作負極，發(fā)生吸氧腐蝕。負極（鎂條）：Mg-2e-+2OH-===Mg(OH)2

正極（鋁片）：O2+2H2O+4e-===4OH-電池總反應：2Mg+O2+2H2O===2Mg(OH)22.鎂鈍化后鋁作負極，發(fā)生吸氧腐蝕。

負極：4Al-12e-+16OH-===4AlO2-+8H2O

正極：3O2+6H2O+12e-===12OH-

電池的總反應為：4Al+3O2+4OH-===4AlO2-+2H2O

3.鋁電極的自腐蝕生成氫氣

保持一顆好奇的心，去探究化學世界的未解之謎吧！附錄資料：不需要的可以自行刪除CASS工藝1CASS工藝簡介2CASS工藝的基本原理3CASS工藝的基本特點4CASS工藝主要設計參數(shù)1CASS工藝簡介CASS（CyclicActivatedSludgeSystem）工藝是近年來國際公認的處理生活污水及工業(yè)廢水的先進工藝。其基本結構是：至少由兩個區(qū)域組成，即生物選擇區(qū)和主反應區(qū)，但也可在主反應區(qū)前設置一兼氧區(qū)，其主反應區(qū)后部安裝了可升降的自動撇水裝置。整個工藝的曝氣、沉淀、排水等過程在同一池子內(nèi)周期循環(huán)運行，省去了常規(guī)活性污泥法的二沉池和污泥回流系統(tǒng)；同時可實現(xiàn)總體上連續(xù)進水，間斷排水。

2CASS工藝的基本原理

CASS是一種具有脫氮除磷功能的循環(huán)間隙廢水生物處理技術。每個CASS反應器由生物選擇區(qū)、兼氧區(qū)和主反應區(qū)三個區(qū)域組成。

CASS反應器CASS反應器1.生物選擇區(qū)2.兼氧區(qū)3.主反應區(qū)2CASS工藝的基本原理CASS工藝集反應、沉淀、排水功能于一體，污染物的降解在時間上是一個推流過程，而微生物則處于好氧、缺氧、厭氧周期性變化之中，從而達到對污染物去除作用，同時還具有較好的脫氮、除磷功能。生物選擇區(qū)作用在生物選擇區(qū)內(nèi)，通過主反應區(qū)污泥的回流并與進水混合，不僅充分利用了活性污泥的快速吸附作用而且加速對溶解性底物的去除并對難降解有機物起到良好的水解作用，同時可使污泥中的磷在厭氧條件下得到有效的釋放。生物選擇區(qū)還可有效地抑制絲狀菌的大量繁殖，克服污泥膨脹，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在生物選擇區(qū)中，污泥回流液中存在的少量硝酸鹽氮（約為2mg/L）可得到反硝化，反硝化量可達整個系統(tǒng)反硝化量的20%左右。選擇器可定容運行，亦可變?nèi)葸\行，多池系統(tǒng)中的進水配水池也可用作選擇器。兼性區(qū)作用兼氧區(qū)不僅具有輔助厭氧或兼氧條件下運行的生物選擇區(qū)對進水水質水量變化的緩沖作用，同時還具有促進磷的進一步釋放和強化氮的反硝化作用。主反應區(qū)作用主反應區(qū)則是最終去除有機底物的主要場所。運行過程中，通常將主反應區(qū)的曝氣強度以及曝氣池中溶解氧強度加以控制，以使反應區(qū)內(nèi)主體溶液中處于好氧狀態(tài)，保證污泥絮體的外部有一個好氧環(huán)境進行硝化；活性污泥結構內(nèi)部則基本處于缺氧狀態(tài)，溶解氧向污泥絮體內(nèi)的傳遞受到限制，而較高的硝酸鹽濃度（梯度）則能較好地滲透到絮體內(nèi)部，有效地進行反硝化，從而使主反應區(qū)中同時發(fā)生有機污染物的降解以及同步硝化和反硝化作用。CASS工藝的循環(huán)運行過程

CASS以一定的時間序列運行，其運行過程包括進水－曝氣、進水－沉淀、停止進水－排水和進水－閑置等4個階段并組成其運行的一個周期。CASS工藝的循環(huán)運行過程不同的運行階段的運行方式可根據(jù)需要進行調整,如無反應進水（即進水時既不曝氣也不攪拌）、無曝氣進水混合、進水曝氣及不進水曝氣等。一個運行周期結束后，重復上一周期的運行并由此循環(huán)不止。CASS工藝的循環(huán)運行過程

循環(huán)過程中，反應器內(nèi)的水位隨進水而由初始的設計最低水位逐漸上升至最高設計水位，因而運行過程中其有效容積是逐漸增加的（即變?nèi)莘e運行）。曝氣和攪拌階段結束后，在靜止條件下使活性污泥絮凝并進行泥水分離，沉淀結束后通過移動堰表面潷水裝置排出上清水層并使反應器中的水位恢復至設計最低水位，然后，重復上一周期的運行。CASS工藝的循環(huán)運行過程

