氧化还原反应在水处理中的应用

『壹』 污水处理工艺 ORP是什么

ORP值（氧化还原电位）是水质中一个重要指标，它虽然不能独立反应水质的好坏，但是能够综合其他水质指标来反映水族系统中的生态环境。

ORP在工业污水处理中：

使用于水处理上的氧化还原系统,主要是铬酸的还原与氰化物的氧化。废水中如果添加二硫化钠或二氧化硫可使六价的铬离子变成三价的铬子。 若添加氯或次氯酸钠可用来氧化氰化物,随后是氯化氰的水解,形成氰酸盐。这种化学反应过程叫氧化还原反应系统。氧化还原电位就是电子活性的测量,这与测量氢离子活性的办法很相似。

在水中，每一种物质都有其独自的氧化还原特性。简单的，我们可以理解为：在微观上，每一种不同的物质都有一定的氧化-还原能力，这些氧化还原性不同的物质能够相互影响，最终构成了一定的宏观氧化还原性。所谓的氧化还原电位就是用来反映水溶液中所有物质反应出来的宏观氧化-还原性。氧化还原电位越高，氧化性越强，电位越低，氧化性越弱。电位为正表示溶液显示出一定的氧化性，为负则说明溶液显示出还原性。

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OPR的电极选择：

ORP 测量电极可由多种金属制造，如镍、铜、银、铱、铂、金等由离子晶格结构组成，电子可在晶格内部运动，它们还会因同种离子的存在而产生电位差。 列出6 种金属的标准电位值，铂与金的ORP 值较高，测量的灵敏度更高，与其他ORP 电极相比，铂和金贵金属的离子平衡活度中氧化还原电位时极低，故对ORP 的测量几乎没有造成任何影响；

铂可形成纯化的表面，且表面易生成含氧的表层，从而使电极标准电位增高；这种氧化物/氢氧化物层主要由PtQ 或Pt(OH)2构成，只有在确定临界ORP 以上时，氧的化学吸附作用才开始，随电位增加表面保护层的厚度也增加，在大多数情况下，只达到单分子层的厚度。从可知，铂Eh>1200mv 时，铂离子活度>1M，铂电极是ORP 测量的理想传感器，此外也可使用金电极测量。

测定意义：

过滤系统，除去反硝化，实际都是一种氧化性的生化过滤装置。对于有机物来说，微生物通过氧化作用断开较长的碳链（或者打开各种碳环），再经过复杂的生化过程最终将各种不同形式的有机碳氧化为二氧化碳；同时，这些氧化作用还将氮、磷、硫等物质从相应的碳键上断开，形成相应的无机物。对于无机物来说，微生物通过氧化作用将低价态的无机物质氧化为高价态物质。

这就是氧化性生化过滤的实质（这里我们只关心那些被微生物氧化分解的物质，而不关心那些被微生物吸收、同化的物质）。可以看到，在生化过滤的同时，水中物质不断被氧化。生化氧化的过程伴随着氧化产物的不断生成，于是在宏观上来看，氧化还原电位是不断被提高的。因此，从这个角度上看，氧化还原电位越高，显示出水中的污染物质被过滤得越彻底。

参考链接：网络-OPR

『贰』 高中化学 氧化还原反应 污水处理

溶液中，NH4+没那么容易被氧化，
试想，NO3-都无法在溶液中氧化NH4+，NH4NO3溶液存在。

(NH4)2Cr2O7 重铬酸铵，很重要的重铬酸盐试剂。

一般认为，固态中，NH4NO3、(NH4)2Cr2O7都能发生自氧化还原反应。
即加热固体，NH4+会被NO3-氧化，NH4+会被Cr2O72-氧化，溶液中不可以

『叁』 污水处理的基本方法

针对于现阶段的污水处理，总结出以下几点方法。

1、物理法

物理法污水处理就是利用物理作用，分离污水中主要呈悬浮状态的污染物，在处理过程中不改变水的化学性质。

⑴沉淀(重力分离)

污水流入池内由于流速降低，污水中的固体物质在中立的作用下进行沉淀，而使固体物质与水分离。

这种工艺分离效果好，简单易行，应用广泛，如污水处理厂的沉砂池和沉淀池。沉砂池主要去除污水中密度较大的固体颗粒物，沉淀池则主要用于去除污水中大量的呈颗粒状的悬浮固体。

⑵筛选(截流)

利用筛滤介质截流污水中的悬浮物。属于砂滤处理的设备有格栅、微滤机、砂滤池、真空滤机、压滤机(后两种主要用于污泥脱水)等。

⑶气浮(上浮)

