大家好，我是环保人小旭！
这篇文章我们一起接着了解化学处理法中的氧化还原法、电解法、离子交换法。
03氧 化 还 原
对于一些有毒有害的污染物质，当难以用生物法或物理方法处理时，可利用它们在化学反应过程中能被氧化或还原的性质，从而改变污染物的形态，将它们变成无毒或微毒的新物质，或者转化成容易与水分离的形态，来达到处理的目的，这种方法称为氧化还原法。
根据有毒有害物质在氧化还原反应中能被氧化或还原的不同，废水的氧化还原法又可分为氧化法和还原法两大类。废水中的有机污染物（如色、嗅、味、COD）以及还原性无机离子（如CN-、S2-、Fe2 、Mn2 等）都可通过氧化还原法消除其危害，而废水中的许多金属离子（如汞、铜、镉、银、金、六价铬、镍等）都可通过还原法去除。
在废水处理中常用的氧化剂有∶空气中的氧、纯氧、臭氧、氯气、漂白粉、次氯酸钠、三氯化铁等；常用的还原剂有硫酸亚铁、亚硫酸盐、氯化亚铁、铁屑、锌粉、二氧化硫、硼氢化钠等。
1、氧化法处理工业废水
向废水中投加氧化剂，氧化废水中的有害物质，使其转变为无毒无害的或毒性小的新物质的方法称为氧化法。氧化法又可分为氯氧化法、空气氧化法、臭氧氧化法、光氧化法等。
（1）氯氧化法
在废水处理中氯氧化法主要用于氰化物、硫化物、酚、醇、醛、油类的氧化去除，及脱色、脱臭、杀菌、防腐等。氯氧化法处理常用的药剂有液氯、漂白粉、次氯酸钠、二氧化氯等。
①含氰废水的处理
含氰废水多来源于电镀车间和某些化工厂。废水中含有氰基的氰化物，如氰化钠、氰化钾、氰化铵等简单氰盐易溶于水，离解为氰离子CN-。氰的络盐溶于水，以氰的络合离子形式存在。一般所谓游离氰是指CN-而言。氰化物的毒性与氰基的形态有关。络合牢尚的铁氰化物和亚铁氰化物,由于不易析出CN-，所以表现为低毒性，而氰化钠、氰化钾等易析出CN-,表现为剧毒性。
碱性氯化法是在碱性条件下，采用次氯酸钠、漂白粉、液氯等氯系氧化剂将氰化物氧化的方法。无论采用什么氯系氧化剂，其基本原理都是利用次氯酸根的氧化作用来处理含氰废水。
②酚的氧化
利用液氯或漂白粉氧化酚，所用氯量必须过量数倍，否则将产生氯酚，发出不良气味。如利用ClO2处理，则可能使酚全部溶解，则无氯酚味；但其费用比氯更为昂贵。
③印染废水脱色
氯有较好的脱色效果，如采用液氯，沉渣还很少；但氯的用量大，余氯多。其氯的脱色效果与pH值有关，一般发色有机物在碱性条件下易被破坏，因此碱性脱色效果比较好。pH值相同时，用次氯酸钠比氯更为有效。
（2）空气氧化法
所谓空气氧化法，就是利用空气中的氧作为氧化剂来氧化分解废水中有毒有害物质的一种方法。
①空气氧化法除铁
地下水及某些工业废水中往往含有溶解性的Fe2 ，可以通过曝气的方法，利用空气中的氧将Fe2 氧化成Fe3 ，而Fe2 很容易与水中的碱度作用形成Fe(OH)3沉淀，于是可以得到去除。
②空气氧化法除硫
含硫废水多来源于石油炼厂和某些化工厂。含硫废水浓度高时应回收利用，低浓度的含硫废水可用空气氧化法处理。
石油炼厂的含硫废水中，硫化物一般以钠盐或铵盐形式存在[NaHS、Na2S. NH4HS、(NH4)2S]，当含硫量不大(1000mg/L以下)，无回收价值时，可采用空气氧化法脱硫。同时向废水中注入空气和蒸汽，硫化物即被氧化成无毒的硫代硫酸盐或硫酸盐。
（3）臭氧氧化法
