氧化還原反應在水處理中的應用

『壹』 污水處理工藝 ORP是什麼

ORP值（氧化還原電位）是水質中一個重要指標，它雖然不能獨立反應水質的好壞，但是能夠綜合其他水質指標來反映水族系統中的生態環境。

ORP在工業污水處理中：

使用於水處理上的氧化還原系統,主要是鉻酸的還原與氰化物的氧化。廢水中如果添加二硫化鈉或二氧化硫可使六價的鉻離子變成三價的鉻子。 若添加氯或次氯酸鈉可用來氧化氰化物,隨後是氯化氰的水解,形成氰酸鹽。這種化學反應過程叫氧化還原反應系統。氧化還原電位就是電子活性的測量,這與測量氫離子活性的辦法很相似。

在水中，每一種物質都有其獨自的氧化還原特性。簡單的，我們可以理解為：在微觀上，每一種不同的物質都有一定的氧化-還原能力，這些氧化還原性不同的物質能夠相互影響，最終構成了一定的宏觀氧化還原性。所謂的氧化還原電位就是用來反映水溶液中所有物質反應出來的宏觀氧化-還原性。氧化還原電位越高，氧化性越強，電位越低，氧化性越弱。電位為正表示溶液顯示出一定的氧化性，為負則說明溶液顯示出還原性。

(1)氧化還原反應在水處理中的應用擴展閱讀：

OPR的電極選擇：

ORP 測量電極可由多種金屬製造，如鎳、銅、銀、銥、鉑、金等由離子晶格結構組成，電子可在晶格內部運動，它們還會因同種離子的存在而產生電位差。 列出6 種金屬的標准電位值，鉑與金的ORP 值較高，測量的靈敏度更高，與其他ORP 電極相比，鉑和金貴金屬的離子平衡活度中氧化還原電位時極低，故對ORP 的測量幾乎沒有造成任何影響；

鉑可形成純化的表面，且表面易生成含氧的表層，從而使電極標准電位增高；這種氧化物/氫氧化物層主要由PtQ 或Pt(OH)2構成，只有在確定臨界ORP 以上時，氧的化學吸附作用才開始，隨電位增加表面保護層的厚度也增加，在大多數情況下，只達到單分子層的厚度。從可知，鉑Eh>1200mv 時，鉑離子活度>1M，鉑電極是ORP 測量的理想感測器，此外也可使用金電極測量。

測定意義：

過濾系統，除去反硝化，實際都是一種氧化性的生化過濾裝置。對於有機物來說，微生物通過氧化作用斷開較長的碳鏈（或者打開各種碳環），再經過復雜的生化過程最終將各種不同形式的有機碳氧化為二氧化碳；同時，這些氧化作用還將氮、磷、硫等物質從相應的碳鍵上斷開，形成相應的無機物。對於無機物來說，微生物通過氧化作用將低價態的無機物質氧化為高價態物質。

這就是氧化性生化過濾的實質（這里我們只關心那些被微生物氧化分解的物質，而不關心那些被微生物吸收、同化的物質）。可以看到，在生化過濾的同時，水中物質不斷被氧化。生化氧化的過程伴隨著氧化產物的不斷生成，於是在宏觀上來看，氧化還原電位是不斷被提高的。因此，從這個角度上看，氧化還原電位越高，顯示出水中的污染物質被過濾得越徹底。

參考鏈接：網路-OPR

『貳』 高中化學 氧化還原反應 污水處理

溶液中，NH4+沒那麼容易被氧化，
試想，NO3-都無法在溶液中氧化NH4+，NH4NO3溶液存在。

(NH4)2Cr2O7 重鉻酸銨，很重要的重鉻酸鹽試劑。

一般認為，固態中，NH4NO3、(NH4)2Cr2O7都能發生自氧化還原反應。
即加熱固體，NH4+會被NO3-氧化，NH4+會被Cr2O72-氧化，溶液中不可以

『叄』 污水處理的基本方法

針對於現階段的污水處理，總結出以下幾點方法。

1、物理法

物理法污水處理就是利用物理作用，分離污水中主要呈懸浮狀態的污染物，在處理過程中不改變水的化學性質。

⑴沉澱(重力分離)

