水污染控制工程課件教學(xué)PPT作者孫體昌婁金生第13章化學(xué)沉淀

1、第13章 化學(xué)(huxu)沉淀Chemical Precipitation2022/7/281共四十七頁化學(xué)(huxu)沉淀法化學(xué)沉淀法是指向被處理的水中投加化學(xué)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(xué)反應(yīng)，形成難溶的固體沉淀物，然后進(jìn)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(xué)沉淀法去除，某些有機(jī)污染物也可通過化學(xué)沉淀法去除工藝過程：投加化學(xué)沉淀劑，與水中污染物反應(yīng)，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(jìn)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(xué)(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(yīng)用案例 2022/7/283共四十七頁13.1 基本原理物質(zhì)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(zhì)和溶劑的本性，此外也與溫度、鹽效應(yīng)、晶體結(jié)構(gòu)和晶體大小等有關(guān)習(xí)慣上把溶解度大于1g/100gH2O的物質(zhì)列為可溶物，小于0.lg/100gH2O的物質(zhì)，列為難溶物，介于兩者之間的，列于微溶物。利用化學(xué)沉淀法處理廢水時(shí)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(xué)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(dá)飽和，但無沉淀產(chǎn)生；An+mBmnKsp，將產(chǎn)生沉淀，當(dāng)沉淀完后，溶液中所余的離子濃度仍保持An+mBmnKsp的關(guān)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(xué)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(yīng)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(shí)上式表達(dá)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(shí)，必定是離子積先達(dá)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(guān)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(xué)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(xué)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(xué)(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(yīng)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(guān)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(shí)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(shí)，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(jì)算出不同pH值時(shí)溶液中金屬離子的飽和濃度以pH值為橫坐標(biāo)，以1gMn+為縱坐標(biāo)，即可繪制純?nèi)芤褐薪饘匐x子的飽和濃度與pH值的關(guān)系，根據(jù)關(guān)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(yīng)為7.7；若欲使溶液殘余Cd2+降至105mol/L，則沉淀終了的pH值應(yīng)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(guān)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(yīng)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(luò)合物。各種金屬羥基絡(luò)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(guān)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(shí)，Zn幾乎全部以Zn(OH)2的形式沉淀。但是，當(dāng)堿加到一定量使pH11時(shí)，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(shí)，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(luò)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(guān)，根據(jù)(gnj)各種平衡關(guān)系可以進(jìn)行綜合計(jì)算。仍以Zn2+為例，其羥基絡(luò)合物的生成反應(yīng)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(luò)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(luò)合物與pH值的關(guān)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(luò)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(luò)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(dāng)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(zhì)，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(dāng)廢水中存在CN、NH3、S2及Cl等配位體時(shí)，能與金屬離子結(jié)合成可溶性絡(luò)合物，增大金屬氫氧化物的溶解度，對沉淀不利，應(yīng)通過(tnggu)預(yù)處理除去。2022/7/2820共四十

15、七頁第13章 化學(xué)(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(yīng)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(zhì)生成難溶硫化物沉淀，以達(dá)到分離純化的目的由于此方法(fngf)消耗化學(xué)物質(zhì)相當(dāng)少，因此能大規(guī)模應(yīng)用常用的沉淀劑有H2S、Na2S、NaHS、CaS、(NH4)2S等。根據(jù)沉淀轉(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)pH值范圍大等優(yōu)點(diǎn)，在某些領(lǐng)域得到了實(shí)際應(yīng)用。但是S2可使水體中COD增加，而且當(dāng)水體酸性增加時(shí)，會產(chǎn)生(chnshng)硫化氫氣體污染大氣，因此限制了它的廣泛應(yīng)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(guān)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(shí)，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