第二章 化学沉淀.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 化学沉淀法,（,Chemical precipitation for improved plant performance-removal of heavy metals and inorganic salts,）,环境学院 田晴,本节提示,课程主要内容,掌握,化学沉淀原理以及沉淀剂理论投加量的计算,pH,对沉淀效果的影响,。,熟悉,电镀废水的化学沉淀处理工艺。,难点,pH,对不同沉淀剂处理效果的影响，不同金属离子的最佳沉淀,pH,的确定。,定义,向废水中加入某些化学药剂，使之与废水中某些溶解性的物质发生化学反应，生成,难溶性化合物,，然后通过,固液分离如沉淀、气浮、过滤,等手段分离的方法。,处理对象,给水处理中硬水软化，除钙盐，镁盐，废水的化学除磷或处理含重金属离子的工业废水,以及溶解性的无机物，如 氟，砷离子。,阳离子：,As,Ba,Cd,Cu,Hg,Ni,Se,Zn,大部分可采用,OH,-,S,2-,沉淀去除,阴离子：,Cr,2,O,4,2-,PO,4,3-,，,F,M,n+,m,N,m-,n,K,sp,：溶液为,饱和,溶液,沉淀从溶液中析出；,沉淀完成后，溶液中残余离子浓度仍保持,An+,mBm,-n,Ksp,平衡关系,K,SP,溶度积：,二、原理,利用,化学沉淀法所形成的化合物都是,难溶物,三、类型：,1.,氢氧化物沉淀法：,氢氧化物沉淀法常采用的沉淀剂有：,氢氧化钠，石灰,。,用氢氧化物法沉淀水中的重金属离子，会同时生成氢氧化物沉淀与各种形式的羟基络合物，,产生条件与,pH,有关，,pH,是一个重要的操作条件,。,Ksp,=,Mn,+,OH,-,n,Mn,+,=,Ksp,/OH,-,n,且：,OH,-,Kw,/H,+,Mn,+,Ksp,/,Kw,/,H,+,n,两边同取负对数得：,-,lg,Mn,+,-,lgKsp,+,nlgKw,-n,lg,H,+,-,lg,Mn,+,-,lgKsp,14n+,npH,=,npH+pKsp,14n,如：金属以,Mn,+,表示，其氢氧化物的溶解平衡为：,M(OH)n,Mn+nOH,-,M,n,+,相同时，,K,sp,，,析出氢氧化物沉淀的,pH,；,同一金属离子，,M,n,+,，,析出氢氧化物沉淀的,pH,;,1,2,4,3,6,5,7,9,8,11,10,12,-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,Fe,3+,Al,3+,Cr,3+,Cu,2+,Zn,2+,Ni,2+,Fe,2+,Cd,2+,Mn,2+,LgM,n,+,pH,K,sp,Fe(OH),3,3.2,10,-38,Al(OH),3,1.3,10,-33,Cr(OH),3,6.3,10,-31,Cu(OH),2,5.0,10,-20,金属离子溶解度与,pH,的,关系,不同金属离子，浓度相同时，,Ksp,越小，析出沉淀的,pH,越低,同种金属，,浓度不同时，浓度越大，析出沉淀时的,pH,越低,。,根据式（,1,），可以计算出某一,pH,值时，溶液中金属离子的饱和溶解度，同时，也可计算出，预使某种离子的残余溶解度降至某值时，沉淀所需的,pH.,pH,越高，溶液中残存的金属离子浓度越低,;,然而,，,许多金属离子和氢氧根离子不仅可以生成氢氧化物沉淀，而且可以形成各种可溶的羟基络合物，形成的种类与,pH,有关，,如,:,Zn,2,Pb,2,Cr,3,Sn,2,Al,3,，,Cu,2,，,Fe,2,，,Fe,3,氢氧化物沉淀都具有两性，既能溶于酸，又能溶于碱。,Zn,2+,+2OH,-,Zn(OH),2,Zn(OH),2,H,2,ZnO,2,H,2,ZnO,2,+2OH,-,ZnO,2,2-,+2H,2,O,在,pH=9,时，它几乎全部以,Zn(OH),2,的形式存在，,Zn(OH),2,的溶解度随,pH,的升高而降低，,pH10.2,时，生成的,Zn(OH),2,又同碱作用形成,ZnO,2,2-,，溶解度随,pH,的升高而增大。,以,Zn,2+,为例：,PH=9 Zn,几乎全部以,Zn(OH)2,形式沉淀,PH11 Zn(OH),2,+OH,-,Zn(OH),4,2-,或,ZnO,2,2-,2.,硫化物沉淀法,硫化物沉淀法常采用的沉淀剂有,硫化氢、硫化钠、硫化钾。