水污染控制工程課件教學PPT作者孫體昌婁金生第13章化學沉淀

1、第13章 化學(huxu)沉淀Chemical Precipitation2022/7/281共四十七頁化學(huxu)沉淀法化學沉淀法是指向被處理的水中投加化學藥劑（沉淀劑），使之與水中溶解態(tài)的污染物直接發(fā)生化學反應，形成難溶的固體沉淀物，然后進行固液分離，從而除去水中污染物的處理方法污水中的重金屬離子、堿土金屬及某些非金屬均可通過化學沉淀法去除，某些有機污染物也可通過化學沉淀法去除工藝過程：投加化學沉淀劑，與水中污染物反應，生成難溶的沉淀物而析出；通過凝聚、沉降、氣浮、過濾、離心(lxn)等方法進行固液分離；泥渣的處理或回收利用。2022/7/282共四十七頁第13章 化學(huxu)沉淀

2、13.1 基本原理13.2 氫氧化物(qn yn hu w)沉淀法13.3 硫化物沉淀法13.4 碳酸鹽沉淀法13.5 鐵氧體沉淀法13.6 鋇鹽沉淀法13.7 鹵化物沉淀法13.8 應用案例 2022/7/283共四十七頁13.1 基本原理物質在水中的溶解能力可用溶解度表示。溶解度的大小主要取決于物質和溶劑的本性，此外也與溫度、鹽效應、晶體結構和晶體大小等有關習慣上把溶解度大于1g/100gH2O的物質列為可溶物，小于0.lg/100gH2O的物質，列為難溶物，介于兩者之間的，列于微溶物。利用化學沉淀法處理廢水時所形成的化合物都是難溶物在一定溫度下，難溶化合物的飽和溶液中，各離子濃度的乘積稱

3、為(chn wi)溶度積，它是一個化學平衡常數(shù)，以Ksp表示。2022/7/284共四十七頁難溶物的溶解平衡可用下列通式表示：AmBn（固） mAn+nBm KspAn+mBmn若An+mBmnKsp，溶液(rngy)不飽和，難溶物將繼續(xù)溶解；An+mBmnKsp，溶液達飽和，但無沉淀產(chǎn)生；An+mBmnKsp，將產(chǎn)生沉淀，當沉淀完后，溶液中所余的離子濃度仍保持An+mBmnKsp的關系因此，根據(jù)溶度積，可以初步判斷水中離子是否能用化學沉淀法來分離以及分離的程度難溶物的溶解(rngji)平衡2022/7/285共四十七頁AmBn（固） mAn+nBm 若要降低水中某種有害離子A的濃度，有兩種方

4、法： 可向水中投加沉淀劑離子C，形成溶度積很小的化合物AC，使A從水中沉淀出來； 利用同離子效應向水中投加同離子B，使A與B的離子積大于其溶度積，此時上式表達的平衡(pnghng)就會向左移動，從而降低了A在水中的濃度若溶液中有數(shù)種離子共存，加人沉淀劑時，必定是離子積先達到溶度積的優(yōu)先沉淀，這種現(xiàn)象稱為分步沉淀。顯然，各種離子分步沉淀的次序取決于溶度積和有關離子的濃度2022/7/286共四十七頁某些(mu xi)化合物的溶度積化合物溶度積化合物溶度積Al(OH)31.110-15 (18)Fe(OH)21.6410-14 (18)AgBr4.110-13 (18)Fe(OH)31.110-3

5、6 (18)AgCl1.5610-10 (25)3.710-19 (18)Ag2CO36.1510-12 (25)Hg2Br21.310-21 (25)Ag2CrO41.210-12 (14.8)Hg2Cl2210-18 (25)AgI1.510-16 (25)Hg2I21.210-28 (25)Ag2S1.610-49 (18)HgS410-53210-49 (18)BaCO3710-9 (16)MgCO32.610-5 (12)BaCrO41.610-10 (25)MgF27.110-9 (18)BaF21.710-6 (18)Mg(OH)21.210-11 (18)2022/7/287共

6、四十七頁化合物溶度積化合物溶度積BaSO40.8710-10 (18)Mn(OH)2410-14 (18)CaCO30.9910-8 (15)MnS1.410-15 (18)CaF23.410-11 (18)1.410-24 (18)CaSO42.4510-5 (25)PbCO33.310-14 (18)CdS3.610-29 (18)PbCrO41.7710-14 (18)CoS310-26 (18)PbF23.210-8 18CuBr4.1510-8 (1820)PbI27.4710-9 (15)CuCl1.0210-6 (1820)PbS3.410-28 (18)CuS210-47 (1

