氧化还原法在处理化工废水中的应用

氧化还原法在处理化工废水中的应用
【摘要】本文主要就氧化还原法于化工废水处理中的应用：通过氧化还原的原理、氧化的方式与型式（包括氯氧化处理法、空气以及纯氧的氧化处理法、臭氧氧化处理法）及氧化还原法在化工废水中处理的应用（包括氯氧化法的应用处理法、臭氧法处理含酚废水法、空气氧化除硫法）进行了详细的阐述。

【关键词】氧化还原，化工废水，应用
一、前言
随着国家推进削减主要污染物排放总量工作的开展以及逐步提高污染物排放标准，现有的技术方法难以满足更高的要求，因此有必要探索更加经济有效、便于推广应用的新技术。

二、氧化还原的原理
水资源污染问题一直以来都倍受关注，特别是在这个工业极其发达的今天，工业生产排出的有毒难降解废水被排入河流之后，直接导致了周边的环境受到污染，破坏了水资源；为常用的技术方法各有自身的优点，同时也不同程度地存在着某些不足之处。

例如，有的技术方法对难降解污染物净化不彻底、处理速度慢，而有的可能造成二次污染，有的设备投资大、处理费用高等。

无机物与有机物等水中溶解性的物质，能够通过化学反应，产生氧化或者还原，转换为无害或者毒性极小的新物质，或者转换为极易由水内分离或排除的状态，如气体或固体。

因此达到处理目的。

治理废水污染，保护水环境，人们经过长期努力，已经建立了许多净化处理废水的技术方法，并已广泛应用于实际的废水处理工程中，这些技术方法通常可以分为物理法、化学法、物化法、生化法等。

通过化学药剂与废水中的污染物进行氧化还原反应，从而将废水中的有毒有害污染物转化为无毒或者低毒物质的方法称为氧化还原法。

在氧化还原反应中，参加化学反应的原子或离子有电子得失，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。

氧化还原法，其实质为无机物于化学反应内，原子或离子元素失去或者获得电子，引发化合价升高或下降。

于水内常用的还原剂包括：铁屑、硼氢化钠、锌粉、二氧化硫、硫酸亚铁等。

虽然氧化技术发展不是很完善，但由于其反应条件温和、操作条件容易控制、氧化能力强、无二次污染，加之TiO2化学稳定性高、无毒等优点，使氧化技术仍是一项具有广泛应用前景的新型水污染处理技术。

三、氧化的方式与型式
1、氯氧化处理法
使用极其普遍的氧化剂为氯。

氯氧化处理法，最常用的药剂包括氯的含氧酸、氯气及其钙盐、二氧化氯以及钠盐。

氯（Cl2）极易溶于水，且快速水解，歧化是HCl与HClO：Cl2+2H2O=H3O++Cl-+HclO
次氯酸是一元弱酸，于水内的电离和PH值有关：
HClO=H++CLO-
次氯酸有极强的氧化性，并且于酸性溶液内，有更加强的氧化性。

漂白粉、次氯酸钠、漂白精等等氯系氧化剂，于溶液内皆彻底电离，转化为次氯酸根离子，随之水解：
ClO-+H2O=HClO+OH-
明显，它们的氧化性，也和PH值相关。

氯的氧化作用，还会因为光辐射，例如紫外光及可放射性辐射而增强。

呈气态的二氧化氯，非常不稳定，极容易爆炸，可是其水溶液，却非常稳定。

为了促进二氧化氯的溶液分解，可进行加热、光照与OH以及某些催化剂。

二氧化氯于水中的溶解度极大，为氯的5倍。

所以，常常在现场制备，且溶于水来备用。

它的工业制法为氯和亚氯酸钠，于酸性溶液里起化学反应：
Cl2+2NaClO2=2ClO2+2NaCl
利用二氧化氯来除臭与味后，无残存的臭与味；当水内含酚之时，不会形成氯酚，所以，对除酚尤其好使。

可是ClO2的还原以及歧化的产物ClO2-有毒，对人体有害，当ClO2处理有机废水之时所形成的氯代有机物，也会对人体产生长期生理效应。

所以，利用ClO2处理水之后，一定需经活性炭进行吸附处理。

2、空气以及纯氧的氧化处理法
氧的化学氧化性为非常强的，并且若PH值下降，氧化性便提升，这对于空气氧化法的展开极其有利。

可是，用氧气展开氧化反应的活化能极高，由此反应速度非常慢，这便使得于常温、常压及无催化剂之时，空气氧化法即是曝气法，所需要进行反应的时间极其长，这也令其广泛应用受到制约。