臭氧是一种强氧化剂。它的氧化能力在天然元素中仅次于氟。臭氧在水处理中可用除臭、脱色、杀菌、除铁、除氰化物、除有机物等。很多有机物都易于与臭氧发生反应，例如蛋白质、氨基酸、有机胺、链式不饱和化合物，芳香族和杂环化合物、木质素、腐殖质等。
影响臭氧氧化的因素，主要是废水中杂质的性质、浓度、pH值、温度、臭氧的浓度和用量、臭氧的投加方式和反应时间等。
臭氧氧化法的主要优点主要有：
①臭氧对除臭、脱色、杀菌，去除有机物和无机物都有显著效果；
②废水经处理后，残留于废水中的臭氧容易自行分解，一般不产生二次污染，并且能增加水中的溶解氧;
③制备臭氧用的电和空气不必贮存和运输，操作管理也较方便。
由于有这些优点，所以臭氧氧化法被日益广泛地应用于水处理中。但这种方法目前仍存在着一些问题，主要是臭氧发生器耗电量较大，其次是臭氧的毒性、工作的环境必须有良好的通风措施等。
（4）光氧化法
光氧化法是一种化学氧化法，它是同时使用光和氧化剂产生很强的综合氧化作用来氧化分解废水的有机物和无机物。氧化剂有臭氧、氯、次氯酸盐、过氧化氢及空气加催化剂等，其中常用的为氯气；在一般情况下，光源多用紫外光，但它对不同的污染物有一定的差异，有时某些特定波长的光对某些物质最有效。光对氧化剂的分解和污染物的氧化分解起着催化剂的作用。光氧化法还可用于除微量油、水的消毒和除臭味等。
2、还原法处理工业废水
向废水中投加还原剂，还原废水中的有毒物质，使其转变为无毒的或毒性小的新物质，这种方法称为还原法。还原法目前主要用于含铬、汞等废水的处理。
还原法可分为金属还原法、硼氢化钠法、硫酸亚铁还原法和亚硫酸氢钠法等。
（1）金属还原法
金属还原法就是使废水与金属还原剂相接触，废水中的汞、铬、铜等离子被还原为金属汞、铬、铜而析出，金属本身被氧化为离子而进入水中。它适用于处理含汞、铬、铜等重金属的工业废水。
（2）硼氢化钠法
用NaBH处理含汞废水，可将废水中的汞离子还原成元素汞回收，出水中的含汞量可降到难以检测的程度。
（3）硫酸亚铁还原法
硫酸亚铁还原法处理含铬废水是一种成熟的方法。由于药剂来源容易，若用钢铁酸洗废液的硫酸亚铁时，成本较低，除铬效果也较好，至今有些小企业还在采用。
此法又称为硫酸亚铁石灰法。但其生成的污泥量比亚硫酸盐还原法大3倍以上，并且基本上没有回收利用价值，需要妥善处理，以防止二次污染，这是此法的最大的缺点。
（4）亚硫酸氢钠法
在酸性条件下，向废水中投加亚硫酸氢钠，将废水中的六价铬还原为三价铬后，投加石灰或氢氧化钠，生成氢氧化铬沉淀物。将此沉淀物从废水中分离出去，即可达到除铬的目的。
04电 解 法
电解质溶液在电流的作用下，发生电化学反应的过程称为电解。
与电源负极相连的电极从电源接受电子，称为电解槽的阴极，与电源正极相连的电极把电子转给电源，称为电解槽的阳极。在电解过程中，阴极放出电子，使废水中某些阳离子因得到电子而被还原，阴极起还原剂的作用；阳极得到电子，使废水中某些阴离子因失去电子而被氧化，阳极起氧化剂的作用。
废水进行电解反应时，废水中的有毒物质在阳极和阴极分别进行氧化还原反应，产生新物质。这些新物质在电解过程中或沉积于电极表面或沉淀下来或生成气体从水中逸出，从而降低了废水中有毒物质的浓度。像这样利用电解的原理来处理废水中有毒物质的方法称为电解法。