污水流入池內由於流速降低，污水中的固體物質在中立的作用下進行沉澱，而使固體物質與水分離。

這種工藝分離效果好，簡單易行，應用廣泛，如污水處理廠的沉砂池和沉澱池。沉砂池主要去除污水中密度較大的固體顆粒物，沉澱池則主要用於去除污水中大量的呈顆粒狀的懸浮固體。

⑵篩選(截流)

利用篩濾介質截流污水中的懸浮物。屬於砂濾處理的設備有格柵、微濾機、砂濾池、真空濾機、壓濾機(後兩種主要用於污泥脫水)等。

⑶氣浮(上浮)

對一些相對密度接近於水的細微顆粒，因其自重難於在水中下沉或上浮，可採用氣浮裝置。此法將空氣打入污水中，並使其以微小氣泡的形勢由水中析出，污水中密度 近於水的微小顆粒狀污染雜質(如乳化油)黏附到氣泡上，並隨氣泡升至水面，形成泡沫浮渣而去除。根據空氣打入方式的不同，氣浮設備有加壓溶汽氣浮法、葉輪氣浮法和射流氣浮法等。為提高氣浮效果，有時需要向污水中投加混凝劑。

⑷離心與旋流分離

使含有懸浮固體或乳化油的污水，由於懸浮固體和廢水的質量不同，受到的離心力也不同，質量大的懸浮固體被拋甩到污水外側，這樣就可使懸浮固體和污水分別通過各自的排出口排出設備之外，從而使污水得以凈化。

2.化學法

污水的化學處理方法就是向污水投加化學物質，利用化學反應來分離回收污水中的污染物，或是其轉化為無害物質。屬於化學處理法的有以下幾種。

⑴混凝法

混凝法是向污水中投加一定量的葯劑，經過脫穩、架橋等反應過程，使污水中的污染物凝聚並沉降。水中呈膠體狀態的污染物質通常帶有負電荷，膠體顆粒之間互相排 斥形成穩定的混合液，若水中帶有相反電荷的電解質(混凝劑)可使污水中的膠體顆粒改變為呈電中性，並在分子引力作用下，凝聚成大顆粒下沉。

⑵中和法

用化學方法消除污水中過量的酸和鹼，使其pH值達到中性左右的過程稱為中和法。處理含酸污水以鹼作為中和劑，處理含鹼污水以酸作為中和劑，也可以吹入含 CO2的煙道氣進行中和。酸和鹼均指無機酸和無機鹼，一般依照「以廢制廢」的原則，亦可採用葯劑中和處理，可以連續進行，也可間歇進行。

⑶氧化還原法

污水中呈溶解狀態的有機物和無機物，在投加氧化劑和還原劑後，由於電子的遷移而發生氧化和還原作用形成無害的物質。常用的氧化劑有空氣中的氧、純氧、漂白 粉、臭氧、氯氣等，氧化法多用於處理含氰含酚廢水。常用的還原劑則有鐵屑、硫酸亞鐵、亞硫酸氫鈉等，還原法多用於處理含鉻、含汞廢水。

⑷電解法

在廢水中插入電極並通過電流，則在陰極板上接受電子。在水的電解過程中，陽極上產生氧氣，陰極上產生氫氣。上述綜合過程使陽極上發生氧化作用，在陰極上發生還原作用。目前電解法主要用於處理含鉻及含氰廢水。

⑸吸附法

污水吸附處理主要是利用固體物質表面對污水中污染物質的吸附，吸附可分為物理吸附和生物吸附等。 物理吸附是吸附劑和吸附質之間在分子力作用下產生的，不產生 化學變化，而化學吸附法則使吸附劑和吸附質在化學鍵力作用下起吸附作用的，因此化學吸附選擇性較強。此外，在生物作用下也可產生生物吸附。在污水處理中常 用的吸附劑有活性炭、磺化煤、硅藻土、焦炭等。

