第五章 水中污染物的氧化还原反应与水的消毒
水环境化学氧化还原反应PPT课件
1/nlg[Red]/[Ox]) 故 pe =EF/2.303RT
当T=298K时, pe =1/0.059 E = 16.9E
（好氧水，水体呈氧化环境,有夺取电子的倾向）
天然水体的pe
(三) 天然水体的pe值计算
eg2. 若在一个有微生物作用产生CH4及CO2的 厌氧水中，假定 pCO2=pCH4，pH=7.00， 相关半反应为1/8CO2+ H+ + e =1/8CH4+1/4H2O peo = 2.87,求pe值.
pe = -4.13 (说明水体是一还原环境,有提供电子的倾向。)
Ox + ne = Red
平衡表达式可表示为：
[Ox][e]n
k = [Red]/
两边取负对数，
并令：
pe0= lgk/n ,
pe= -lg[e]
则得：
pe= pe0 - 1/nlg[Red]/[Ox]
当氧化还原平衡，即 [Red] = [Ox]时
pe= pe0
[注：这里pe是氧化还原平衡体系电子浓度的负对
1. 电子活 度
⑴ 氢离子活度的概念
在酸碱反应中,酸和碱用质子的给予体和
质子的接受体来解释。且定义:
pH = -lg(αH+) αH+—水溶液中氢离子活度,衡量溶液接受或 迁移质子的相对趋势。
⑵ 电子活度的概念
在氧化还原反应中，还原剂和氧化剂是
电子给予体和电子接受体.定义： pe = -lg(αe)
氧化还原反应的应用举例
氧化还原反应的应用举例氧化还原反应是化学反应中一种非常重要的类型，它涉及到电子的转移和原子的氧化状态的改变。
在自然界和工业生产中，氧化还原反应广泛应用于各个领域。
本文将从环境、生活和工业三个方面，为大家举例说明氧化还原反应的应用。
一、环境应用1. 空气污染治理氧化还原反应在净化大气中的有害气体方面发挥着重要作用。
例如，汽车尾气中的一氧化氮（NO）通过氧化反应可以转化为二氧化氮（NO2），进而与大气中的水蒸气反应生成硝酸和硝酸盐，达到净化大气的效果。
2. 水处理在水处理过程中，氧化还原反应可以被用来去除水中的有机物、重金属离子等污染物。
例如，二氧化氯可以通过氧化反应将水中的有机物和细菌进行消毒杀菌。
二、生活应用1. 食物加工氧化还原反应在食物加工中有着广泛的应用。
举个例子，面粉中的淀粉在高温条件下与氧气发生氧化反应，形成焦糖的香味和颜色。
此外，在面包烘烤过程中，氧化还原反应也会使面包变得松软可口。
2. 储存电能电池就是利用氧化还原反应储存和释放电能的设备。
例如，锂离子电池中，锂金属通过氧化反应生成锂离子，并在放电过程中通过还原反应重新与电池中的正极反应，从而实现电能的储存和供应。
三、工业应用1. 金属冶炼氧化还原反应在金属冶炼中起着重要作用。
例如，铁矿石的冶炼就是通过高温条件下的还原反应将铁矿石中的氧化铁还原为金属铁，以获得纯净的铁。
2. 化学品生产氧化还原反应在化学工业生产中有着广泛应用。
例如，氨的合成就是通过氧化反应将氮气和氢气在催化剂的作用下进行反应合成氨。
另外，制造硫酸等化学品的过程中也离不开氧化还原反应的参与。
总结起来，氧化还原反应在环境、生活和工业中都有着广泛的应用。
通过对有害气体的净化、食物加工、储能以及金属冶炼和化学品生产等方面的例子，我们可以更好地理解和认识到氧化还原反应在现实生活中的重要性和作用。
希望本文的举例能够增加对这一化学反应类型的了解和兴趣，促进相关领域的进一步研究和应用。
高中化学知识点梳理氧化还原反应的应用
高中化学知识点梳理氧化还原反应的应用高中化学知识点梳理：氧化还原反应的应用在高中化学学习中，氧化还原反应是一个非常重要的知识点。
它不仅在化学实验中有着广泛的应用，也存在于我们日常生活和工业生产中的许多方面。
本文将梳理和探讨氧化还原反应的各种应用。
一、氧化还原反应在生活中的应用1. 腐蚀防护：氧化还原反应在金属腐蚀防护中起着至关重要的作用。
例如，我们可以采用电镀技术来保护金属，通过将金属浸入含有金属阳离子的溶液中，利用氧化还原反应将金属阳离子还原成金属沉积到金属表面，从而形成一层保护膜，防止金属被氧气腐蚀。
2. 食品加工：在食品加工中，氧化还原反应起着重要的作用。
例如，在面包的发酵过程中，酵母菌通过进行氧化还原反应将糖分解产生二氧化碳和醇，从而使面团膨胀。
另外，氧化还原反应还参与食品的烹饪、烘焙和煮熟过程，使食品呈现出特定的颜色、口感和风味。
3. 水处理：氧化还原反应在水处理中起着重要的作用。
例如，通过氧化还原反应可以去除水中的重金属和有机污染物。
其中，电解法、还原锌法和氧化法等技术被广泛应用于水处理过程中，通过氧化还原反应去除水中的污染物。
二、氧化还原反应在工业生产中的应用1. 电池：电池是利用化学能转化为电能的装置，而其中的氧化还原反应是电池能够正常工作的基础。
例如，铅酸电池中正极的活性物质PbO2在充电过程中发生还原反应，将充电电能转化为化学能，而在放电过程中发生氧化反应，将化学能转化为电能。
2. 冶金工业：氧化还原反应在冶金工业中具有广泛的应用。
