《水污染控制工程 教学课件 ppt 作者 孙体昌 娄金生水污染控制工程PPT10-16 第13章 化学沉淀》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水污染控制工程 教学课件 ppt 作者 孙体昌 娄金生水污染控制工程PPT10-16 第13章 化学沉淀（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第13章 化学沉淀 Chemical Precipitation,化学沉淀法,化学沉淀法是指向被处理的水中投加化学药剂（沉淀剂），使之与水中溶解态的污染物直接发生化学反应，形成难溶的固体沉淀物，然后进行固液分离，从而除去水中污染物的处理方法 污水中的重金属离子、碱土金属及某些非金属均可通过化学沉淀法去除，某些有机污染物也可通过化学沉淀法去除 工艺过程： 投加化学沉淀剂，与水中污染物反应，生成难溶的沉淀物而析出； 通过凝聚、沉降、气浮、过滤、离心等方法进行固液分离； 泥渣的处理或回收利用。,第13章 化学沉淀,13.1 基本原理 13.2 氢氧化物沉淀法 13.3 硫化物沉淀法 13.4 碳酸盐
2、沉淀法 13.5 铁氧体沉淀法 13.6 钡盐沉淀法 13.7 卤化物沉淀法 13.8 应用案例,13.1 基本原理,物质在水中的溶解能力可用溶解度表示。溶解度的大小主要取决于物质和溶剂的本性，此外也与温度、盐效应、晶体结构和晶体大小等有关 习惯上把溶解度大于1g/100gH2O的物质列为可溶物，小于0.lg/100gH2O的物质，列为难溶物，介于两者之间的，列于微溶物。利用化学沉淀法处理废水时所形成的化合物都是难溶物 在一定温度下，难溶化合物的饱和溶液中，各离子浓度的乘积称为溶度积，它是一个化学平衡常数，以Ksp表示。,难溶物的溶解平衡可用下列通式表示： AmBn（固） mAn+nBm Ks
3、pAn+mBmn 若An+mBmnKsp，溶液不饱和，难溶物将继续溶解； An+mBmnKsp，溶液达饱和，但无沉淀产生；An+mBmnKsp，将产生沉淀，当沉淀完后，溶液中所余的离子浓度仍保持An+mBmnKsp的关系 因此，根据溶度积，可以初步判断水中离子是否能用化学沉淀法来分离以及分离的程度,难溶物的溶解平衡,AmBn（固） mAn+nBm 若要降低水中某种有害离子A的浓度，有两种方法： 可向水中投加沉淀剂离子C，形成溶度积很小的化合物AC，使A从水中沉淀出来； 利用同离子效应向水中投加同离子B，使A与B的离子积大于其溶度积，此时上式表达的平衡就会向左移动，从而降低了A在水中的浓度 若溶
4、液中有数种离子共存，加人沉淀剂时，必定是离子积先达到溶度积的优先沉淀，这种现象称为分步沉淀。 显然，各种离子分步沉淀的次序取决于溶度积和有关离子的浓度,某些化合物的溶度积,某些化合物的溶度积,由上表可见，金属硫化物、氢氧化物和碳酸盐的溶度积都很小，因此，可向水中投加硫化物（一般常用Na2S）、氢氧化物（一般常用石灰乳）或碳酸钠等药剂来产生化学沉淀，以降低水中金属离子的浓度 根据所使用的沉淀剂的不同，化学沉淀法可分为氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、碳酸盐沉淀法、铁氧体沉淀法、钡盐沉淀法和卤化物沉淀法等,第13章 化学沉淀,13.1 基本原理 13.2 氢氧化物沉淀法 13.3 硫化物沉淀法 13.