目前对电解还没有统一的分类方法，一般按照电解原理，可将其分为电极表面处理过程、电凝聚处理过程、电解浮选过程、电解氧化还原过程；也可以分为直接电解法和间接电解法。按照阳极材料的溶解特性可分为不溶性阳极电解法和可溶性阳析电解法。
利用电解可以处理：
①各种离子状态的污染物，如CN-、AsO2-. Cr6 、Cd2 、 Pb2 、Hg2 等；
②各种无机和有机的耗氧物质，如硫化物、氨、酚、油和有色物质等；
③致病微生物。
电解过程的特点是利用电能转化为化学能来进行化学处理。一般在常温常压下进行。
实际电解时，常要消耗一部分电量用于非目的离子的放电和副反应等。因此，真正用于目的物析出的电流只是全部电流的一部分，这部分电流占总电流的百分率称为电流效率。
电流效率是反应电解过程特征的重要指标。电流效率越高，表示电流的损失越小。电解 槽的处理能力取决于通入的电量的电流效率。两个尺寸大小不同的电解槽同时通入相等的电 流，如果电流效率相同，则它们处理同一废水的能力也是相同的。影响电流效率的因素很多，主要有电极材料、槽电压、电流密度、pH值、搅拌作用等。
电解法主要用到的设备与装置是电解槽和极板电路。
电解槽多为矩形，按废水流动方式分为回流式和翻腾式，回流式水流流程长，离子易于向水中扩散，容积利用率高；但施工和检修较困难。翻腾式的极板采用 悬挂方式固定，极板与池壁不接触而减少了漏电的可能，更换极板也较方便。电解需要直流电源，其整流设备可根据电解所需要的总电流和总电压选用
极板电路有两种：单极板电路和双极板电路。生产上双极板电路应用较普遍，因为双极板电路极板腐蚀均匀，相邻极板接触的机会少，即使接触也不致发生电路短路而引起事故，因此双极板电路便于缩小极板间距，提高极板有效利用率，以及减小投资和节省运行费用等优点。
05离 子 交 换
离子交换是以离子交换剂上的可交换离子与液相中离子间发生交换为基础的分离方法。
离子交换法的交换过程如下：
①被处理溶液中的某离子迁移到附着在离子交换剂颗粒表面的液膜中；
②该离子通过液膜扩散（简称膜扩散）进入颗粒中，并在颗粒的孔道中扩散而到达离子交换剂的交换基团的部位上（简称颗粒内扩散）；
③该离子同离子交换剂上的离子进行交换；
④被交换下来的离子沿相反途径转移到被处理的溶液中。离子交换反应是瞬间完成的，而交换过程的速度主要取决于历时最长的膜扩散或颗粒内扩散。
抛光树脂是由氢型强酸性阳离子交换树脂及氢氧型强碱性阴离子交换树脂混合而成 来保证系统出水水质能够维持用水标准。一般出水水质都能达到18兆欧以上，以及对TOC、SiO2都有一定的控制能力。抛光树脂出厂的离子型态都是H、OH型，装填后即可使用，无需再生。
离子交换剂有无机和有机质两类。前者如天然物质海绿砂或合成沸石；后者如磺化煤和树脂。
我们广泛采用人工合成的离子交换树脂作为离子交换剂，它是具有网状结构和可电离的活性基团的难溶性高分子电解质。根据树脂骨架上的活性基团的不同，可分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、两性离子交换树脂、螯合树脂和氧化还原树脂等。用于离子交换分离的树脂其要求具有不溶性、一定的交联度和溶胀作用，而且交换容量和稳定性要高。
离子交换设备主要有固定床、移动床和流动床。固定床是在离子交换一周期的四个过程（交换、反洗、再生、淋洗）中，树脂均固定在床内。移动床则是在交换过程中将部分饱和树脂移出床外再生，同时将再生的树脂送回床内使用。流动床则是树脂处于流动状态下完成上述四个过程。移动床称半连续装置，流动床则称全连续装置。目前使用最广泛的是固定床，包括单床、多床、复合床和混合床。