例如，冶炼铁的高炉过程中，铁矿石与焦炭发生氧化还原反应，生成铁和一氧化碳等产物。
此外，氧化还原反应也被应用于炼钢、提纯金属等冶金过程中，以实现金属的提取和精炼。
3. 化肥生产：氧化还原反应在化肥生产中具有重要的地位。
例如，尿素是一种重要的氮肥，其生产过程中需要进行氧化还原反应。
在尿素生产过程中，尿素酶催化下尿素氧化成氨，再与二氧化碳反应生成尿素，实现了氮肥的合成。
水污染治理技术与方法
水污染治理技术与方法如今，水污染成为了全球面临的重要环境问题之一。
由于人类活动的过度开发和不合理排放，水体中的污染物越来越严重，对人类健康和生态系统产生了严重的影响。
因此，水污染治理技术和方法的研究和应用变得至关重要。
在本文中，将探讨一些常见的水污染治理技术和方法。
一、物理处理技术和方法物理处理技术和方法主要通过物理手段去除水中的污染物。
最常见的物理处理方式包括沉淀、过滤和膜分离。
1.沉淀沉淀是将悬浮在水中的污染物通过物理方式使其沉淀到底部，从而实现污染物的去除。
常用的沉淀方法包括静态沉淀和动态沉淀。
2.过滤过滤是利用过滤介质将水中的污染物截留下来，常见的过滤介质有沙子、活性炭等。
过滤可以有效去除悬浮颗粒、有机物和微生物等。
3.膜分离膜分离是一种利用特殊的膜材料将水中的污染物分离出去的方法。
常见的膜分离技术包括超滤、纳滤和反渗透等。
二、化学处理技术和方法化学处理技术和方法通过加入化学试剂使水中的污染物发生反应并沉淀下来。
常见的化学处理方式包括凝胶沉淀、氧化还原反应和中和等。
1.凝胶沉淀凝胶沉淀是利用铁盐、铝盐等化学试剂与水中的污染物发生反应形成凝胶，然后通过沉淀将污染物截留下来。
2.氧化还原反应氧化还原反应是利用氧化剂和还原剂将水中的有机物氧化分解为无害的物质。
常见的氧化还原反应包括臭氧氧化和高级氧化等。
3.中和中和是利用酸、碱等化学试剂将水中的酸性或碱性物质中和，以达到中性条件。
中和可用于去除酸性废水和碱性废水中的污染物。
三、生物处理技术和方法生物处理技术和方法通过利用生物体的生理代谢过程将水中有机物、氨氮等污染物降解转化为无害物质。
常见的生物处理方式包括活性污泥法、生物滤池和人工湿地等。
1.活性污泥法活性污泥法是一种利用微生物将水中的有机物降解为二氧化碳和水的生物处理方法。
通过控制和调节活性污泥的性质和环境因素，可有效去除水中的有机物和氨氮等。
2.生物滤池生物滤池是一种采用生物滤料种植微生物降解水中有机物的方法。
污水处理中的氧化与还原反应机理
温度的影响
温度升高
温度的升高可以加速化学反应的速率 ，因为分子间的碰撞频率增加，促进 了反应的进行。
温度降低
在低温条件下，反应速率可能会降低 ，因为分子间的碰撞频率减少，影响 了反应的进行。
有机物浓度的影响
有机物浓度高
高浓度的有机物可能会提供更多的反应物质，促进氧化还原反应的进行。
有机物浓度低
有机物浓度过低可能会限制反应物质的供应，从而影响氧化还原反应的速率和程度。
关注新兴领域和新技术
随着科技的进步，未来可能会出现新的污水处理技术和方 法，研究应关注这些新兴领域，并尝试将这些新技术和方 法应用到反应机理的研究中。
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部分氧化
部分氧化是指有机物部分被氧化， 形成中间产物。例如，乙醇被部分 氧化为乙醛。
臭氧氧化
臭氧是一种强氧化剂，可以与多种 有机物和还原性物质发生氧化还原 反应。例如，臭氧可以用于自来水 的消毒杀菌。
02 还原反应机理
还原反应的定义与分类
还原反应的定义
在污水处理中，还原反应是指将 氧化态物质转化为较低氧化态或 还原态的过程。
氧化还原电位的影响
高氧化还原电位
高氧化还原电位有利于氧化反应的进行，因为提供了更多的 电子受体。
低氧化还原电位
低氧化还原电位有利于还原反应的进行，因为提供了更多的 电子供体。
05 氧化还原反应的优化策略
优化反应条件
温度控制
选择适宜的温度范围，以提高氧化还原反应的速率和效率。
pH调节
通过调节pH值，创造适宜的酸碱环境，促进氧化还原反应的进 行。
溶解氧浓度
控制溶解氧的浓度，以满足不同氧化还原反应的需求。
水质工程学：第五章 水中污染物的氧化还原反应与水的消毒
（4） 系统安全性 氯泄漏
隐孢子虫卵囊(3-5 m)
蓝氏贾第虫孢囊 （8－12 m）
5.3 臭氧氧化和消毒
一、臭氧的特点 • 强氧化剂： 氧化还原电位与pH有关，在酸性溶液中为
2.07V，在碱性溶液中为1.24V。 • 在水中溶解度较低，只有3~7mg/L（25℃）。因为臭氧
一、 氧化还原概述
氧化剂1＋还原剂1
还原剂2＋氧化剂2
• 氧化还原能力（失去或得到电子的能力）：
——氧化还原电位作为指标。 （ORP—Oxidation Reduction Potential）
• 标准氧化还原电位(ORP)E0的测定：
标准氧化还原电位E0，以氢的电位值作为基准，氧化态和还 原态的浓度为1.0M时所测的值，由负值到正值依次排列。
二、 消毒概述
2. 消毒的微生物学指标