⑹化學沉澱法

向污水中投加某種化學葯劑，使它和某些溶解物質產生反應，生成難溶鹽沉澱下來。多用於處理含重金屬離子的工業廢水。

⑺離子交換法

離子交換法在污水處理中應用較廣。使用的離子交換劑分為無機離子交換法(天然沸石和合成沸石)、有機離子交換樹脂(強酸性陽離子樹脂、弱酸性陽離子樹脂、強 鹼性陰離子樹脂、弱鹼性陰離子樹脂、鰲和樹脂等)。採用離子交換法處理污水時，必須考慮樹脂的選擇性。樹脂對各種離子的交換能力是不同的，這主要取決於各 種離子對該種樹脂親和力的大小，又稱選擇性的大小，另外還要考慮到樹脂的再生方法等。

⑻膜分離法

滲析、電滲析、超濾、微濾、反滲透等通過一種特殊的半滲透膜分離水中的離子和分子的技術，統稱為膜分離法。電滲析法主要用於水的脫鹽，回收某些金屬離子等。 反滲透作用主要是膜表面化學本性所起的作用，他分離的溶質粒徑小，除鹽率高，所需的工作壓力大;超濾所用的材質和反滲透相同，但超濾是篩濾作用，分離溶質 粒徑大，透水率高，除鹽率低，工作壓力小。

3、生物法

污水的生物膜法就是採取一定的人工措施，創造有利於微生物生長、繁殖的環境，使微生物大量增殖，以提高微生物氧化、分解有機污染物被降解並轉化為無害物質，使污水得以凈化。

生物處理法可分為好氧處理法和厭氧處理法兩類。前者處理效率高，效果好，使用廣泛，是生物處理的主要方法。屬於生物處理法的工藝有以下幾種。

⑴活性污泥法

是當前應用最廣泛的一種生物處理技術。將空氣連續鼓入含有大量溶解有機污染物的污水中，經過一段時間，水中既形成繁殖有大量好氧型微生物的絮凝體—活性污 泥，

活性污泥能夠吸附水中的有機物，生活污水在活性污泥上的微生物以有機物為食料，獲得能量，並不斷省長增殖，有機物被分解、去除，使污水得以凈化。 一般經曝氣池處理的出水是含有大量活性污泥的污水—混合液，經沉澱分離，水被凈化排放，沉澱分離後的污泥作為種泥，部分迴流到曝氣池。活性污泥法自出現以來，經過80多年的演變，出現了各種

活性污泥法的變法，但其原理和工藝過程沒有根本性的改變。

(2)普通活性污泥法

這種方法已被廣泛使用，是許多污水處理廠的常用工藝。傳統活性污泥法是將污水和迴流污泥從曝氣池首段引入，呈推流式至曝氣池末端流出，此法適用於處理要求高、水質較穩定的污水，但對負荷的變動適應性較弱，後來在此基礎上產生了一些改良形式。

⑶多點進水法

為了使槽內有機負荷接近一定值，把污水從幾個點分開流入，有利於解決超負荷問題。

⑷吸附再生法

接觸槽內活化的活性污泥吸附污染物質，污泥與水分離後，在曝氣槽內把吸附的污染物質進行氧化。該法有利於增加污水處理量，有一定的抗擊沖擊負荷能力。

⑸延時曝氣法

污水在曝氣池內延長曝氣時間，有利於完全氧化，污泥量少，該法適用於小型污水處理廠。

⑹厭氧-缺氧

- 好氧活性污泥法 在常規活性污泥法去除有機污染物的同時，為了能有效的去除氮磷等營養物質，人們把厭氧、缺氧、好氧狀況組合到活性污泥法中，使厭氧-缺氧-好氧狀況在反應曝氣池內同時存在或反復周期實現，形成了厭氧-缺氧-好氧活性污泥法。也有的工藝流程採用厭氧-好氧活性污泥法。

⑺間歇式活性污泥法

污水流至單一反應池中，按時間通過程序控制各過程。在反應池的一個工作周期，運行程序依次為進水、反應、沉澱、出水和待機等過程。該法適用於中小水量和出水水質較高的場合，有利於自動化控制;通過對運行的調整，該法也可進行除磷脫氮和化學處理，有利於污水回用。