5、4 碳酸盐沉淀法 13.5 铁氧体沉淀法 13.6 钡盐沉淀法 13.7 卤化物沉淀法 13.8 应用案例,13.2 氢氧化物沉淀法,除了碱金属和部分碱土金属外，其它金属的氢氧化物大都是难溶的 由溶积度表中可以看出，金属氢氧化物的溶度积一般都很小，因此可用氢氧化物沉淀法去除废水中的重金属离子。沉淀剂是各种碱性药剂，常用的有石灰、碳酸钠、苛性钠、石灰石、白云石 氢氧化物的沉淀与pH值有很大关系，如果以M(OH)n表示金属氢氧化物，则其氢氧化物的溶解平衡为： M(OH)n Mn+nOH KspMn+OHn,M(OH)n Mn+nOH KspMn+OHn 同时发生水的解离： H2O H+OH 水的离
6、子积为： KwH+OH=11014 （25） 由式上式可得： lgMn+npH+lgKsp+14n 由上式可以看出： 金属离子浓度相同时，溶度积Ksp越小，则开始析出氢氧化物沉淀的pH值愈低； 对于同一金属离子，浓度越大，开始析出沉淀的pH值愈低。,lgMn+npH+lgKsp+14n 根据各种金属氢氧化物的Ksp值，由上式可计算出不同pH值时溶液中金属离子的饱和浓度 以pH值为横坐标，以1gMn+为纵坐标，即可绘制纯溶液中金属离子的饱和浓度与pH值的关系，根据关系图可以确定各金属离子沉淀的条件 以Cd2+为例，若Cd2+=0.lmol/L，则由图可查出，使Cd(OH)2开始析出的pH值应为7
7、.7；若欲使溶液残余Cd2+降至105mol/L，则沉淀终了的pH值应为9.7,金属氢氧化物的溶解度与pH值的关系,若Cd2+=0.lmol/L，则由图可查出，使Cd(OH)2开始析出的pH值应为7.7,许多金属离子和氢氧根离子不仅可以生成氢氧化物沉淀，而且还可以生成各种可溶性羟基络合物。各种金属羟基络合物在溶液中存在的数量和比例都直接同溶液pH值有关 有些金属（如Al、Zn、Pb、Cr、Sn等）的氢氧化物沉淀具有两性，它们既有酸性又有碱性，既能和酸作用，又能和碱作用。以Zn为例，在pH值等于9时，Zn几乎全部以Zn(OH)2的形式沉淀。但是，当碱加到一定量使pH11时，生成的Zn(OH)2又
8、能和碱起作用溶于碱中，生成Zn(OH)42或ZnO22离子 因此，用氢氧化物沉淀法分离废水中的金属时，废水的pH值是一个重要条件,各种金属羟基络合物在溶液中存在的数量和比例都直接同溶液pH值有关，根据各种平衡关系可以进行综合计算。 仍以Zn2+为例，其羟基络合物的生成反应平衡常数K1，K2，K3，K4如下： K1ZnOH/(Zn2OH)5105 K2Zn(OH)2(液)/(ZnOHOH)2.7104 K3Zn(OH)3/(Zn(OH)2(液)OH)1.26104 K4Zn(OH)42/(Zn(OH)3OH)1.82104,金属络合物的平衡,与Zn(OH)2（固）呈平衡的各种离子、羟基络合物与p
9、H值的关系如下： Zn(OH)2(固) Zn22OH KspZn2OH27.1108 lgZn22pHpKsp2pKw2pH10.85 Zn(OH)2（固） Zn(OH)OH Ks1Zn(OH)OHKSPK13.551012 lgZn(OH)pHpKs1pKwpH2.55,金属络合物的平衡,Zn(OH)2（固） Zn(OH)2(液) Ks2Zn(OH)2(液)Ks1K29.8108 lgZn(OH)2(液)pKs27.02 Zn(OH)2（固）OH Zn(OH)3 Ks3Zn(OH)3/OHKs2K31.2103 lgZn(OH)3pHpKs3pKwpH16.92 Zn(OH)2（固）2OH
10、Zn(OH)42 Ks4Zn(OH) /OH2Ks3 K42.19102 lgZn(OH) 2pHpKs42pKw2pH29.66,金属络合物的平衡,氢氧化锌溶解平衡区域图,当pHl0.2时，Zn(OH)2（固）的溶解度随pH值升高而降低,当pHl0.2以后，Zn(OH)2（固）的溶解度随pH值升高而增大,其它可生成两性氢氧化物的金属也具有类似的性质，如Cr3+、Al3+、Fe3+、Fe2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+等,某些金属氢氧化物沉淀析出的最佳pH值范围,当废水中存在CN、NH3、S2及Cl等配位体时，能与金属离子结合成可溶性络合物，增大金属氢氧化物的溶解度，对沉淀不利，应通过预处理