对一些相对密度接近于水的细微颗粒，因其自重难于在水中下沉或上浮，可采用气浮装置。此法将空气打入污水中，并使其以微小气泡的形势由水中析出，污水中密度 近于水的微小颗粒状污染杂质(如乳化油)黏附到气泡上，并随气泡升至水面，形成泡沫浮渣而去除。根据空气打入方式的不同，气浮设备有加压溶汽气浮法、叶轮气浮法和射流气浮法等。为提高气浮效果，有时需要向污水中投加混凝剂。

⑷离心与旋流分离

使含有悬浮固体或乳化油的污水，由于悬浮固体和废水的质量不同，受到的离心力也不同，质量大的悬浮固体被抛甩到污水外侧，这样就可使悬浮固体和污水分别通过各自的排出口排出设备之外，从而使污水得以净化。

2.化学法

污水的化学处理方法就是向污水投加化学物质，利用化学反应来分离回收污水中的污染物，或是其转化为无害物质。属于化学处理法的有以下几种。

⑴混凝法

混凝法是向污水中投加一定量的药剂，经过脱稳、架桥等反应过程，使污水中的污染物凝聚并沉降。水中呈胶体状态的污染物质通常带有负电荷，胶体颗粒之间互相排 斥形成稳定的混合液，若水中带有相反电荷的电解质(混凝剂)可使污水中的胶体颗粒改变为呈电中性，并在分子引力作用下，凝聚成大颗粒下沉。

⑵中和法

用化学方法消除污水中过量的酸和碱，使其pH值达到中性左右的过程称为中和法。处理含酸污水以碱作为中和剂，处理含碱污水以酸作为中和剂，也可以吹入含 CO2的烟道气进行中和。酸和碱均指无机酸和无机碱，一般依照“以废制废”的原则，亦可采用药剂中和处理，可以连续进行，也可间歇进行。

⑶氧化还原法

污水中呈溶解状态的有机物和无机物，在投加氧化剂和还原剂后，由于电子的迁移而发生氧化和还原作用形成无害的物质。常用的氧化剂有空气中的氧、纯氧、漂白 粉、臭氧、氯气等，氧化法多用于处理含氰含酚废水。常用的还原剂则有铁屑、硫酸亚铁、亚硫酸氢钠等，还原法多用于处理含铬、含汞废水。

⑷电解法

在废水中插入电极并通过电流，则在阴极板上接受电子。在水的电解过程中，阳极上产生氧气，阴极上产生氢气。上述综合过程使阳极上发生氧化作用，在阴极上发生还原作用。目前电解法主要用于处理含铬及含氰废水。

⑸吸附法

污水吸附处理主要是利用固体物质表面对污水中污染物质的吸附，吸附可分为物理吸附和生物吸附等。 物理吸附是吸附剂和吸附质之间在分子力作用下产生的，不产生 化学变化，而化学吸附法则使吸附剂和吸附质在化学键力作用下起吸附作用的，因此化学吸附选择性较强。此外，在生物作用下也可产生生物吸附。在污水处理中常 用的吸附剂有活性炭、磺化煤、硅藻土、焦炭等。

⑹化学沉淀法

向污水中投加某种化学药剂，使它和某些溶解物质产生反应，生成难溶盐沉淀下来。多用于处理含重金属离子的工业废水。

⑺离子交换法

离子交换法在污水处理中应用较广。使用的离子交换剂分为无机离子交换法(天然沸石和合成沸石)、有机离子交换树脂(强酸性阳离子树脂、弱酸性阳离子树脂、强 碱性阴离子树脂、弱碱性阴离子树脂、鳌和树脂等)。采用离子交换法处理污水时，必须考虑树脂的选择性。树脂对各种离子的交换能力是不同的，这主要取决于各 种离子对该种树脂亲和力的大小，又称选择性的大小，另外还要考虑到树脂的再生方法等。

⑻膜分离法

渗析、电渗析、超滤、微滤、反渗透等通过一种特殊的半渗透膜分离水中的离子和分子的技术，统称为膜分离法。电渗析法主要用于水的脱盐，回收某些金属离子等。 反渗透作用主要是膜表面化学本性所起的作用，他分离的溶质粒径小，除盐率高，所需的工作压力大;超滤所用的材质和反渗透相同，但超滤是筛滤作用，分离溶质 粒径大，透水率高，除盐率低，工作压力小。

3、生物法

污水的生物膜法就是采取一定的人工措施，创造有利于微生物生长、繁殖的环境，使微生物大量增殖，以提高微生物氧化、分解有机污染物被降解并转化为无害物质，使污水得以净化。