『肆』 水處理設備多數都用KDF去除重金屬，原理是氧化還原，這個是化學反應，對人身體有害嗎

近年來，世界范圍的環境污染，及飲水對人體健康所帶來的影響，通過各種媒體宣傳及人們的切身體驗，已經逐漸被人們所認識，飲水的質量已經成為一種社會問題而日益受到關注。新技術、新材料以及各式各樣的凈水機、凈水器正逐步走進千家萬戶，經濟而有效的水處理設備成為人們共同追求的目標，人們希望飲用一種去毒除害、保留有益、恢復水的自然品質的健康的飲用水。在這樣的背景下，銅鋅合金濾料KDF作為一種去除水中氯氣、重金屬、抑制細菌及藻類繁殖的高效濾材被廣泛地應用在凈水設備當中。目前在國內許多凈水器、濾水器中均可見到KDF的應用。
銅鋅合金濾料KDF被廣泛應用的原因，在於它即是一種比較強的還原劑，可以去除水中的氯氣，同時銅鋅兩種金屬所構成的微電池可以同時去除多種重金屬離子且能夠抑制細菌藻類的繁殖。這種多重作用是其它單一濾料所不能實現的,尤其是KDF在去除有毒有害重金屬方面是更勝一籌。然而，KDF濾料雖然經過了幾年的推廣，但其應用卻主要憑經驗和感覺。應該指出的是任何一種水處理手段及濾料都不是萬能的，使用及最終獲得的結果都是有條件的，希望他取代其他方式也是不科學。只有充分掌握了解了KDF的結構與性質，在滿足一定條件下來獲得最佳使用效果，否則有時也會事與願違。理論電化學為KDF的研究提供了堅實的理論基礎，加上實踐經驗的積累，KFD、KDF反應裝置及KDF的其他形態的開發應用擴大了其使用范圍，KDF氧化還原水處理手段也會逐漸形成單一的完善的水處理單元操作。因此，應該開展從KDF微觀結構與性質、生產製造、實際應用的定量數學模型的建立、氧化還原反應裝置的開發等方面的研究，理論研究與實際應用能以全新體系的形式實施。在此我們提出提出一些問題供大家一起討論。
二.KDF的結構與性質
1.銅鋅合金濾料KDF的製造
KDF是銅鋅合金濾料的商品名，是銅鋅合金通過特定工藝加工製造的。
眾所周知，在我國冶煉及應用銅己有數千年的歷史。銅鋅合金俗稱黃銅，它具有許多優異的特性和奇妙的功能，在漫長的歷史進程中不但為人類社會的進步作出了不可磨滅的貢獻；而且隨著人類文明的發展不斷開發出新的用途。它既是一種古老的金屬，又是一種充滿生機和活力的現代工程材料。當前人類已經步入了豐富多彩的新紀元，KDF濾料在環保水處理方面的應用也為銅鋅合金拓展了新的領域。
KDF濾料可以採用不同的方法製作，目前工業化製作的方法，主要是採用水霧化法製作。其製作的原理是，選用高純度的銅、鋅兩種金屬在熔爐中熔化，經中間包過渡，注入到霧化區霧化。為了控制金屬流的大小，在中間包的底部裝入特製的限流漏嘴。進入霧化區的融熔金屬液在漏嘴的控制下，呈穩定的液流柱垂直落下。在霧化區，來自噴嘴的高速水流從不同的方向沖擊金屬液流，將液流擊成碎塊，分散成為銅鋅合金顆粒。單位體積的金屬的表面積增大了千萬倍，形成大量的肌膚微電池。
工藝流程如下：
選用優質銅鋅原料--中頻感應爐內熔化--成份調整--脫氧除渣--霧化制粉--質量檢測--篩分--包裝入庫
在我國有著非常豐富的銅鋅資源及成熟的冶煉技術，加快KDF國產化進程必然會擴大KDF的應用領域，還會大大地降低環保水處理企業的生產成本。
2.KDF的結構與微電池原理
KDF是銅鋅合金，在微觀上組成了無數個微電池，其原理我們可以用宏觀的丹尼爾電池來解釋，我們知道不同的金屬具有不同的電極電位，如表6-1：
當把兩種電極電位不同的金屬銅和鋅用導線連接起來放入水溶液中後，則構成了一個電化學體系，電極電位較低的也就是比較活潑的金屬鋅的電子會通過導線流到電極電位較高的也就是比較不活潑的金屬銅上，鋅極板上聚集了過多的正電荷，銅極上聚集了過多的負電荷，在水中銅鋅兩個極板之間形成了電場，水中離子開始產生定向遷移，如下圖：