為保證系統(tǒng)在最佳條件下運行，必須定時排泥。CASS反應器中經(jīng)沉淀后的污泥濃度可達10000mg/L以上，剩余污泥量要比傳統(tǒng)的活性污泥處理工藝少得多。CASS工藝的循環(huán)操作過程（1）曝氣階段：由曝氣裝置向反應池內(nèi)充氧，此時有機污染物被微生物氧化分解，同時污水中的NH3-N通過微生物的硝化作用轉化為NO3--N。CASS工藝的循環(huán)操作過程（2）沉淀階段:

此時停止曝氣，微生物利用水中剩余的DO進行氧化分解。反應池逐漸由好氧狀態(tài)向缺氧狀態(tài)轉化，開始進行反硝化反應?；钚晕勰嘀饾u沉到池底，上層水變清。CASS工藝的循環(huán)操作過程（3）潷水階段:

沉淀結束后，置于反應池末端的潷水器開始工作，自上而下逐漸排出上清液。此時反應池逐漸過渡到厭氧狀態(tài)繼續(xù)反硝化。CASS工藝的循環(huán)操作過程（4）閑置階段:

閑置階段即是潷水器上升到原始位置階段。具體運行過程分析（1）進水—曝氣階段。此階段，邊進水邊曝氣，同時將主反應器區(qū)的污泥回流至生物選擇器。污泥回流量約為處理廢水量的20%。

具體運行過程分析（2）進水—沉淀。此階段，停止曝氣，靜置沉淀以使泥水分離。在沉淀剛開始時，由于曝氣所提供的攪拌作用剩余的混合能使污泥發(fā)生絮凝，隨后污泥以區(qū)域沉降的形式下降，因而所形成的沉淀污泥濃度較高（當混合液的污泥濃度為3500mg/L時，經(jīng)沉淀后污泥的濃度可達到10000mg／L以上）。與SBR工藝不同的是，CASS工藝在沉淀階段不僅不停止進水，而且污泥回流也不停止。由于在沉淀期間反應器不排水，因而在合理設計的條件下，反應器猶如豎流式沉淀池，而其表面負荷則要比豎流式沉淀池低得多，可獲得良好的沉淀分離效果。具體運行過程分析（3）停止進水－排水。此階段，CASS反應器停止進水。根據(jù)處理系統(tǒng)中CASS反應器個數(shù)的不同，或者將原水引入其它CASS反應器（兩個或兩個以上CASS反應器），或者將原水引入CASS反應器之前的集水井（單個CASS反應器）。排水均采用自動控制的潷水器進行。排水期間，污泥回流系統(tǒng)照常工作。污泥回流的目的是提高缺氧區(qū)的污泥濃度，以使隨污泥回流該區(qū)內(nèi)污泥中的硝態(tài)氮進行反硝化，并進行磷的釋放而促進在好氧區(qū)內(nèi)對磷的吸收。由于CASS反應器在運行過程中的最高水位和潷水時的最低水位是設計確定的，因而在潷水期間進行污泥回流不會影響出水水質。具體運行過程分析（4）進水－閑置階段。實際運行過程中，由于潷水時間往往要比設計潷水時間短，其剩余時間通常用于反應器內(nèi)污泥的閑置以恢復污泥的吸附能力。正常的閑置期通常在潷水器恢復待運行狀態(tài)后4~5min開始。閑置期間，污泥回流系統(tǒng)照常工作。在實際運行過程中，閑置階段往往與排水和排泥過程同步進行，因而一般不需在運行周期中獨立分配時間。

1.3CASS工藝的基本特點

與傳統(tǒng)的活性污泥處理工藝及經(jīng)典SBR工藝相比，CASS工藝具有以下四個方面的特征：

（1）根據(jù)生物選擇原理，利用與主反應區(qū)分建或合建、位于系統(tǒng)前端的生物選擇區(qū)對磷的釋放、反硝化作用及對進水中有機底物的快速吸附及吸收作用，增強了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；（2）可變?nèi)莘e的運行提高了系統(tǒng)對水量水質變化的適應性和操作的靈活性；（3）根據(jù)生物反應動力學原理，采用多池串聯(lián)運行，使廢水在反應器的流動呈現(xiàn)出整體推流而在不同區(qū)域內(nèi)為完全混合的復雜流態(tài)，不僅保證了穩(wěn)定的處理效果，而且提高了容積利用率；3CASS工藝的基本特點（4）通過對生物速率的控制，使反應器以厭氧—缺氧—好氧—缺氧—厭氧的序批方式運行，使其具有優(yōu)良的脫氮除磷效果，降低了運轉費用。CASS法的優(yōu)點（1）建設費用低,省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流設備；（2）運轉費用省，管理簡單，運行可靠；（3）工藝流程短，占地面積少；（4）污泥產(chǎn)量低，污泥性質穩(wěn)定；（5）具有脫氮除磷功能；（6）設備安裝簡便，施工周期短，具有較好的耐水、防腐能力，設備使用壽命長；（7）對原水的水質水量的變化有較強的適應能力，處理效果穩(wěn)定，出水水質好。（8）無異味。4CASS工藝主要設計參數(shù)最大設計水深可達5~6