生物处理法可分为好氧处理法和厌氧处理法两类。前者处理效率高，效果好，使用广泛，是生物处理的主要方法。属于生物处理法的工艺有以下几种。

⑴活性污泥法

是当前应用最广泛的一种生物处理技术。将空气连续鼓入含有大量溶解有机污染物的污水中，经过一段时间，水中既形成繁殖有大量好氧型微生物的絮凝体—活性污 泥，

活性污泥能够吸附水中的有机物，生活污水在活性污泥上的微生物以有机物为食料，获得能量，并不断省长增殖，有机物被分解、去除，使污水得以净化。 一般经曝气池处理的出水是含有大量活性污泥的污水—混合液，经沉淀分离，水被净化排放，沉淀分离后的污泥作为种泥，部分回流到曝气池。活性污泥法自出现以来，经过80多年的演变，出现了各种

活性污泥法的变法，但其原理和工艺过程没有根本性的改变。

(2)普通活性污泥法

这种方法已被广泛使用，是许多污水处理厂的常用工艺。传统活性污泥法是将污水和回流污泥从曝气池首段引入，呈推流式至曝气池末端流出，此法适用于处理要求高、水质较稳定的污水，但对负荷的变动适应性较弱，后来在此基础上产生了一些改良形式。

⑶多点进水法

为了使槽内有机负荷接近一定值，把污水从几个点分开流入，有利于解决超负荷问题。

⑷吸附再生法

接触槽内活化的活性污泥吸附污染物质，污泥与水分离后，在曝气槽内把吸附的污染物质进行氧化。该法有利于增加污水处理量，有一定的抗击冲击负荷能力。

⑸延时曝气法

污水在曝气池内延长曝气时间，有利于完全氧化，污泥量少，该法适用于小型污水处理厂。

⑹厌氧-缺氧

- 好氧活性污泥法 在常规活性污泥法去除有机污染物的同时，为了能有效的去除氮磷等营养物质，人们把厌氧、缺氧、好氧状况组合到活性污泥法中，使厌氧-缺氧-好氧状况在反应曝气池内同时存在或反复周期实现，形成了厌氧-缺氧-好氧活性污泥法。也有的工艺流程采用厌氧-好氧活性污泥法。

⑺间歇式活性污泥法

污水流至单一反应池中，按时间通过程序控制各过程。在反应池的一个工作周期，运行程序依次为进水、反应、沉淀、出水和待机等过程。该法适用于中小水量和出水水质较高的场合，有利于自动化控制;通过对运行的调整，该法也可进行除磷脱氮和化学处理，有利于污水回用。

