第二章 化學(xué)沉淀

1、第二章 化學(xué)沉淀法（Chemical precipitation for improved plant performance- removal of heavy metals and inorganic salts）,環(huán)境學(xué)院 田晴,本節(jié)提示,課程主要內(nèi)容掌握化學(xué)沉淀原理以及沉淀劑理論投加量的計(jì)算pH對(duì)沉淀效果的影響。熟悉電鍍廢水的化學(xué)沉淀處理工藝 。難點(diǎn)pH對(duì)不同沉淀劑處理效果的影響，不同金屬離子的最佳沉淀pH的確定。

2、,定義,向廢水中加入某些化學(xué)藥劑，使之與廢水中某些溶解性的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成難溶性化合物，然后通過固液分離如沉淀、氣浮、過濾等手段分離的方法。,處理對(duì)象,給水處理中硬水軟化，除鈣鹽，鎂鹽，廢水的化學(xué)除磷或處理含重金屬離子的工業(yè)廢水, 以及溶解性的無機(jī)物，如 氟，砷離子。陽離子：As, Ba, Cd, Cu, Hg, Ni, Se, Zn 大部分可采用 OH- S2- 沉淀去除陰離子：Cr2O42-, PO43-，F(xiàn)－,

3、[Mn+]m[Nm-]nKsp：溶液為飽和溶液,沉淀從溶液中析出；沉淀完成后，溶液中殘余離子濃度仍保持[An+] m[Bm-] n＝ Ksp平衡關(guān)系,KSP溶度積：,二、原理,利用化學(xué)沉淀法所形成的化合物都是難溶物,三、類型：,1. 氫氧化物沉淀法：氫氧化物沉淀法常采用的沉淀劑有：氫氧化鈉，石灰。用氫氧化物法沉淀水中的重金屬離子，會(huì)同時(shí)生成氫氧化物沉淀與各種形式的羥基絡(luò)合物，產(chǎn)生條件與pH有關(guān)，pH是一個(gè)重要的操作條件。,Ksp=[

4、 Mn+][ OH-]n [ Mn+] = Ksp / [ OH-]n 且： [ OH-]＝ Kw/[ H+][ Mn+]＝Ksp / [Kw/[ H+]]n兩邊同取負(fù)對(duì)數(shù)得：-lg[ Mn+]＝-lgKsp +nlgKw- n lg[ H+]-lg[ Mn+]＝-lgKsp –14n+ npH= npH+pKsp –14n,如：金屬以Mn+表示，其氫氧化物的溶解平衡為：M(OH)n??Mn++nOH-,? [Mn+]

5、相同時(shí)，Ksp ?，析出氫氧化物沉淀的pH ? ； ? 同一金屬離子， [Mn+] ?，析出氫氧化物沉淀的 pH ? ;,不同金屬離子，濃度相同時(shí)，Ksp越小，析出沉淀的pH越低同種金屬，濃度不同時(shí)，濃度越大，析出沉淀時(shí)的pH越低。根據(jù)式（1），可以計(jì)算出某一pH值時(shí)，溶液中金屬離子的飽和溶解度，同時(shí)，也可計(jì)算出，預(yù)使某種離子的殘余溶解度降至某值時(shí)，沉淀所需的pH.,pH越高，溶液中殘存的金屬離子濃度越低;然而，許多金屬離子和氫

6、氧根離子不僅可以生成氫氧化物沉淀，而且可以形成各種可溶的羥基絡(luò)合物，形成的種類與pH有關(guān)，如 :Zn2＋, Pb2＋, Cr3＋ , Sn2＋, Al3＋，Cu2＋，F(xiàn)e2＋，F(xiàn)e3＋氫氧化物沉淀都具有兩性， 既能溶于酸，又能溶于堿。,Zn2++2OH-?Zn(OH)2?Zn(OH)2? ?H2ZnO2H2ZnO2+2OH-?ZnO22-+2H2O 在pH=9時(shí)，它幾乎全部以Zn(OH)2? 的形式存在，Zn(OH)2?的溶解

7、度隨pH的升高而降低，pH>10.2時(shí)，生成的Zn(OH)2?又同堿作用形成ZnO22-，溶解度隨pH的升高而增大。,以Zn2+ 為例：,,PH=9 Zn幾乎全部以Zn(OH)2形式沉淀PH>11 Zn(OH)2+OH- Zn(OH)42-或ZnO22-,,,,,2.硫化物沉淀法,硫化物沉淀法常采用的沉淀劑有硫化氫、硫化鈉、硫化鉀。常采用硫化物分步，（共沉淀法），或混凝沉淀法。,采用金屬硫化物時(shí)，溶

8、解平衡式為MS ?? [Ｍ2＋]＋[S2-][M2＋]=Ksp/[S2-]以H2S為沉淀劑時(shí)，分兩步電離H2S?? H++HS-HS- ?? H++S2-K1= [H+] [HS-]/[ H2S]=9.1×10－8K2= [H+] [S2-]/[ HS-]=1.2×10－15K1K2= [H+]2 [S2-]/[ H2S]＝ 1.1×10－22[S2-]=1.1×10－22