11、除去。,第13章 化学沉淀,13.1 基本原理 13.2 氢氧化物沉淀法 13.3 硫化物沉淀法 13.4 碳酸盐沉淀法 13.5 铁氧体沉淀法 13.6 钡盐沉淀法 13.7 卤化物沉淀法 13.8 应用案例,13.3 硫化物沉淀法,硫化物沉淀法是向废水中加入硫化氢、硫化铵或碱金属的硫化物，使欲处理物质生成难溶硫化物沉淀，以达到分离纯化的目的 由于此方法消耗化学物质相当少，因此能大规模应用 常用的沉淀剂有H2S、Na2S、NaHS、CaS、(NH4)2S等。根据沉淀转化原理，难溶硫化物MnS、FeS等也可作为处理药剂。,硫化物沉淀法的应用,硫化物沉淀法可用于去除砷、汞以及含Cu2+、Cd2+
12、、Zn2+、Pb2+、AsO2等废水。 硫化物沉淀法处理含重金属废水，具有去除率高、可分步沉淀、泥渣中重金属含量高、适应pH值范围大等优点，在某些领域得到了实际应用。 但是S2可使水体中COD增加，而且当水体酸性增加时，会产生硫化氢气体污染大气，因此限制了它的广泛应用。,硫化物的平衡,硫化物沉淀的生成与pH值有较大关系。金属硫化物的溶解平衡式为： MS M2+S2 M2+KSP/S2 以硫化氢为沉淀剂时，硫化氢分两步电离，其电离方程式如下： H2S H+HS HS H+S2,硫化物的平衡,电离常数分别为： 以上各式经整理可得：,硫化物的平衡,在0.lMPa、25的条件下，硫化氢在水中的饱和浓度
13、为H2S= 0.lmol/L（pH6），因此有： 由上式可以看出，金属离子M2+的浓度和pH值有关，随pH值的升高而降低。,13.4 碳酸盐沉淀法,碳酸盐沉淀法有三种不同的应用方式，适用于不同的处理对象： 投加难溶碳酸盐（如碳酸钙），利用沉淀转化原理，使水中金属离子（如Pb2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+等）生成溶解度更小的碳酸盐而沉淀析出； 投加可溶性碳酸盐（如碳酸钠），使水中金属离子生成难溶碳酸盐而沉淀析出。这种方式可去除水中的重金属离子和非碳酸盐硬度； 投加石灰，与水中碳酸盐硬度生成难溶的碳酸钙和氢氧化镁而沉淀出。这种方式可去除水中的碳酸盐硬度。,水的化学软化,碳酸盐沉淀法可以将碱土金
14、属（Ca、Mg）和重金属（Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Ag、Cd、Pb、Hg、Bi等）以碳酸盐的形式从废水中沉淀去除。 水的化学软化就是应用碳酸盐沉淀法来降低水的硬度。当原水的非碳酸盐硬度较小时，可采用石灰软化方法，软化反应如下： Ca(OH)2CO2CaCO3H2O Ca(OH)2Ca(HCO3)22CaCO32H2O Ca(OH)2Mg(HCO3)2CaCO3MgCO32H2O Ca(OH)2MgCO3CaCO3Mg(OH)2,石灰-纯碱软化法,对于非碳酸盐硬度较高的水，可采用石灰-纯碱软化法，即同时投加石灰和纯碱。 石灰-纯碱软化反应如下： CaSO4Na2CO3CaCO3Na2SO4
15、 CaCl2Na2CO3CaCO32NaCl MgSO4Na2CO3MgCO3Na2SO4 MgCl2Na2CO3MgCO32NaCl MgCO3Ca(OH)2CaCO3Mg(OH)2 Ca(OH)2Na2CO3CaCO32NaOH,石灰-纯碱软化法,石灰-纯碱软化法可以是冷法、温热法和热法。冷法温度为生水温度；热法温度98；温热法温度介于两者之间，通常为50。 用石灰-纯碱法时，加药量必须正确，Ca(OH)2或Na2CO3过量会发生自反应而增加水中NaOH含量。过量的纯碱本身在蒸汽锅炉中会发生如下水解反应： Na2CO3H2O 2NaOHCO2 水解生成的NaOH可能导致锅炉苛性脆化或碱性腐蚀，生成的CO2则会导致凝结水管路发生腐蚀。,石灰-石膏软化法,当原水的碱度大于硬度时，水中无非碳酸盐硬度，而有NaHCO3存在。 对于这种水，采