依据《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）
细菌总数：≤100 CFU/mL；（ Colony-Forming Units菌落
形成单位 ）
总大肠杆菌群：不检出 /100 mL； 余氯：30min 游离余氯≥0.3 mg/L，2h 总氯≥0.5mg/L，
二、 消毒概述
4. 消毒方法
(1) 化学药剂（氧化剂等） (2) 物理法（热和光） (3) 机械法（格网、 膜） (4) 辐射（γ射线、电子束）
•给水处理中消毒是必需的 •污水处理中是根据需要（如医院污水）
二、 消毒概述
5. 消毒机理 可能有以下几个方面的作用：
(1)破坏细胞壁 (2)改变细胞通透性 (3)改变微生物的DNA或RNA (4)抑制酶的活性
中国：由水源集中取水，经过统一净化处理和 消毒后，由输水管网送到用户的供水方式。
《养殖水化学》第五章天然水的氧化还原作用
反应速率与两个反应物的浓度成正比，速率常数k为常数。
复杂反应
包含多个步骤的反应，需要建立更复杂的动力学模型来描述。
04
天然水中的氧化还原状态及其指标
氧化还原状态的指示剂
溶解氧（DO） 是水体中溶解的分子态氧，是衡量水 体氧化还原状态的重要指标。
氧化还原电位（ORP）
表示水体中氧化还原反应的电位，可 以反映水体中氧化还原状态的变化。
生理需求
繁殖与发育
天然水的氧化还原作用还影响到水生 生物的繁殖与发育，如某些生物需要 在特定的氧化还原条件下才能正常繁 殖。
不同水生生物对溶解氧的需求不同， 某些生物对溶解氧的要求较高，而某 些生物则可以在低氧环境下生存。
对养殖水体的影响
养殖效益
养殖水体的氧化还原状态直接影响到养殖效益，如溶解氧 含量、酸碱度等。
氧化还原电位与水质的关系
氧化还原电位的变化可以反映水体中氧化还原反应 的强度和水质的变化趋势。
化学需氧量和生物需氧量 与水质的关系
化学需氧量和生物需氧量可以反映水体中有 机物的含量和生物降解能力，对水质评估和 治理具有重要意义。
05
天然水中氧化还原作用的生态意义
对水生生物的影响
生存环境
天然水的氧化还原状态直接影响到水 生生物的生存环境，如溶解氧含量、 酸碱度等。
《养殖水化学》第五章天 然水的氧化还原作用
• 天然水的氧化还原作用概述 • 天然水中的氧化剂与还原剂 • 天然水中的氧化还原反应动力学 • 天然水中的氧化还原状态及其指标 • 天然水中氧化还原作用的生态意义
01
天然水的氧化还原作用概述Biblioteka 氧化还原反应的定义氧化
物质失去电子的过程，通常伴随着能量的释放。
5环境化学-天然水的氧化-还原平衡(王晓蓉)
第五章 天然水中的氧化-还原平衡
三、天然水体的pE-pH图 2、pE-pH图 （2）Fe 2+和Fe(OH)2(s)的边界
[Fe2+]=1.00×10-5mol·L-1，则
平pE13.2＋logKsp[H+]3 [Fe2+]
边界条件[Fe2+]=1.0010-5molL-1, 则得 pE=22.2-3pH
3、天然水的pE和决定电位
平logK＝nFE0＝nE0（25℃） 2.303RT0.0591
第五章 天然水中的氧化-还原平衡
一、天然水中氧化-还原平衡的意义 二、电子活度和氧化还原电位 三、天然水体的pE-pH图 四、天然水中污染物的氧化还原转化
第五章 天然水中的氧化-还原平衡
1、重金属元素的氧化还原转化 天然水中的铁主要以Fe(OH)3(S)或Fe2+形态存在。 设总溶解铁的浓度为1.00×10-3 mol/L
1
p E = 5 .8 2 + lo g
[N
O
2-]6
1
[N
H
+ 4
]6
[N
H
+ 4
]
1
.0
0
1
0
4
lo g [N O 2-] 3 8 .9 2 6 p E
1 8
NO
3
5 4
H
e
1 8
N
H
+ 4
3 8
H
2O
p E 0 1 4 .9 0
1
p E = 6 .1 5 + lo g
[N O
3- ]8
1
是 一 条 垂 直 于 横 轴 平 行 于 pE纵 轴 的 直 线 ， 表 明 与 pE无 关 。 当 pH2.99时 ， Fe(OH)3(s)将 陆 续 析 出 。
水污染控制技术-氧化还原
污水的物理处理技术 ——氧化还原
一、氧化还原基本原理
氧化还原
把溶解于废水中的有毒有害物质，经过氧化还原反应，转化为无毒无害的物质，或转化为气体或固体使其容易从水中分 离出去，这种废水的处理方法称为氧化还原法。
在氧化还原反应中，有毒有害物质有时是作还原剂的，这时需外加氧化剂如空气、臭氧、氯气、漂白粉、次氯酸钠等。 当有毒有害物质作氧化剂时，需外加还原剂如硫酸亚铁、氯化亚铁、锌粉等。如果通电电解，则电解时阳极是一种氧化 剂，阴极是一种还原剂。
二、化学氧化
（一）空气氧化 （二） 臭氧氧化 （三） 氯氧化 （四） 其他氧化
氧化还原
三、化学还原
氧化还原
1. 含铬废水的还原处理
（1）硫酸亚铁还原法 （2）亚硫酸盐还原法
2. 化学还原法处理酸性镀铜废水 3. 金属还原法
四、工程实例
氧化还原