7、618)ZnS1.210-23 (18)某些(mu xi)化合物的溶度積2022/7/288共四十七頁由上表可見，金屬硫化物、氫氧化物和碳酸鹽的溶度積都很小，因此，可向水中投加硫化物（一般常用Na2S）、氫氧化物（一般常用石灰乳）或碳酸鈉等藥劑來產(chǎn)生化學沉淀，以降低水中金屬離子的濃度根據(jù)所使用的沉淀劑的不同(b tn)，化學沉淀法可分為氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、碳酸鹽沉淀法、鐵氧體沉淀法、鋇鹽沉淀法和鹵化物沉淀法等2022/7/289共四十七頁第13章 化學(huxu)沉淀13.1 基本原理13.2 氫氧化物(qn yn hu w)沉淀法13.3 硫化物沉淀法13.4 碳酸鹽沉淀法13.5

8、 鐵氧體沉淀法13.6 鋇鹽沉淀法13.7 鹵化物沉淀法13.8 應用案例 2022/7/2810共四十七頁13.2 氫氧化物(qn yn hu w)沉淀法除了堿金屬和部分堿土金屬外，其它金屬的氫氧化物大都是難溶的由溶積度表中可以看出，金屬氫氧化物的溶度積一般都很小，因此(ync)可用氫氧化物沉淀法去除廢水中的重金屬離子。沉淀劑是各種堿性藥劑，常用的有石灰、碳酸鈉、苛性鈉、石灰石、白云石氫氧化物的沉淀與pH值有很大關系，如果以M(OH)n表示金屬氫氧化物，則其氫氧化物的溶解平衡為：M(OH)n Mn+nOHKspMn+OHn2022/7/2811共四十七頁M(OH)n Mn+nOHKspMn+

9、OHn同時發(fā)生水的解離：H2O H+OH水的離子(lz)積為：KwH+OH=11014 （25）由式上式可得：lgMn+npH+lgKsp+14n由上式可以看出：金屬離子濃度相同時，溶度積Ksp越小，則開始析出氫氧化物沉淀的pH值愈低；對于同一金屬離子，濃度越大，開始析出沉淀的pH值愈低。2022/7/2812共四十七頁lgMn+npH+lgKsp+14n根據(jù)各種金屬氫氧化物(qn yn hu w)的Ksp值，由上式可計算出不同pH值時溶液中金屬離子的飽和濃度以pH值為橫坐標，以1gMn+為縱坐標，即可繪制純溶液中金屬離子的飽和濃度與pH值的關系，根據(jù)關系圖可以確定各金屬離子沉淀的條件以Cd2

10、+為例，若Cd2+=0.lmol/L，則由圖可查出，使Cd(OH)2開始析出的pH值應為7.7；若欲使溶液殘余Cd2+降至105mol/L，則沉淀終了的pH值應為9.72022/7/2813共四十七頁金屬氫氧化物(qn yn hu w)的溶解度與pH值的關系若Cd2+=0.lmol/L，則由圖可查出，使Cd(OH)2開始(kish)析出的pH值應為7.72022/7/2814共四十七頁許多金屬離子和氫氧根離子不僅可以生成氫氧化物沉淀，而且還可以生成各種可溶性羥基絡合物。各種金屬羥基絡合物在溶液中存在的數(shù)量和比例都直接同溶液pH值有關有些金屬（如Al、Zn、Pb、Cr、Sn等）的氫氧化物沉淀具有

11、兩性，它們既有酸性又有堿性，既能和酸作用，又能和堿作用。以Zn為例，在pH值等于9時，Zn幾乎全部以Zn(OH)2的形式沉淀。但是，當堿加到一定量使pH11時，生成的Zn(OH)2又能和堿起作用溶于堿中，生成Zn(OH)42或ZnO22離子因此，用氫氧化物沉淀法分離廢水中的金屬時，廢水的pH值是一個(y )重要條件2022/7/2815共四十七頁各種金屬羥基絡合物在溶液中存在的數(shù)量和比例都直接同溶液pH值有關，根據(jù)(gnj)各種平衡關系可以進行綜合計算。仍以Zn2+為例，其羥基絡合物的生成反應平衡常數(shù)K1，K2，K3，K4如下：K1ZnOH/(Zn2OH)5105K2Zn(OH)2(液)/(Z