『肆』 水处理设备多数都用KDF去除重金属，原理是氧化还原，这个是化学反应，对人身体有害吗

近年来，世界范围的环境污染，及饮水对人体健康所带来的影响，通过各种媒体宣传及人们的切身体验，已经逐渐被人们所认识，饮水的质量已经成为一种社会问题而日益受到关注。新技术、新材料以及各式各样的净水机、净水器正逐步走进千家万户，经济而有效的水处理设备成为人们共同追求的目标，人们希望饮用一种去毒除害、保留有益、恢复水的自然品质的健康的饮用水。在这样的背景下，铜锌合金滤料KDF作为一种去除水中氯气、重金属、抑制细菌及藻类繁殖的高效滤材被广泛地应用在净水设备当中。目前在国内许多净水器、滤水器中均可见到KDF的应用。
铜锌合金滤料KDF被广泛应用的原因，在于它即是一种比较强的还原剂，可以去除水中的氯气，同时铜锌两种金属所构成的微电池可以同时去除多种重金属离子且能够抑制细菌藻类的繁殖。这种多重作用是其它单一滤料所不能实现的,尤其是KDF在去除有毒有害重金属方面是更胜一筹。然而，KDF滤料虽然经过了几年的推广，但其应用却主要凭经验和感觉。应该指出的是任何一种水处理手段及滤料都不是万能的，使用及最终获得的结果都是有条件的，希望他取代其他方式也是不科学。只有充分掌握了解了KDF的结构与性质，在满足一定条件下来获得最佳使用效果，否则有时也会事与愿违。理论电化学为KDF的研究提供了坚实的理论基础，加上实践经验的积累，KFD、KDF反应装置及KDF的其他形态的开发应用扩大了其使用范围，KDF氧化还原水处理手段也会逐渐形成单一的完善的水处理单元操作。因此，应该开展从KDF微观结构与性质、生产制造、实际应用的定量数学模型的建立、氧化还原反应装置的开发等方面的研究，理论研究与实际应用能以全新体系的形式实施。在此我们提出提出一些问题供大家一起讨论。
二.KDF的结构与性质
1.铜锌合金滤料KDF的制造
KDF是铜锌合金滤料的商品名，是铜锌合金通过特定工艺加工制造的。
众所周知，在我国冶炼及应用铜己有数千年的历史。铜锌合金俗称黄铜，它具有许多优异的特性和奇妙的功能，在漫长的历史进程中不但为人类社会的进步作出了不可磨灭的贡献；而且随着人类文明的发展不断开发出新的用途。它既是一种古老的金属，又是一种充满生机和活力的现代工程材料。当前人类已经步入了丰富多彩的新纪元，KDF滤料在环保水处理方面的应用也为铜锌合金拓展了新的领域。
KDF滤料可以采用不同的方法制作，目前工业化制作的方法，主要是采用水雾化法制作。其制作的原理是，选用高纯度的铜、锌两种金属在熔炉中熔化，经中间包过渡，注入到雾化区雾化。为了控制金属流的大小，在中间包的底部装入特制的限流漏嘴。进入雾化区的融熔金属液在漏嘴的控制下，呈稳定的液流柱垂直落下。在雾化区，来自喷嘴的高速水流从不同的方向冲击金属液流，将液流击成碎块，分散成为铜锌合金颗粒。单位体积的金属的表面积增大了千万倍，形成大量的肌肤微电池。
工艺流程如下：
选用优质铜锌原料--中频感应炉内熔化--成份调整--脱氧除渣--雾化制粉--质量检测--筛分--包装入库
在我国有着非常丰富的铜锌资源及成熟的冶炼技术，加快KDF国产化进程必然会扩大KDF的应用领域，还会大大地降低环保水处理企业的生产成本。
2.KDF的结构与微电池原理
KDF是铜锌合金，在微观上组成了无数个微电池，其原理我们可以用宏观的丹尼尔电池来解释，我们知道不同的金属具有不同的电极电位，如表6-1：
当把两种电极电位不同的金属铜和锌用导线连接起来放入水溶液中后，则构成了一个电化学体系，电极电位较低的也就是比较活泼的金属锌的电子会通过导线流到电极电位较高的也就是比较不活泼的金属铜上，锌极板上聚集了过多的正电荷，铜极上聚集了过多的负电荷，在水中铜锌两个极板之间形成了电场，水中离子开始产生定向迁移，如下图：
按照金属活动顺序，即金属电极电位，所有比锌电极电位高的重金属离子都可以在阴极（铜极板）上放电还原，镀在铜极上从而脱离水溶液，而在阳极上只有锌放电成为锌离子进入水中，因此，总反应为：Pb2+(水中)+Zn====Pb(Cu)+Zn2+（水中）从上面的例子可以看出，构成电化学体系的条件：一是要有两种金属，二是两种金属要用导线连接起来，三是将其置于水溶液中。那么，将铜锌合金制成颗粒即KDF滤料用来处理水时，会是一种什么情况，我们来看下图，这里是KDF合金滤料的微观结构示意图：
从图中可以清楚地看到，KDF合金滤料在水中具备了构成电化学体系的条件，形成了无数个微电池，也就具备了发生电化学反应的条件。依据电化学反应可以起到净化水质的作用。
如果我们称取1摩尔的KDF55也就是129克的KDF55，则其中在理论上可以构成0.5X6.023X1023个微电池，可见微电池的数量是十分庞大的。但这里需要特别指出的是，能够发生电化学反应的即用于净化水质的是处在颗粒表面上的微电池，我们称之为“肌肤微电池”。肌肤微电池仅仅是整个微电池中的一小部分，而恰恰是这一小部分肌肤微电池是我们计算、设计合金滤料反应器的依据。处在合金滤料颗粒内部的微电池自始至终都没有参与任何反应。
3.KDF作用及机理
(1)去除余氯
KDF去除余氯是通过化学氧化还原反应完成的，因为氯是比较强的氧化剂，锌是比较强的还原剂，当流动的水中的氯气与KDF中的金属锌发生有效碰撞时，即发生如下反应：Zn+Cl2====Zn2++2Cl –其最终结果是，将有毒有害的氯气转化成无毒的氯离子，增加了水中锌离子的含量。
(2)去除重金属KDF去除有毒有害的重金属是通过肌肤微电池电化学反应进行的。当水中含有有毒有害的重金属离子M + 时，重金属离子M + 会定向地向着铜阳极迁移，并且按照电极电位的大小顺序先后放电变成金属原子而镀在铜极上，使得有毒有害重金属离子从水脱离出来，达到净化水质的目的。
三.影响KDF处理效果因素
1. 铜锌合金滤料KDF是依据化学反应去除水中氯气，依据电化学反应去除有毒有害的重金属，其发生反应的前提是反应物之间要先进行有效的碰撞，因此，凡是阻碍这一过程发生的因素均会影响KDF的水处理效果。
2. 表面覆盖
表面覆盖是指铜锌合金滤料KDF的表面被悬浮物、胶体等杂质所包裹，阻挡了氯分子和重金属离子向铜极板上扩散和传质，降低了有效碰撞的几率，造成大量氯分子和重金属离子的泄漏，影响了水质净化效果。
这种情况大多发生在进水水质不好或KDF滤器前不设预处理的情况下，一旦KDF受到污染，即使启动反冲洗功能破除表面覆盖层的效果也不大。在实际应用中如果进水水质不良时，应在KDF前设置预处理设备，避免KDF受到污染而降低使用效果。
a. 孔隙度及有效碰撞KDF的净化作用基于微观的化学反应及电化学反应，前提是污染物与KDF的有效碰撞。因此，合理的滤床高度、压头损失允许的颗粒粒度、有效的过滤面积等都是非常重要的。在实际应用中是选择开放式KDF反应器，还是选择抛弃式KDF滤芯，或是选择具有活化功能的KDF过滤器，要根据具体水质净化工况来决定。
b. 极性有机物存在
KDF的表面是带有不同电荷的活化表面，水中含有的极性有机污染物会吸附在合金滤料表面形成保护膜，同样地阻挡了氯分子和重金属离子向铜极板上扩散和传质，使KDF的作用下降。因此，去除有机污染物是提高KDF净化效果的重要手段。
c. 电极极化
3. 目前KDF在使用中普遍存在问题
a. 实际投加量太少
目前由于进口的KDF价格昂贵，加上在使用上缺少理论指导，许多厂家在净水机中的投加KDF的量非常少，按照其净化工况很难达到照其说明书介绍的作用。
b. 标注的使用寿命过长许多净水机的技术文件中给出的KDF使用寿命过长，在净水机的实际使用当中KDF过早失效，水质恶化，投诉时有发生。
c. 进水太脏表面覆盖严重
由于进水水质恶劣，没有预处理措施，造成悬浮物、胶体、大分子有机物覆盖于KDF表面，KDF只是起到一般颗粒滤料的作用，而造成氯气、重金属离子泄漏，严重影响了净水机的出水效果。
d. 进水不规范出水有问题
KDF在饮用水中使用时，由于没有对进水提出严格的规范，忽略了在净化水的同时向水中释放锌离子的倾向，而且净化与释放具有正相关性，当重金属污染严重或氯气投放量大时，有时出水会泛白，影响水的表观效果。

