污水的化学处理 3.3 化学沉淀法PPT课件

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二、氢氧化物沉淀法
金属氢氧化物的溶解与污水的PH值关系很大。 M(OH)n表示金属的氢氧化物，Mm+表示金属离子。 则电离方程式 M nn(OH ) M (O)H n
其溶度积为
KM s(O p)n H [M n]O [ ]H n
同时水发生电离 H2O HOH
水的离子积为 K H 2 O [H ]O [ ] H 1 1 10 4
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5 铁氧体沉淀法特点
优点： (1)一次脱除多种金属离子，出水水质好，能达到排放标准； (2)设备简单、操作方便； (3)硫酸亚铁的投量范围大，对水质的适应性强； (4)沉淀易分离、易处置。 缺点：(1)不能单独回收有用金属；
(2)需消耗相当多的药剂及热能，处理时间较长，使处理成 本较高；
(3)出水中的硫酸盐含量高。
B----二价金属，如Fe、Mg、Zn、Mn、Co、Ni、Ca等； Ａ----三价金属，如Fe、Al、Cr、Mn、V、Co等。
磁铁矿（其主要成分为Fe3O4或FeO•Fe2O3）就是一种天然 的尖晶石型铁氧体。
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2. 铁氧体沉淀法定义 废水中各种金属离子形成不溶性的铁氧体晶粒而沉淀析出
的方法叫做铁氧体沉淀法。 3 铁氧体沉淀法的工艺流程
反应温度60～80°C ,时间20min ,比较合适。
加热充氧的方式有二： (1)一种是对全部废水加热充氧; (2)另一种是先充氧，然后将组成调整好了的氢氧化物沉淀 分离出来，再对沉淀物加热。
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(4)固液分离 沉降过滤、浮上分离、离心分离和磁力分离。 由于铁氧体的比重较大(4.4～5.3)，采用沉降过滤和
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溶度积常数KspMmNn的影响因素： 1）同名离子效应－当沉淀溶解平衡后，如果向溶液中加入含 有某一离子的试剂，则沉淀溶解度减少向沉淀方向移动→
2）盐效应－在有强电解质存在状况下，溶解度随强电解质浓度 的增大而增加，反应向溶解方向转移←。
3）酸效应－溶液的PH值可影响沉淀物的溶解度，称为酸效应。
难溶盐的溶度积常数均可在化学手册中查到。
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KspMmNn=[Mn+]m•[Nm-]n=k•[MmNn]=常数
根据溶度积原理，可以判断溶液中是否有沉淀产生：
A 、离子积[Mn+]m•[Nm-]n < KspMmNn时， 溶液未饱和，全溶，无沉淀。
B 、离子积[Mn+]m•[Nm-]n = KspMmNn时， 溶液正好饱和，无沉淀。
K1
K2
1.11022
[S2]1.11[H02]2[2H2S]
代入 [M2]Ksp /[S2] 得[M 2 ] 1 .1 1 2 K 0 [s H 2M 2p S ]/SH []2 1 .1 K 1 s[ H 2 p 0 [ H 2 ]2 2S ]
在 1 大 气 压 ， 25℃ 条 件 下 ， 硫 化 氢 在 水 中 的 饱 和 浓 度 为
C 、离子积[Mn+]m•[Nm-]n > KspMmNn时， 形成MmNn沉淀。
可见，要降低[Mn+]可考虑增大[Nm-]的值，具有这种作用的 化学物质为沉淀剂。
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在饱和溶液中，可根据溶度积常数计算难溶 盐在溶液中的溶解度SMmNn
由于 [Mn+]= m SMmNn [Nm-]=nSMmNn
有 KspMmNn=[mSMmNn]m•[nＳMmNn]n 得
(1)配料反应 (2)加碱共沉淀 (3)充氧加. 热,转化沉淀 (4)固液分离 (5)沉渣处20理
(1)配料反应 为了形成铁氧体，通常要有足量的Fe2+和Fe３+。通常要额 外补加硫酸亚铁和氯花亚铁等。
投加二价铁离子的作用有三：
1)补充Fe2+； 2)通过氧化，补充Fe3+； 3)如废水中有六价铬，则Fe2+能将其还原为Cr3+，作为形成
SMmNn
mn
KsM pmNn mmnn
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分级沉淀： 当溶液中有多种离子都能与同一种离子生成沉淀
时，可通过溶度积原理来判断生成沉淀的顺序称为 分级沉淀。
如：溶液中同时存在Ba2+、CrO42-、SO42-,何种 离子首先发生沉淀析出？ Ba2+ + SO42- == BaSO4↓ KspBaSO4 = 1.1×10-10 Ba2+ + CrO42- == BaCrO4↓ KspBaCrO4= 2.3×10-10