按照金屬活動順序，即金屬電極電位，所有比鋅電極電位高的重金屬離子都可以在陰極（銅極板）上放電還原，鍍在銅極上從而脫離水溶液，而在陽極上只有鋅放電成為鋅離子進入水中，因此，總反應為：Pb2+(水中)+Zn====Pb(Cu)+Zn2+（水中）從上面的例子可以看出，構成電化學體系的條件：一是要有兩種金屬，二是兩種金屬要用導線連接起來，三是將其置於水溶液中。那麼，將銅鋅合金製成顆粒即KDF濾料用來處理水時，會是一種什麼情況，我們來看下圖，這里是KDF合金濾料的微觀結構示意圖：
從圖中可以清楚地看到，KDF合金濾料在水中具備了構成電化學體系的條件，形成了無數個微電池，也就具備了發生電化學反應的條件。依據電化學反應可以起到凈化水質的作用。
如果我們稱取1摩爾的KDF55也就是129克的KDF55，則其中在理論上可以構成0.5X6.023X1023個微電池，可見微電池的數量是十分龐大的。但這里需要特別指出的是，能夠發生電化學反應的即用於凈化水質的是處在顆粒表面上的微電池，我們稱之為「肌膚微電池」。肌膚微電池僅僅是整個微電池中的一小部分，而恰恰是這一小部分肌膚微電池是我們計算、設計合金濾料反應器的依據。處在合金濾料顆粒內部的微電池自始至終都沒有參與任何反應。
3.KDF作用及機理
(1)去除余氯
KDF去除余氯是通過化學氧化還原反應完成的，因為氯是比較強的氧化劑，鋅是比較強的還原劑，當流動的水中的氯氣與KDF中的金屬鋅發生有效碰撞時，即發生如下反應：Zn+Cl2====Zn2++2Cl –其最終結果是，將有毒有害的氯氣轉化成無毒的氯離子，增加了水中鋅離子的含量。
(2)去除重金屬KDF去除有毒有害的重金屬是通過肌膚微電池電化學反應進行的。當水中含有有毒有害的重金屬離子M + 時，重金屬離子M + 會定向地向著銅陽極遷移，並且按照電極電位的大小順序先後放電變成金屬原子而鍍在銅極上，使得有毒有害重金屬離子從水脫離出來，達到凈化水質的目的。
三.影響KDF處理效果因素
1. 銅鋅合金濾料KDF是依據化學反應去除水中氯氣，依據電化學反應去除有毒有害的重金屬，其發生反應的前提是反應物之間要先進行有效的碰撞，因此，凡是阻礙這一過程發生的因素均會影響KDF的水處理效果。
2. 表面覆蓋
表面覆蓋是指銅鋅合金濾料KDF的表面被懸浮物、膠體等雜質所包裹，阻擋了氯分子和重金屬離子向銅極板上擴散和傳質，降低了有效碰撞的幾率，造成大量氯分子和重金屬離子的泄漏，影響了水質凈化效果。
這種情況大多發生在進水水質不好或KDF濾器前不設預處理的情況下，一旦KDF受到污染，即使啟動反沖洗功能破除表面覆蓋層的效果也不大。在實際應用中如果進水水質不良時，應在KDF前設置預處理設備，避免KDF受到污染而降低使用效果。
a. 孔隙度及有效碰撞KDF的凈化作用基於微觀的化學反應及電化學反應，前提是污染物與KDF的有效碰撞。因此，合理的濾床高度、壓頭損失允許的顆粒粒度、有效的過濾面積等都是非常重要的。在實際應用中是選擇開放式KDF反應器，還是選擇拋棄式KDF濾芯，或是選擇具有活化功能的KDF過濾器，要根據具體水質凈化工況來決定。
b. 極性有機物存在
KDF的表面是帶有不同電荷的活化表面，水中含有的極性有機污染物會吸附在合金濾料表面形成保護膜，同樣地阻擋了氯分子和重金屬離子向銅極板上擴散和傳質，使KDF的作用下降。因此，去除有機污染物是提高KDF凈化效果的重要手段。
c. 電極極化
3. 目前KDF在使用中普遍存在問題
a. 實際投加量太少
目前由於進口的KDF價格昂貴，加上在使用上缺少理論指導，許多廠家在凈水機中的投加KDF的量非常少，按照其凈化工況很難達到照其說明書介紹的作用。
b. 標注的使用壽命過長許多凈水機的技術文件中給出的KDF使用壽命過長，在凈水機的實際使用當中KDF過早失效，水質惡化，投訴時有發生。
c. 進水太臟表面覆蓋嚴重
由於進水水質惡劣，沒有預處理措施，造成懸浮物、膠體、大分子有機物覆蓋於KDF表面，KDF只是起到一般顆粒濾料的作用，而造成氯氣、重金屬離子泄漏，嚴重影響了凈水機的出水效果。
d. 進水不規范出水有問題
KDF在飲用水中使用時，由於沒有對進水提出嚴格的規范，忽略了在凈化水的同時向水中釋放鋅離子的傾向，而且凈化與釋放具有正相關性，當重金屬污染嚴重或氯氣投放量大時，有時出水會泛白，影響水的表觀效果。