黄石市无机盐厂主要生产重铬酸钠和铬酸酐，废水主要污染物是六价铬，含量13mg/L左右， 全年排出含铬废水约7万吨。 含铬废水进入均化池后，由计量泵送入处理池，分析废水中的六价铬含量，按照化学计量式 过量20%加入硫酸亚铁，并进行搅拌。废水中的六价铬在酸性条件下与硫酸亚铁发生反应生成三 价铬。反应20min后，分析六价铬含量指标，达到排放标准后，加入石灰调节pH值为8左右，使 Cr3+生成Cr(OH)3沉淀，同时Fe3+、Fe2+分别生成Fe(OH)3、Fe(OH)2沉淀。继续搅拌20min后， 停止搅拌，任其自然沉降，上清液直接排出厂外，沉淀物经板框压滤机分离，滤液排放，滤渣烘 干返回重铬酸钠焙烧配料工序。 此工艺流程还原时间20min，澄清时间20min，废水处理后六价铬含量<0.5mg/L。
第五章天然水中的氧化还原反应
第五章天然水中的氧化还原反应第一节天然水的氧化还原电位一、天然水中的氧化还原反应1、天然水中变价元素的存在形态地球化学通常根据环境所存有游离氧（O2）量的多少，将环境划分为氧化环境或还原环境。
氧化环境指大气、土壤和水环境中含有一定量游离氧的区域，不含游离氧或游离氧含量极低的区域称为还原环境。
通常将含溶解氧丰富的水称为处于氧化状态的水，即其属氧化环境。
一般未受到人类活动的干扰、与外界交换良好的天然水域，均为处于氧化状态的水环境。
反之，则属还原性环境。
如果池塘采用过高放苗密度和高投饵量的养殖方法，同时又不能充分地增氧与适时地排出污物，必将使池水溶解氧含量降低到极低值，特别是处于高温季节的池塘底层水可能转化为还原性环境；此外，含丰富有机质的沼泽水、地下水以及封闭或半闭的海湾底层等水域，也常呈还原状态。
在含溶解氧丰富的氧化水环境与缺氧的还原水环境中，常见变价元素的主要存在形态列于表5-1 。
由表5-1 可知，变价元素可同时以多种价态形式存在于水环境中，但在不同的水环境中，其主要的存在价态形式不同。
如氮元素，在富含溶氧水的氧化环境中，主要以最高价（5+）的NO-3 形态存在，即其含量最高；在溶氧量极低、甚至缺氧的还原性水环境中，NH4+（NH3）的含量较高，即氮以最低价（3-）的NH3（NH4+）为主要存在形态，NO-3 含量很低，甚至可能无法检出。
天然水是一种极为复杂的氧化还原体系，其中同时存有多种处于氧化态与还原态的物质，如随雨水、河水等流入天然水域的风化壳、土壤和沉积物中的矿物质均为氧化态。
来源于火成岩风化产物的矿物质在其形成时，所含有的成分均被完全氧化，因此这些成分中的元素存在形态也多为氧化态。
水中也有一些元素主要以还原态存在，如海水中的氯、溴元素主要以低价的Cl-、Br-形态存在。
但天然水域中的多数无机物通常以氧化态形式存在。
天然水环境中的有机物主要来源于绿色植物与淋洗土壤的雨水，但在养殖池水中，情况则复杂得多，残饵与生物的粪便、尸体等代谢产物则是水中有机物的重要来源。
水污染控制工程——化学氧化还原法
E E 2-E EEF三、基本原理通过药剂与污染物的氧化还原反应，把废水中有毒害的污染物转化为无毒或微毒物质的处理方法称为氧化还原法。
废水中的有机污染物(如色、嗅、味、COD)及还原性无机离子(如CN-、S2-、Fe2+、Mn2+等)都可通过氧化法消除其危害，而废水中的许多重金属离子(如汞、镉、铜、银、金、六价铬、镍等)都可通过还原法去除。
废水处理中最常采用的氧化剂是空气、臭氧、氯气、次氯酸钠及漂白粉；常用的还原剂有硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、硼氢化钠、水合脏及铁屑等。
在电解氧化还原法中，电解槽的阳极可作为氧化剂，阴极可作为还原剂。
投药氧化还原法的工艺过程及设备比较简单，通常只需一个反应池，若有沉淀物生成，尚需进行因液分离及泥渣处理。
电解氧化还原法的工艺过程及设备均有其特殊性，将辟专节讨论。
（一）反应程度的控制对于水溶液中的氧化还原反应，可以方便地用各电对的电极电势来衡量其氧化性(或还原性)的强弱，估计反应进行的程度。
氧化剂和还原剂的电极电势差越大，反应进行得越完全。
电极电势置主要取决于物质("电对")的本性(反映为E0值)，同时也和参与反应的物质浓度(或气体分压)、温度有关，其间的关系可用奈斯特公式表示：(13-1)利用上式可估算处理程度，即求出氧化还原反应达平衡时各有关物质的残余浓度。
例如，铜屑置换法处理含汞废水有如下反应：Cu+Hg2+=Cu2++Hg 当反应在室温(25℃)达平衡时，相应原电池两电极的电极电势相等：由标准电极电势表查得：＝，＝，于是可求得[Cu2+]／[Hg2+]＝10。
可见，此反应可进行得十分完全，平衡时溶液中残Hg2+极微。
（二）影响处理能力的动力学因素由于多数氧化还原反应速度很慢，因此，在用氧化还原法处理废水时，影响水溶液中氧化还原反应速度的动力因素对实际处理能力有更为重要的意义，这些因素包括：(1)反应剂和还原剂的本性。
影响很大，其影响程度通常要由实验观察或经验来决定；(2)反应物的浓度。
环境化学-5-水环境中的氧化-还原作用2