12、nOHOH)2.7104K3Zn(OH)3/(Zn(OH)2(液)OH)1.26104K4Zn(OH)42/(Zn(OH)3OH)1.82104金屬(jnsh)絡合物的平衡2022/7/2816共四十七頁與Zn(OH)2（固）呈平衡(pnghng)的各種離子、羥基絡合物與pH值的關系如下：Zn(OH)2(固) Zn22OH KspZn2OH27.1108lgZn22pHpKsp2pKw2pH10.85Zn(OH)2（固） Zn(OH)OH Ks1Zn(OH)OHKSPK13.551012lgZn(OH)pHpKs1pKwpH2.55金屬(jnsh)絡合物的平衡2022/7/2817共四十七頁Z

13、n(OH)2（固） Zn(OH)2(液) Ks2Zn(OH)2(液)Ks1K29.8108lgZn(OH)2(液)pKs27.02Zn(OH)2（固）OH Zn(OH)3 Ks3Zn(OH)3/OHKs2K31.2103lgZn(OH)3pHpKs3pKwpH16.92Zn(OH)2（固）2OH Zn(OH)42 Ks4Zn(OH) /OH2Ks3 K42.19102lgZn(OH) 2pHpKs42pKw2pH29.66金屬(jnsh)絡合物的平衡2022/7/2818共四十七頁氫氧化鋅溶解平衡(pnghng)區(qū)域圖當pHl0.2以后，Zn(OH)2（固）的溶解度隨pH值升高而增大其它可生成

14、兩性氫氧化物的金屬也具有類似的性質，如Cr3+、Al3+、Fe3+、Fe2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+等2022/7/2819共四十七頁某些金屬(jnsh)氫氧化物沉淀析出的最佳pH值范圍金屬離子Fe3+Al3+Cr3+Cu2+Zn2+Sn2+Ni2+Pb2+Cd2+Fe2+Mn2+沉淀的最佳pH值6125.58898910589.599.510.55121014加堿溶解的pH值8.5910.58.59.512.5當廢水中存在CN、NH3、S2及Cl等配位體時，能與金屬離子結合成可溶性絡合物，增大金屬氫氧化物的溶解度，對沉淀不利，應通過(tnggu)預處理除去。2022/7/2820共四十

15、七頁第13章 化學(huxu)沉淀13.1 基本原理13.2 氫氧化物沉淀法13.3 硫化物沉淀法13.4 碳酸鹽沉淀法13.5 鐵氧體沉淀法13.6 鋇鹽沉淀法13.7 鹵化物沉淀法13.8 應用(yngyng)案例 2022/7/2821共四十七頁13.3 硫化物沉淀法硫化物沉淀法是向廢水中加入硫化氫、硫化銨或堿金屬的硫化物，使欲處理物質生成難溶硫化物沉淀，以達到分離純化的目的由于此方法(fngf)消耗化學物質相當少，因此能大規(guī)模應用常用的沉淀劑有H2S、Na2S、NaHS、CaS、(NH4)2S等。根據(jù)沉淀轉化原理，難溶硫化物MnS、FeS等也可作為處理藥劑。2022/7/2822共四十

16、七頁硫化物沉淀法的應用(yngyng)硫化物沉淀法可用于去除砷、汞以及含Cu2+、Cd2+、Zn2+、Pb2+、AsO2等廢水。硫化物沉淀法處理含重金屬廢水，具有去除率高、可分步沉淀、泥渣中重金屬含量高、適應pH值范圍大等優(yōu)點，在某些領域得到了實際應用。但是S2可使水體中COD增加，而且當水體酸性增加時，會產(chǎn)生(chnshng)硫化氫氣體污染大氣，因此限制了它的廣泛應用。2022/7/2823共四十七頁硫化物的平衡(pnghng)硫化物沉淀(chndin)的生成與pH值有較大關系。金屬硫化物的溶解平衡式為：MS M2+S2M2+KSP/S2以硫化氫為沉淀劑時，硫化氫分兩步電離，其電離方程式如下：H2S H+HSHS H+S22022/7/2824共四十七頁硫化物的平衡(pnghng)電離常