9、[ H2S]/ [H+]2,例：1atm,25℃下，飽和[ H2S]為0.1M， [Ｍ2＋]=Ksp/[S2-] =Ksp[H+]2/1.1×10－22 [ H2S] =Ksp[H+]2/1.1×10－23,圖-1 溶解金屬的殘余濃度(以金屬硫化物形式存在)與pH的關(guān)系,,硫化物沉淀法特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：出水中重金屬離子濃度低，去除較完全。缺點(diǎn)：

10、形成的硫化物難沉淀，成本高。采用硫化物沉淀處理金屬廢水，去除率高，可分步沉淀，也單獨(dú)采用硫化物沉淀法，沉渣中金屬的品位高，便于回收利用。,Eg.含汞廢水處理,用石灰，調(diào)節(jié)廢水pH為8~10左右、向廢水中投加過量的硫化鈉形成硫化汞沉淀。 Hg2++S2- ?HgS?由于形成的HgS顆粒很小，直徑只有7微米，沉淀困難，又向廢水中投加適量的混凝劑如硫酸亞鐵 Fe2+S2- ?FeS?形成的FeS

11、?和Fe(OH)2作為載體，吸附HgS?，共同沉淀。,例題：某工業(yè)廢水含硫酸和硫酸鋅各約8～9g/L?！毒C合污水排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，出廠廢水中鋅的含量不得超過5mg/L，要求除鋅，現(xiàn)采用氫氧化物做沉淀劑，進(jìn)行設(shè)計(jì)。,沉淀劑的選擇,氫氧化鈣與氫氧化鈉氫氧化鈣便宜但會(huì)與硫酸生成硫酸鈣沉淀，影響氫氧化鋅的回收利用。采用氫氧化鈉做沉淀劑時(shí)，則可以得到純凈的氫氧化鋅副產(chǎn)物。,反應(yīng)方程式,H2SO4+ 2NaOH?? Na2SO4+H2SO

12、4ZnSO4+2NaOH ?? Na2SO4+Zn(OH)2經(jīng)過計(jì)算，氫氧化鈉總用量約為11.8g/L.,如pH=7時(shí)[Zn2+]=1.8×4/[OH－]2 =1.8×10－14/[10－7]2 =1.8mol/L=1.8*65.4=118g/L終點(diǎn)pH=10時(shí)[Zn2+]=1.8×104/[OH－]2＝1.8×10－14/[

13、10－4]2 =1.8×10－6mol/L =1.8×10－6*65.4 =0.12mg/L,沉淀后，殘余鋅離子濃度取決于廢水終點(diǎn)pH,按要求規(guī)定鋅離子濃度不得超過5mg/L則[Zn2+]=5mg/L=5×10－3/65.4mol/L[OH-]={1.8×10－14/[Zn2+]}1/2 ={1

14、.8×10－14/(5×10－3/65.4mol/L) }1/2 =10-4.814[H+]=10－14/[OH-] = 10－14/ 10-4.814 =10-9.19,化學(xué)除磷,1 化學(xué)凝聚沉淀法,,原理 化學(xué)凝聚沉淀法是指用試劑與污水中的磷反應(yīng)，分散顆粒由于相互作用結(jié)合成聚集體而增大，生成化學(xué)沉淀，達(dá)到除磷目的的方法。Me2(SO4)3+2

15、PO43-→2MePO4↓+3SO42- (Me：Al, Fe)反應(yīng)步驟 沉淀反應(yīng)—凝聚反應(yīng)—絮凝反應(yīng)—固液分離,化學(xué)沉淀劑的選擇,目前使用最多的沉淀劑是鋁鹽、鐵鹽和鈣鹽。鋁鹽主要有：聚合氯化鋁（PAC）、三氯化鋁、硫酸鋁鐵鹽主要有：聚合硫酸鐵（PFS）、硫酸亞鐵、三氯化鐵鈣鹽主要有：石灰,其中，鈣鹽盡管比較便宜，但是其污泥產(chǎn)量比采用其他混凝劑時(shí)要多得多，所以現(xiàn)在工程中不常用。,鐵鹽和鋁鹽的比較,PAC/PFS投加量（mg

16、Al3-或Fe3-/L）,總磷去除率（%）,北京市小月河水質(zhì)指標(biāo)：TP=0.74~0.82 mg/L, pH=7.7~8.2。,PAC和PFS對(duì)北京小月河污水中磷的去除效率的比較,當(dāng)PAC的用量為15.9mg Al3+/L時(shí),TP的去除率高達(dá)96.6%,剩余TP<0.02mg/L,低于水體富營養(yǎng)化的臨界值。而當(dāng)PFS的用量為21mg Fe3+/L時(shí),TP的去除率僅為40.7%。,投加點(diǎn)的確定,,,,,,,,,,,廢水,格柵,初沉