离子交换过程常在离子交换器中进行。离子交换器类似压力滤池，外壳为一钢罐；离子交换通常釆用过滤方式，滤床由交换剂构成，底部为附有滤头的管系。
离子交换装置按运行方式不同，分为固定床和连续床。
（1）固定床
固定床的构造与压力滤罐相似，是离子交换装置中最基本的也是最常用的一种型式，其 特点是交换与再生两个过程均在交换器中进行，根据交换器内装填树脂种类及交换时树脂在 交换器中的位置的不同，可分为单层床、双层床和混合床。
单层床是在离子交换器中只装填一种树脂，如果装填的是阳树脂，称为阳床；如果装填 的是阴树脂，称为阴床。
双层床是离子交换器内按比例装填强、弱两种同性树脂，由于强、弱两种树脂密度的不 同，密度小的弱型树脂在上，密度大的强型树脂在下，在交换器内形成上下两层。
除此之外，还有混合床和三层床树脂填装方式。
根据固定床原水与再生液的流动方向，又分为两种形式，原水与再生液分别从上而下以 同一方向流经离子交换器的，称为顺流再生固定床，原水与再生液流向相反的，称为逆流再生固定床。
①顺流再生固定床
顺流再生固定床的构造简单，运行方便，但存在几个缺点：在通常生产条件下，即使再生剂单位耗量2〜3倍于理论值，再生效果也不太理想；树脂层上部再生程度高，而下部再生程度差；工作期间，原水中被去除的离子首先被上层树脂所吸附, 置换出来的反离子随水流流经底层时，与未再生好的树脂起逆交换反应，上一周期再生时未被洗脱出来的被去除的离子，作为泄漏离子出现在本周期的出水中，所以出水剩余被去除的离子较多；而到了工作后期，由于树脂层下半部原先再生不好，交换能力低，难以吸附原水中所有被去除的离子，出水水质提前超出规定，导致交换器过早地失效，降低了工作效率。因此，顺流再生固定床只选用于设备出水较小，原水被去除的含离子和含盐量较低的场合。
②逆流再生固定床
流再生固定床的再生有两种操作方式：一是水流向下流的方 式；二是水流向上流的方式。逆流再生可以弥补顺流再生的缺点，而且出水质量显著提高， 原水水质适用范围扩大，对于硬度较高的水，仍能保证出水水质，所以目前采用该法较多。
总体而言，固定床有出水水质好等优点，但固定床离子交换器存在三个缺点：一是树脂 交换容量利用率低；二是在同设备中进行产水和再生工序，生产不连续；三是树脂中的树脂 交换能力使用不均匀，上层的饱和程度高，下层的低。
（2）连续床
为克服固定床的缺点，开发出了连续式离子交换设备，即连续床。连续床又分为移动床和流动床。
移动床的特点是树脂颗粒不是固定在交换器内，而是处于一种连续的循环运动过程中， 树脂用量可减少1/3〜1/2,设备单位容积的处理水量还可得到提高，如双塔移动床系统和三塔移动床系统。
流动床是运行完全连续的离子交换系统，但其操作管理复杂，废水处理中较少应用。
小伙伴们，是不是很神奇呢，所以说化学的世界是无比奇妙的，但是呢，如果把处理污水的几种方法形容一下，我想物理法就应该是一把庖丁解牛的菜刀，而化学法就是一把小巧而锋利的匕首，那么生物法呢，则是一把削铁如泥的宝刀。接下来，小旭会继续来跟大家一起学习生物法处理污（废）水，快快关注我吧。
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