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代入上式
[Mn] KspM(OH)n (KH2O[H])n
将上式取对数 lgM [n]lgKspnlgKH2OnlgH []
PKsnpPH2K OnPH
xnPH 0
1
Ca2+
2
将重金属离子的溶解度与PH值 关系绘成曲线，从曲线中可以 得到，重金属离子的浓度值。
-lg[M n+]
3
Fe3+ Al3+
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2）重金属离子混合废水
废水中含Zn2+、Cu2+、Ni2+、Cr2O72－等重金属离子的废 水，硫酸亚铁投量大体上为单种金属离子时投药量之和。在 反应池中投加NaOH调pH值至8～9生成金属氢氧化物沉淀， 再进气浮槽中浮上分离。浮渣流入转化槽，补加一定量硫酸 亚铁，加热至70～80℃，通压缩空气曝气约0.2h，金属氢氧 化物即可转化为铁氧体。处理后的水中各金属离子含量均达 排放标准，如经炭吸附处理还可回用。
mM nnN m MmNn
m、n－分别表示离子Mn+、Nm-的系数。 根据质量作用原理，溶度积常数可表示为LMmNn
K sM pm [N M n n ]m [N m ]n
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溶度积常数 KspMmNn=[Mn+]m•[Nm-]n=k•[MmNn]=常数
其中 [Mn+]—表示金属阳离子摩尔浓度（mol/L） [Nm-]—表示阴离子摩尔浓度（mol/L）
离心分离都能获得较好的分离效果。
(5)沉渣处理
1)若废水的成分单纯、浓度稳定，则其沉渣可作铁诊氧磁体的 原料，此时，沉渣应进行水洗，除去硫酸钠等杂质；
2)供制耐蚀瓷器； 3)暂时堆置贮存。
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o 4.氧体沉淀法处理废水应用举例
1）含铬电镀废水
o 含铬(Ⅳ)废水由调节池进入反应槽。根据含铬(Ⅳ)量投加一定量 硫酸亚铁进行氧化还原反应，然后投加氢氧化钠调pH值至7～9， 产生氢氧化物沉淀，呈墨绿色。通蒸气加热至60～80℃，通空 气曝气20min，当沉淀呈黑褐色时，停止通气。静置沉淀后上 清液排放或回用，沉淀经离心分离洗去钠盐后烘干，以便利用。 当进水CrO3-含量为190～2800mg／L时，经处理后的出水 含Cr(Ⅳ)低于0.lmg/L。每克铬酐约可得到6g铁氧体干渣。
沉淀呈墨绿色, 金属离子已基本沉淀完全。
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调整pH值时不可采用石灰，原因是它的溶解度小和杂质多，
(3)充氧加热,转化沉淀 调整二价和三价金属离子的比例，通常向废水中通入空气， 使部分Fe(Ⅱ)转化为Fe(Ⅲ)。此外，加热可促使反应进行、 氢氧化物 。
胶体破坏和脱水分解，使之逐渐转化为铁氧体： Fe(OH)3＝FeOOH十H2O FeOOH+Fe(OH)2＝FeOOH•Fe(OH)2 FeOOH•Fe(OH)2+FeOOH＝FeO•Fe2O3+2H2O
o mg/L。
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三、 铁氧体沉淀法
1 铁氧体（Ferrite）概述
物理性质----是指一类具有一定晶体结构的复合氧化物， 它具有高的导磁率和高的电阻率（其电阻率比铜大 1013～1014倍），是一种重要的磁性介质。铁氧体不溶 于酸、碱、盐溶液，也不溶于水。
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铁氧体沉淀法
铁氧体的组成----尖晶石型铁氧体化学组成BO•A2O3。
4）络合效应－若溶液中存在可能与离子生成可溶性络合物的络 合剂，则反应向相反方向进行，沉淀溶解，甚至不发生沉淀。
应用：如果污水中含有大量的Mn+离子，要降低[浓Mn度]m ，[N可m向]n 污 水中投入化学物质，提高污水中Nm-浓度，使离子积大于溶度积L， 结果MmNn从污水中沉淀折出，降低 Mm+浓度。
铁氧体的原料之一；同时，Fe2+被六价铬氧化成Fe3+，可作 为三价金属离子的一部分加以利用。
(2)加碱共沉淀
根据金属离子不同，用氢氧化钠调整pH值至8～9。在常温
及缺氧条件下，金属离子以M(OH)2及M’(OH)3的胶体形 式同时沉淀出来，如Cr(OH)3、Fe(OH)3、Fe(OH)2和 Zn(OH)2等。
硫化氢在水中分两步电离。
H 2 S H H S H H S S 2
电离常数
K 1 [H [ H ]2 H S [ ] ] S 9 .1 1 80K 2 [H [H ]S ] 2 [ ] S 1 .2 1 － 1 0
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由上二式可得总电离常数