『伍』 k2feo4凈水原理是什麼

k2feo4凈水原理：FeO4（負二價）與水結合發生氧化還原反應，得到氫氧化鐵沉澱和氧氣。高鐵酸鉀是一種高效多功能的新型非氯綠色消毒劑。主要用於飲水處理。化工生產中用作磺酸、亞硝酸鹽、亞鐵氰化物和其他無機物的氧化劑，在煉鋅時用於除錳、銻和砷，煙草工業用於香煙過濾嘴等。

高鐵酸鉀純品為暗紫色有光澤粉末。198℃以下乾燥空氣中穩定。極易溶於水而成淺紫紅色溶液，靜置後會分解放出氧氣，並沉澱出水合三氧化二鐵（即氧化鐵）。溶液的鹼性隨分解而增大，在強鹼性溶液中相當穩定，是極好的氧化劑。具有高效的消毒作用。比高錳酸鉀具有更強的氧化性。

高鐵酸鉀用途：

高鐵酸鉀已成為新型的綠色環保水處理材料。

高鐵酸鉀是含有FeO42-的一種化合物，其中心原子Fe以六價存在，在酸性條件下和鹼性條件下的標准電極電勢分別為E0FeO42-/Fe3+=2.20V，E0FeO42-/Fe(OH)3=0.72V, 因此，無論在酸性條件，還是鹼性條件下高鐵酸鹽都具有極強的氧化性，可以廣泛用於水和廢水的氧化、消毒、殺菌。

因此，高鐵酸鹽是倍受關注的一類新型、高效、無毒的多功能水處理劑。在飲用水的處理過程中，集氧化、吸附、絮凝、沉澱、滅菌、消毒、脫色、除臭等八大特點為一體的綜合性能，是其他水處理劑不可比擬的。

PH在6-6.5時，每升水加K2FeO46mg-10mg，常溫下30分鍾即可殺滅水體中致病菌、大腸桿菌、傷寒桿菌及病毒去除率為99.5%-99.95%以上，無異味適口性好，達安全飲用標准。為此本產品在水處理系列產品中顯示出超強的優勢。

以上內容參考：網路-高鐵酸鉀