▪如果进入水体有机物很多，溶解氧来不及补充，水体中溶解 氧将迅速下降，甚至导致缺氧或无氧，有机物将变成缺氧分解。 此时污染物缺氧分解产物为NH3、H2S、CH4等，将会使水质 进一步恶化。
5、设天然水中的总溶解铁浓度为1.0×10－3mol/L，以Fe3+Fe2+-H2O体系为例，讨论不同pE对铁形态浓度的影响。
因此，pE指示了平衡状态下(假想)的电子活度，它衡量溶液接收或 迁移电子的相对趋势，在还原性很强的溶液中，其趋势是给出电子。 pE越小，电子浓度越高，体系提供电子的倾向就越强。反之，pE越 大，电子浓度越低，体系接受电子的倾向就越强。
二、氧化还原电位E和pE的关系：
Ox（氧化剂）+ne→Red（还原剂）
三、pE和△G
△G = –nEF
△G= –2.303nRT(pE) △G0=–nFE0=–2.303nRT(pE0)
例 ： 厌 氧 条 件 下 硝 酸 盐 转 化 为 氨 盐 NO3—NH4+ 。 T=298K，求E0、PE0、K
解：
1 8
NO3-
+
5 H+ +e= 4
1 8
NH4+
+
H2O
△Gf0-110.50kJ/mol -79.50kJ/mol -237.19kJ/mol
pE严格的热力学定义：
由Stumm和Morgan（摩根）提出的，基于下列反应：
污水处理中氧化还原消毒技术研究
污水处理中氧化还原消毒技术研究氧化还原消毒技术是一种常用于污水处理的技术，通过氧化和还原反应，能够有效去除污水中的有机物质和微生物，达到消毒的目的。
氧化还原消毒技术在污水处理领域得到了广泛应用，本文将对其进行深入研究。
一、基本原理氧化还原消毒技术依靠氧化还原反应来杀灭污水中的有机物质和微生物。
氧化是指通过氧化剂向某种物质提供氧原子，使得该物质发生氧化反应。
还原是指通过还原剂将某种物质的氧原子移除，使得该物质发生还原反应。
在氧化还原消毒技术中，常用的氧化剂有臭氧、次氯酸钠等，常用的还原剂有二氧化硫等。
二、臭氧氧化消毒技术臭氧氧化消毒技术是一种常用的氧化还原消毒技术。
臭氧是一种强氧化剂，能够分解有机物质和杀灭微生物。
在臭氧氧化消毒技术中，臭氧气体首先通过臭氧发生器产生，并注入到污水中。
臭氧气体会与污水中的有机物质进行氧化反应，将其转化为无机物质，从而去除有机污染物。
此外，臭氧也能够杀灭污水中的细菌、病毒等微生物，达到消毒的效果。
臭氧氧化消毒技术具有操作简单、效果良好的特点。
但是，臭氧氧化消毒技术对设备要求较高，需要配备臭氧发生器等设备，造成投资成本较高。
同时，臭氧氧化消毒技术对操作人员的安全意识要求较高，因为臭氧气体具有一定的毒性。
三、次氯酸钠还原消毒技术次氯酸钠还原消毒技术是一种常用的还原消毒技术。
次氯酸钠（NaClO）是一种强氧化剂，能够分子构造改变和杀灭微生物。
在次氯酸钠还原消毒技术中，次氯酸钠首先通过电解产生，并溶解在污水中。
次氯酸钠溶液会与污水中的有机物质发生还原反应，将其转化为无机物质，从而去除有机污染物。
同时，次氯酸钠还能够杀灭污水中的微生物，如细菌、病毒等。
次氯酸钠还原消毒技术具有设备简单、成本较低的特点。
其操作简单方便，适用范围广泛。
然而，次氯酸钠还原消毒技术也存在一定的问题，如次氯酸钠溶液的储存和运输过程中会有一定的危险性，需要加强安全管理。
四、前景展望随着社会的发展和环境保护意识的提高，氧化还原消毒技术在污水处理中的应用前景广阔。
给排水工艺中的氧化还原技术
给排水工艺中的氧化还原技术氧化还原技术在给排水工艺中的应用随着工业和城市化的发展，污水处理成为了一项重要的环境保护任务。
给排水工艺中的氧化还原技术，以其高效、可靠的特点，成为了处理工业和生活污水的主要方法之一。
本文将介绍氧化还原技术在给排水工艺中的应用，以及对环境保护的重要意义。
一、氧化还原技术简介氧化还原技术是利用氧化剂来氧化有机物，或者利用还原剂来还原无机物的一种技术。
在给排水工艺中，常见的氧化剂包括臭氧、过氧化氢等，还原剂包括亚硫酸盐、亚铁离子等。
氧化还原反应能够将有机物降解为无害的无机物或者较低毒性的化合物，从而达到净化水质的目的。
二、氧化还原技术在污水处理中的应用1. 化学氧化化学氧化是氧化还原技术中的一种常用方法。
它通过添加化学氧化剂来氧化有机物，进而使其分解降解。
常见的化学氧化剂有臭氧、过氧化氢等。
化学氧化能够有效降解污水中的有机物，提高水质的净化效果。
2. 电化学氧化电化学氧化是利用电解设备产生的氧化电位来氧化有机物的一种方法。
它主要通过两种电极之间的电解反应来实现有机物的降解。
电化学氧化具有反应速度快、能耗低、操作简单等优点，在工业废水处理中得到了广泛应用。
3. 生物电化学氧化生物电化学氧化结合了生物处理和电化学处理的特点。
它利用微生物在电极上的代谢活动，将有机物氧化分解为无机物。
生物电化学氧化技术具有效果好、能耗低的特点，在处理有机废水中表现出良好的应用前景。
三、氧化还原技术在给排水工艺中的意义1. 提高水质氧化还原技术能够有效地将有机物降解为无害的无机物或者较低毒性的化合物，从而提高水质。