K总
[H]2[S2] [H2S]
判断分级沉淀的先后，不要单纯的通过溶度积常数（或溶解度）的 大小来判定，要以离子浓度乘积与溶度积Ksp的关系为指标，看是否满 足沉淀的条件。
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溶度积常数
易溶难溶是相对的,我们可以用较难溶的盐作为沉淀剂去除更难溶的盐中的某一
离子；例如，难溶解的CaSO4的Ks=9.1×10-6，但是BaSO4的Ks=1.1×10-10，更低 ，可以用CaSO4作为沉淀剂，沉淀Ba 2+。
Ag+
Cu2+
4
Zn2+
5
Fe2+
6
Cd2+
Mg2+ 7
8 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
pH
. 图 金属氢氧化物的溶解度与pH值的13 关系
注意： 采用氢氧化法处理污水，PH值是一个重要因素，处理 污水中的 Fe2+离子时，PH值大于9则可完全沉淀，而 处 理 污 水 中 Al3 ＋ 离 子 时 ， PH 值 严 格 为 5.5 ， 否 则 AL(OH)3沉淀物又会溶解。
o （2）对于含铜废水（1～1000mg/L）的处理， pH值为9.0～10.3最好。若采用铁盐共沉淀，效果尤 佳，残留浓度为0.15～0.17mg/L。
o （3）不宜采用石灰处理焦磷酸铜废水，主要原因是 pH值要求高（达12），形成大量焦磷钙沉渣，使沉淀 中铜含量低，回收价值小。
o （4）对于某含镍100mg/L的废水，投加石灰 250mg/L，pH达9.9，出水含镍可降至1.5
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氢氧化物沉淀法的影响因素
pH 沉淀剂种类 沉淀方式
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氢氧化物沉淀法 应用实例
o
o （1）如用氢氧化物沉淀法处理含镉废水，一般pH值 应为9.5～12.5。当pH=8时，残留浓度为1mg/L； 当pH值升至10或11时，残留浓度分别降至0.1和 0.00075mg/L；如果采用砂滤或铁盐、铝盐凝聚沉 降，则可改进出水水质。
0.1M，则
上式
[M 2]1 K .1 s1 M p[ 0 2 H S2 0 ].2 11 K .s 1 [p 1 H 0 2 ]23
（4）某些有机污染物
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化学沉淀法工艺过程
（1）投加化学沉淀剂，生成难溶的化学物质，使污 染物沉淀析出。投药，反应，沉淀析出
（2）通过凝聚、沉降、浮选、过滤、离心、吸附 等方法，进行固液分离。
（3）泥渣的处理和回收利用。
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一、基本原理
原理－根据化学沉淀的必要条件，一定温度下，难溶盐 MmNn在饱和溶液下，沉淀和溶解反应如下。
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四、难溶盐沉淀法
硫化物沉淀法 碳酸盐沉淀法 钡盐沉淀法 卤化物沉淀法
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硫化物沉淀法
金属的硫化物溶解度一般比氢氧化物的溶解度小得多，
可以采用硫化物沉淀法。
电离方程式。
MS [M 2 ] [S 2 ]
[M
2 ]
KspMS [S 2 ]
采用硫化物沉淀法常用的药剂为硫化氢，硫化钠，硫化 钾等。
废水中其它金属氢氧化物的反应大致相同，二价金属离子 占据部分Fe(Ⅱ)的位置，三价金属离子占据部分Fe( Ⅲ)的 位置，从而使其它金属离子均匀地混杂到铁氧体晶格中去， 形成特性各异的铁氧体。
例x)O如3。，Cr2+离子存在时形成铬铁氧体FeO(Fex+xCr1—
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注意:加热温度要注意控制，温度过高，氧化反应过快， 会使Fe(Ⅱ)不足而Fe(Ⅲ)过量。
化学沉淀法
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化学沉淀法定义 化学沉淀法是向污水中投加某种化学物质，使
它与污水中的溶解物质发生化学反应，生成难溶 于水的沉淀物，以降低污水中溶解物质的方法。
主要针对废水中的阴、阳离子。
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化学沉淀法的处理对象
(主要针对废水中的阴、阳离子。) （1）废水中的重金属离子及放射性元素：如Cr3+、 Cd3+、Hg2+、Zn2+、Ni2+、Cu2+、Pb2+、Fe3+等。 （2）给水处理中去除钙，镁硬度。 （3）某些非金属元素：如S2-、F-、磷等。