『伍』 k2feo4净水原理是什么

k2feo4净水原理：FeO4（负二价）与水结合发生氧化还原反应，得到氢氧化铁沉淀和氧气。高铁酸钾是一种高效多功能的新型非氯绿色消毒剂。主要用于饮水处理。化工生产中用作磺酸、亚硝酸盐、亚铁氰化物和其他无机物的氧化剂，在炼锌时用于除锰、锑和砷，烟草工业用于香烟过滤嘴等。

高铁酸钾纯品为暗紫色有光泽粉末。198℃以下干燥空气中稳定。极易溶于水而成浅紫红色溶液，静置后会分解放出氧气，并沉淀出水合三氧化二铁（即氧化铁）。溶液的碱性随分解而增大，在强碱性溶液中相当稳定，是极好的氧化剂。具有高效的消毒作用。比高锰酸钾具有更强的氧化性。

高铁酸钾用途：

高铁酸钾已成为新型的绿色环保水处理材料。

高铁酸钾是含有FeO42-的一种化合物，其中心原子Fe以六价存在，在酸性条件下和碱性条件下的标准电极电势分别为E0FeO42-/Fe3+=2.20V，E0FeO42-/Fe(OH)3=0.72V, 因此，无论在酸性条件，还是碱性条件下高铁酸盐都具有极强的氧化性，可以广泛用于水和废水的氧化、消毒、杀菌。

因此，高铁酸盐是倍受关注的一类新型、高效、无毒的多功能水处理剂。在饮用水的处理过程中，集氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭菌、消毒、脱色、除臭等八大特点为一体的综合性能，是其他水处理剂不可比拟的。

PH在6-6.5时，每升水加K2FeO46mg-10mg，常温下30分钟即可杀灭水体中致病菌、大肠杆菌、伤寒杆菌及病毒去除率为99.5%-99.95%以上，无异味适口性好，达安全饮用标准。为此本产品在水处理系列产品中显示出超强的优势。

以上内容参考：网络-高铁酸钾