在给排水处理中应用氧化还原技术，可以有效去除水中的有机物、重金属等污染物，保障水环境的健康。
2. 减少对环境的污染氧化还原技术具有高效、可靠的特点，可以对污水进行有效处理，减少对环境的污染。
通过合理应用氧化还原技术，可以将污水中的有害物质转化为无害物质，从而减少对环境的负面影响。
3. 节约资源传统的污水处理方法常常需要大量的化学药剂和能源，而氧化还原技术则相对节约资源。
探究水的净化过程
探究水的净化过程水是人类生活中必不可少的资源，而清洁安全的水源对人们的健康和生活质量至关重要。
然而，现实中水源受到了各种污染，因此水的净化过程就显得尤为重要。
本文将探究水的净化过程，介绍几种常见的水处理方法，并讨论它们的优缺点。
一、物理净化物理净化主要通过物理手段去除水中的悬浮物和杂质。
常见的物理净化方法包括过滤、沉淀和净水器等。
1. 过滤过滤是一种常见的水净化方法，可以通过不同细度的滤网或滤器将水中的悬浮物和大颗粒杂质截留下来。
例如，家庭中的净水器通常采用纤维滤芯或活性炭滤芯，这些滤芯通过孔隙的大小来过滤水中的杂质，使得水变得更清澈、透明。
2. 沉淀沉淀是将水中的悬浮物通过重力沉淀到底部的一种方法。
在水处理厂中，常采用沉淀池或沉淀池来实现沉淀作用，通过让水在静置的过程中，让悬浮物沉降下来，从而获得相对较为清洁的水。
3. 净水器净水器是家庭中常见的水净化设备，它利用滤芯的孔隙和吸附原理去除水中的杂质和有害物质。
净水器的滤芯种类多样，可以去除水中的重金属、细菌、病毒等有害物质，提供更安全、干净的饮用水。
二、化学净化化学净化是利用化学反应去除水中的污染物质的净化方式。
常见的化学净化方法包括氯化、臭氧氧化和混凝等。
1. 氯化氯化是将氯气或氯化剂加入水中，通过化学反应来杀灭细菌和病毒的方法。
氯化广泛应用于自来水处理厂，能有效杀灭水中的致病微生物，保障饮用水的安全。
2. 臭氧氧化臭氧氧化是利用臭氧的高氧化性能，将水中的有机物氧化为无害的物质。
臭氧在水处理中被广泛使用，它能有效降解有机污染物，减少水中的异味和色度。
3. 混凝混凝是将化学混凝剂加入水中，通过化学反应使溶解的杂质凝结成较大的颗粒，方便后续的沉淀和过滤。
混凝剂通常包括铁、铝盐等，它们与水中的悬浮物和胶体发生反应生成絮凝物，有效去除水中的浊度和色度。
三、生物净化生物净化是利用生物活性物质或微生物去除水中的有机物和污染物的净化方式。
生物净化方法包括生物滤池、活性污泥法和湿地净化等。
水中无机污染物的氧化反应资料
水中无机污染颗粒物类别：
（1）矿物微粒和粘土矿物 天然水中常见矿物微粒为石英、长石、云母及粘土矿物等 硅酸盐矿物。粘土矿物是由其他矿物经化学风化作用而生 成，主要为铝或镁的硅酸盐。 （2）金属水合氧化物
Al, Fe, Mn, Si等在天然水中以无机高分子及溶胶等形式 存在。Al 在水中的主要形态是Al3+、Al(OH)2+、Al2(OH)24+、 Al(OH)2+、Al(OH)3、Al(OH)4-等无机高分子。Fe 在水中的 主 要 形 态 是 Fe3+ 、 Fe(OH)2+ 、 Fe2(OH)24+ 、 Fe(OH)2+ 、 Fe(OH)3、等无机高分子。
当反应达平衡时，定义E0＝(2.303RT/nF) lgK
(3)
从上述化学方程式(1)，可写出K= [Red]/{[Ox][e]n } (4)
根据pE的定义
pE＝－lg[e]=1/n{lgK-lg[Red]/[Ox]}
= EF/2.303RT
(5)
= E/0.059
根据 Nernst 方程，pE的一般表示形式为： pE = pE0 + （1/n） ·lg ([反应物]/[生成物])
无机铁的氧化还原
天然水中铁的存在形态为 Fe(OH)3(s) 或Fe2+，现以Fe3+-Fe2+-H2O 体系为例讨论 pE 对铁形态浓度的影响 。
设总溶解铁浓度为1.0×10-3mol/L ：
Fe3+ + e
Fe2+
pE0 =13.05
pE=13.05+1/n lg[Fe3+]/[Fe2+]
当pE<<pE0 时， [Fe3+]<<[Fe2+]， [Fe2+]= 1.0×10-3mol/L
氧化还原与消毒解析
预氧化
预氧化可去除：
藻类、浮游生物、有机物 色度、臭和味 铁、锰 可破坏一部分氯化消毒副产物的前驱物，或使之转化成氯
化副产物生成势相对较低的中间产物
中间氧化
通常设在常规处理工艺的沉淀之后或过滤之后，通过与颗 粒活性炭（ＧＡＣ）或生物活性炭（BAC）联用，利用活 性炭的良好吸附性能和生物降解功能将氧化后形成的可生 化性较高的小分子有机物、有毒有害中间产物及消毒副产 物前体物等进一步去除。
氧化剂和消毒方法概述
王旭峰 邓涛 乐盼
氧化剂与消毒方法
➢ 氧化还原方法
用于去除水中的致病微生物、有机与无机污染物等。 常见的氧化剂有氯、臭氧、二氧化氯、过氧化氢、 高锰酸盐、高铁酸盐。
➢ 消毒
氧化剂在水处理中与水中微生物如原生生物、浮游 生物、藻类、细菌、病毒等作用，使之灭活或强化去除。
氧化剂——氯
高锰酸钾去除有机物的作用机理：
