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化學氧化還原是轉化廢水中污染物的有效方法。水處理化學氧化還原法是指廢水中呈溶解狀態的無機物和有機物，通過化學反應被氧化或還原為微毒、無毒的物質，或者轉化成容易與水分離的形態，從而達到處理的目的。
與生物氧化法相比，化學氧化還原法需較高的運行費用。因此，目前化學氧化還原法僅用于飲用水處理、特種工業用水處理、有毒工業廢水處理和以回用為目的的廢水深度處理等有限場合。
按照污染物的凈化原理，氧化還原處理方法包括藥劑法、電化學法（電解）和光化學法三大類。
對于有機物的氧化還原過程，由于涉及共價鍵，電子的移動情形很復雜。許多反應并不發生電子的直接轉移。只是原子周圍的電子云密度發生變化。目前還沒有建立電子云密度變化與氧化還原反應的方向和程度之間的定量關系。因此，在實際上，凡是加氧或脫氫的反應稱為氧化，而加氫或脫氧的反應則成為還原；凡是與強氧化劑作用而使有機物分解成簡單的無機物如CO2、H2O等的反應，可判斷為氧化反應。
有機物氧化為簡單無機物是逐步完成的，這個過程稱為有機物的降解。復雜有機化合物的降解歷程和中間產物更為復雜。通常碳水化合物氧化的zui終產物是Co2和H2O，含氮有機物的氧化產物除CO2、H2O外，還會有硝酸類產物，含硫的還會有硫酸類產物，含磷的還會有磷酸類產物。
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