若设法断开氧分子内的0-0键，例如进行高压、高温、r射线辐射及催化剂等方法，如此氧化反应速度将会大大增强。

纯氧氧化法尽管处理效率比较高，可是因为成本高，导致应用受制约。

仅在有价低纯氧可供使用之时，方考虑选取。

3、臭氧氧化处理法
臭氧的氧化性非常强，在反应条件理想的状态下，臭氧可将水溶液里绝大部分单质与化合物氧化至其最高氧化状态。

对水中的有机物，可产生猛烈的氧化降解作用，具有猛烈的杀菌消毒作用。

所以，速度快、不产生污泥、出水无臭无味等为臭氧法处理法的废水具有的优点。

因为臭氧为极不稳定的，所以常常皆于现场制备臭氧。

臭氧制备的办法极多，有化学法、电解法、无声放电法及高能射线
的辐射法等，眼下工业上，差不多皆采取干燥空气与氧气经无声放电法，来制取臭氧。

水的臭氧处理，是在混合反应器也就是接触反应器中展开。

反应器充分促进臭氧与水分碰触扩散混合，令与水中的杂质充足反应。

在微孔扩散的析式反应器里，废水由上而下流转，臭氧由池底的扩散板上喷出，用以微小气泡形态上升，致使其与废水逆流充分接触，接触的时间愈长，反应展开的愈充分。

强腐蚀性是臭氧具有的特征，所以，设备与管路，应当采取耐腐蚀的材料或展开防腐处理。

四、氧化还原法在化工废水中处理的应用
1、氯氧化法的应用处理法
（1）、酚的氧化处理法
使用液氯与漂白粉来氧化酚，所用的氯量务必过量几倍，不然将形成不良的气味。

酚的氯化反应：
C6H5OH+8Cl2+7H2O→C2H2(COOH)2+2CO2+16HCl
若用ClO2来处理，那么也许令酚彻底分解，而没有氯酚味道，可所需费用却较氯更加昂贵。

（二）、硫化物的氧化处理法
氯氧化硫化物的化学反应式如下：
H2S+Cl2→S+2HCl
H2S+3Cl2+2H2O→SO2+6HCl
一些氧化成硫之时，每1mg/LH2S需要2.1mg/L的氯。

彻底氧化为SO2之时，每1mg/LH2S需要6.3mg/L的氯。

（三）、含氰废水的处理法
通过氯来处理含氰的废水之时，其化学反应分成两个阶段展开。

氰化物首先被氧化为氢氰酸盐，接下来又进一步展开氧化分解。

第一阶段化学反应极快，第二阶段化学反应比较慢。

其化学反应过程如下。

一阶段：
2CaCl(OCl)+2H2O→2HOCl+Ca(OH)2+CaCl2
HOCl→H++Ocl-
CN-+OCl+H2O→CNCl+2OH-
CNCl+2OH-→CNO-+Cl+H2O
二阶段：
a.于酸性的介质下水解之时：
CNO-+2H2→CO2+NH3+OH-
b.展开彻底氧化之时:
2CHO-+3OCl-→CO2↑+N2↑+3Cl-+CO32-
上述化学反应于PH=8.0～8.5之时效果最佳，有利于产生CO2气体逸出水面，促使氧化反应的实现。

2、臭氧法处理含酚废水法
酚的臭氧化学反应比较快，氧化过程苯环将被打断，转化成易生物降解物质。

一些含酚工业废水的臭氧化学处理效果见下表。

3、空气氧化除硫法
空气氧化法。

含硫废水的处理，主要用空气氧化法。

硫化物大多以钠盐与铵盐的形态存于废水之中，例如NaS、（NH4）2S、NaHS、NH4HS。

于酸性废水内，偶尔还会存有H2S。

于还原性非常强的碱性溶液里，空气氧化法的效果非常好。

氧和硫化物的化学反应分两步展开：
其一：HS-+2O2=S2O32-+H2O
2S2-+2O2+H2O=S2O32+2OH
其二：S2O32-+2O2+2OH-=2SO42-+H2O
在空气氧化脱硫工艺里，可以于各种密封塔体，如填料塔、筛板塔、空塔等里面展开。

含硫的废水与蒸汽和空气通过射流进入混合器之后，随之进入氧化塔展开脱硫。

其塔分成四段，其段高为3m。

每段的进口处皆有喷嘴，可令废水、气、汽与段里的废水充分的混合一起，达到促进塔内化学反应的加速展开。

五、结束语
今后的化氧化技术将集中于负载型纳米TiO2的制备、高效光催化反应器的研制、能用于回收粉TiO2的膜技术的发展和各种难降解有机物的氧化降解规律的研究方向，特别是高效太阳光源反应器的研制。

纳米催化剂技术的广泛应用，必将在生态环境保护、实现可持续发展事业中发挥越来越大的作用。

参考文献
[1]李霖张莉丽王贞，分散式污水处理的方法与回用探究北京化学工业出版社2003，
[2]张伟强刘峰林氧化还原于化工处理中的应用研究北京化学工业出版社2009
[3]肖磊，邹华生，钟艳玉，等．超声技术降解对氯苯酚的研究[J]．环境科学与技术，2009。