➢ 高锰酸钾的直接氧化作用
➢ 新生态二氧化锰的吸附作用
➢ 新生态二氧化锰的催化作用
其他氧化剂
➢ 过氧化氢
一种强氧化剂，主要用于水与污水的高级氧化。
➢ 高铁酸盐
具有氧化、絮凝、吸附等作用。
化学氧化
按化学药剂在水处理过程中的投加点不同和产生的作用不 同，可将氧化分为预氧化、中间氧化和后氧化。
臭氧O3
Cl2
中 间 提 升 泵 房
生
臭 氧 接 触 池
物 活 性 炭 滤
清 水 池
送 水 泵 房
市政管网
池
➢消毒剂的浓度C ➢消毒剂与水的接触时间T ➢水质本身的因素
桐乡市果园桥水厂深度处理工艺 设计与运行
水厂情况:设计规模8万吨/每天，原采用传统的水处 理工艺（混凝-沉淀-过滤-消毒）。目前水源为Ⅳ类 水体，主要超标项目为有机物和氨氮。
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炎病毒、脑膜炎病毒， SARS病毒）等。
•消毒与灭菌（sterilization）差异？：灭菌是消灭所 有活生物，消毒是灭活水中绝大部分病源体，以达到饮
用水水质要求。
二、 消毒概述
2. 消毒的微生物学指标
依据《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006） 细菌总数：≤100 CFU/mL；（ Colony-Forming Units菌落
N n ln k ' C t N0
k’：比反应速率常数
N 1 1 1 ln C ln t ln[ ( ln t )] n n k' N0
在给定的灭活率条件下，在log-log坐标上，作C和t之间的关系， 可求得n n=1 浓度和时间都同等影响 n>1 浓度影响大 n<1 时间影响大 在一般情况下，可以视n=1。 C t 值作为消毒剂消毒能力的判断指标。
一、 氧化还原概述
2) 高级氧化法： 一般地，将涉及到羟基自由基（·OH）的氧化过程称为
高级氧化（AOP, Advanced oxidation process）
广义：也包括一些反应机理不确定但羟基自由基可能起 重要作用的新型氧化过程。
羟基自由基（·OH）氧化还原电位：2.85V，氟：3.06V
（最高） •芬顿(Fenton)氧化法 •光催化氧化法 •电化学氧化法
一、 氯氧化与消毒原理
4. 加氯量
● 加氯量＝需氯量＋余氯
需氯量：灭活水中微生物、氧化 有机物和还原性物质所 消耗的部分。
余氯：出厂水接触30分后余氯不
低于0.3mg/L；在管网末梢 不应低于0.05mg/L。
● 加氯曲线：
水中无任何微生物、有机物等，加
氯量＝余，图中① 水中有机物较少时，需氯量满足以
• 反应是否进行的判断指标：
E0反应＝ E0还原反应－ E0氧化反应
一、 氧化还原概述
如： Cu2++ Zn →Cu + Zn2+
Cu2++ 2e-→ Cu
Zn - 2e-→ Zn2+ E0反应＝ E0还原反应－ E0氧化反应
E0= 0.34 V
E0=-0.763 V
= 0.34 –(-0.763) = + 1.103 V
2NH2Cl + HOCl N2 + 3HCl+H2O
一、 氯氧化与消毒原理
5. 加氯点： 滤后加氯 滤前加氯――混凝剂投加时加氯，提高混凝效果。 管网中途加氯
6. 加氯设备与工艺
（1）加氯设备 一般用氯气：有毒气 体，在6~8个大气压下 变成液体. 使用时采用氯瓶。干 燥氯气和液氯对钢瓶无 腐蚀作用，但遇水或受 潮则会严重腐蚀金属。 因此，必须严格防止水 和潮气进入氯瓶。 加氯机：转子加氯机
一、臭氧的特点 • 强氧化剂： 氧化还原电位与pH有关，在酸性溶液中为 2.07V，在碱性溶液中为1.24V。 • 在水中溶解度较低，只有3~7mg/L（25℃）。因为臭氧 化空气中只占0.6~1.2%—亨利定律。 • 自行分解为O2：水中的分解速度比在空气中的快。如水 中的臭氧浓度为3mg/L时，在常温常压下，其半衰期
形成单位 ）
总大肠杆菌群：不检出 /100 mL； 余氯：30min 游离余氯≥0.3 mg/L，2h 总氯≥0.5mg/L， 管网末梢总余氯不低于0.05 mg/L； 耐热大肠菌群：不检出 /100 mL； 大肠埃希氏菌: 不检出 /100 mL； 蓝氏贾第鞭毛虫孢囊：<1个/10 L 隐孢子虫卵囊：<1个/10 L
三、 氯消毒存在的问题
（1） 产生消毒副产物 已发现500多种； 三卤甲烷； 卤乙酸。 （2） 不能有效控制新型致病微生物 隐孢子虫； 贾第虫。 （3） 微生物在管网重新生长 生物稳定性 （4） 系统安全性 氯泄漏
隐孢子虫卵囊(3-5 m)
蓝氏贾第虫孢囊 （8－12 m）
5.3 臭氧氧化和消毒
坏细菌的酶系统，使细菌死亡。OCl- 因为带负电，难于
接近带负电的细菌表面，杀菌效果差。 实践也表明pH越低，消毒作用越强。
有关氯消毒理论仍有待研究。
HOCl OCl-
细菌 -------------- - - - - - - - - - - - - --
一、 氯氧化与消毒原理