常采用硫化物分步，（共沉淀法），或混凝沉淀法。,采用金属硫化物时，溶解平衡式为,MS,2,S,2-,M,2,=Ksp/S,2-,以,H,2,S,为沉淀剂时，分两步电离,H,2,S,H,+,+HS,-,HS,-,H,+,+S,2-,K,1,=H,+,HS,-,/H,2,S=9.110,8,K,2,=H,+,S,2-,/HS,-,=1.210,15,K,1,K,2,=H,+,2,S,2-,/H,2,S,1.110,22,S,2-,=1.110,22,H,2,S/H,+,2,例：,1atm,25,下，饱和,H,2,S,为,0.1M,，,2,=Ksp/S,2-,=KspH,+,2,/1.110,22,H,2,S,=KspH,+,2,/1.110,23,图,-1,溶解金属的残余浓度,(,以金属硫化物形式存在,),与,pH,的关系,硫化物沉淀法特点,优点：出水中重金属离子浓度低，去除较完全。,缺点：形成的硫化物难沉淀，成本高。,采用硫化物沉淀处理金属废水，去除率高，可分步沉淀，也单独采用硫化物沉淀法，沉渣中金属的品位高，便于回收利用。,Eg,.,含汞废水处理,用石灰，调节废水,pH,为,810,左右、向废水中投加过量的硫化钠形成硫化汞沉淀。,Hg,2+,+S,2-,HgS,由于形成的,HgS,颗粒很小，直径只有,7,微米，沉淀困难，又向废水中投加适量的混凝剂如硫酸亚铁,Fe,2,+S,2-,FeS,形成的,FeS,和,Fe(OH),2,作为载体，吸附,HgS,，共同沉淀。,例题：,某工业废水含硫酸和硫酸锌各约,8,9g/L,。,综合污水排放标准,中规定，出厂废水中锌的含量不得超过,5mg/L,，要求除锌，现采用氢氧化物做沉淀剂，进行设计。,沉淀剂的选择,氢氧化钙与氢氧化钠,氢氧化钙便宜但会与硫酸生成硫酸钙沉淀，影响氢氧化锌的回收利用。,采用氢氧化钠做沉淀剂时，则可以得到纯净的氢氧化锌副产物。,反应方程式,H,2,SO,4,+2NaOH,Na,2,SO,4,+H,2,SO,4,ZnSO4+2NaOH,Na,2,SO,4,+Zn(OH),2,经过计算，氢氧化钠总用量约为,11.8g/L.,如,pH=7,时,Zn,2+,=1.84/OH,2,=1.810,14,/10,7,2,=1.8mol/L=1.8*65.4=118g/L,终点,pH=10,时,Zn,2+,=1.810,4,/OH,2,1.810,14,/10,4,2,=1.810,6,mol/L,=1.810,6,*65.4,=0.12mg/L,沉淀后，残余锌离子浓度取决于废水终点,pH,按要求规定锌离子浓度不得超过,5mg/L,则,Zn,2+,=5mg/L=510,3,/65.4mol/L,OH-=1.810,14,/Zn,2+,1/2,=1.810,14,/(510,3,/65.4mol/L),1/2,=10,-4.814,H+=10,14,/OH,-,=10,14,/10,-4.814,=10,-9.19,化学除磷,1,化学凝聚沉淀法,原理,化学凝聚沉淀法是指用试剂与污水中的磷反应，分散颗粒由于相互作用结合成聚集体而增大，生成化学沉淀，达到除磷目的的方法。,Me,2,(SO,4,),3,+2PO,4,3-,2MePO,4,+3SO,4,2-,(Me,：,Al,Fe),反应步骤,沉淀反应,凝聚反应,絮凝反应,固液分离,化学沉淀剂的选择,目前使用最多的沉淀剂是铝盐、铁盐和钙盐。,铝盐主要有：聚合氯化铝（,PAC,）、三氯化铝、硫酸铝,铁盐主要有：聚合硫酸铁（,PFS,）、硫酸亚铁、三氯化铁,钙盐主要有：石灰,其中，钙盐尽管比较便宜，但是其污泥产量比采用其他混凝剂时要多得多，所以现在工程中不常用。,铁盐和铝盐的比较,PAC/PFS,投加量（,mgAl,3-,或,Fe,3-,/L,）,总磷去除率（,%,）,北京市小月河水质指标：,TP=0.740.82 mg/L,pH=7.78.2,。,PAC,和,PFS,对北京小月河污水中磷的去除效率的比较,当,PAC,的用量为,15.9mg Al,3+,/L,时,TP,的去除率高达,96.6%,剩余,TP0.02mg/L,低于水体富营养化的临界值。,而当,PFS,的用量为,21mg Fe,3+,/L,时,TP,的去除率仅为,40.7%,。,投加点的确定,废水,格栅,初沉池,二沉池,浓缩池,1,曝气池,2,回流污泥,污泥,污泥,3,深度处理,出水,