● 氯作为杀菌剂时，如果有氨存在： NH3 + HOCl NH2Cl + H2O NH2Cl + HOCl NHCl2 + H2O NHCl2 + HOCl NCl3 + H2O 其比例与pH有关。 pH>9，一氯胺占优势 pH为7时，一氯胺和二氯胺同时存在。 pH<6.5时，二氯胺 pH<4.5 三氯胺
一、 氧化还原概述
•E0越大， 氧化性越大。 如： E0/(S/S2-)=-0.428 V E0/(Cr2O72-/2Cr3+)=1.33V E0/(MnO4-/Mn)=1.51V • 位置在前者可作为后者的还原剂。 氧化还原反应总是朝着使电位值较大的一方得到电子， 而使电位值较小的一方失去电子的方向进行。
一、 氧化还原概述
2. 对有机物： •难以用电子的转移来分析
•氧化：加氧或去氢反应， 或生成CO2，H2O
•还原：加氢或去氧反应
一、 氧化还原概述
3. 氧化还原法分类 (1) 氧化法： 1) 普通氧化法 ： 高温高压 ： 常温常压 ： •湿式催化氧化 •空气氧化法 •氯氧化法（液氯、NaClO、漂白粉等） •超临界氧化 •燃烧法 •Fenton氧化法 •臭氧氧化法 •电解（阳极） •光氧化法 •光催化氧化法
•失去电子过程→氧化过程， 失去电子的物质→还原剂 •得到电子过程→还原过程， 得到电子的物质→氧化剂 •每个物质都有各自的氧化态和还原态。
一、 氧化还原概述
氧化剂1＋还原剂1
还原剂2＋氧化剂2
• 氧化还原能力（失去或得到电子的能力）：
——氧化还原电位作为指标。 （ORP—Oxidation Reduction Potential）
第五章 水中污染物的氧化还原反应与水的消毒
5.1 氧化还原与消毒的概述 5.2 氯化和消毒 5.3 臭氧氧化和消毒 5.4 二氧化氯氧化与消毒
5.5 高锰酸钾及其复合盐的氧化
5.6 其他氧化和消毒方法
5.1 氧化还原与消毒的概述
一、 氧化还原概述
通过氧化或还原，将水中溶解性物质 → 无害化
1.对无机物
二、 消毒概述
8. 国、内外都规定集中式供水方式必须有消毒处理
中国：由水源集中取水，经过统一净化处理和 消毒后，由输水管网送到用户的供水方式。
美国：水处理系统每年运行 60天，服务25人以 上或有15个水龙头以上的供水系统。
5.2 氯氧化和消毒
一、 氯氧化与消毒原理
1. 氯易溶于水中，在清水中，发生下列反应： Cl2 + H2O HOCl + H+ + ClHOCl H+ + OClHOCl和OCl-的比例与水中温度和pH有关。pH高时，OCl-较多。 pH>9，OCl-接近100%。
• 中国估计是二十世纪三十年代开始在市政水处理中采用 消毒技术
二、 消毒概述
4. 消毒方法
(1) 化学药剂（氧化剂等） (2) 物理法（热和光） (3) 机械法（格网、 膜） (4) 辐射（γ射线、电子束） •给水处理中消毒是必需的 •污水处理中是根据需要（如医院污水）
二、 消毒概述
5. 消毒机理
一、 氧化还原概述
(2) 还原法： •药剂还原法（亚硫酸钠、硫代硫酸钠、 硫酸亚铁、二氧化硫）
•金属还原法（金属铁、金属锌）
•电解（阴极）
二、 消毒概述
1. 消毒定义 •将水体中病原微生物(pathogenic organisms)灭活，使 之减少到可以接受的程度。
•人体内致病微生物主要包括：
病菌(bacteria)、 原生动物胞囊（protozoan oocysts and cysts）、病毒（viruses）（如传染性肝
氯氨的消毒：也是依靠HOCl。只有HOCl消耗得差不多时，反应才会向左移动。 因此，有氯胺存在时，消毒作用比较缓慢。 如氯消毒5分钟，杀灭细菌99％以上，而用氯胺消毒，相同条件下仅杀灭50％。 三种氯胺中，二氯胺消毒效果最好，但有嗅味。三氯胺消毒作用极差，且有恶嗅味。
一、 氯氧化与消毒原理
3. 消毒动力学
可能有以下几个方面的作用：
(1)破坏细胞壁
(2)改变细胞通透性
(3)改变微生物的DNA或RNA
(4)抑制酶的活性
二、 消毒概述
6. 消毒在给水处理工艺流程中的位置
Cl2
NH3
混凝
8
沉淀
过滤
消毒 管网
二、 消毒概述
7. 消毒问题导致的危害
2000，加拿大Walkerton大肠杆菌O157和分枝杆菌感染事件, 7人死亡, 2300多人住院，部分染病儿童将终身受害； 1993，美国Milwaukee由于隐孢子虫感染，造成40多万人染病，4万人 住院； 1991，霍乱在拉丁美洲爆发，1年内传染至11个国家，100万人染病， 9600人死亡； 1961，世界范围内由水引起的霍乱，历时10年。 2009年7月发生在内蒙古赤峰市的饮水污染。是总大肠菌群、菌落总数 严重超标，同时检出的沙门氏菌。 …… 2016年8月4日，巴西里约热内卢奥运会期间，游泳、帆船、划艇和独木舟等 赛事的海湾和湖含有大量具抗药性的“超级细菌”，美国疾病控制及预 防中心(CDC)警告，受超级细菌感染后，死亡率或高达50%。
THMs 80 g/L，(我国新标准:该类化合物中各种化合物 的实测浓度与其各自限值的比值之和不超过1mg/L)