中和及化学沉淀

1、主讲教师：张文杰主讲教师：张文杰联系方式：联系方式：一、酸性废水和碱性废水的来源一、酸性废水和碱性废水的来源 (1) (1) 酸性废水的主要来源酸性废水的主要来源： 化工厂、化肥厂、化纤厂、钢铁厂、食品厂、选矿厂、酸洗车间及电镀化工厂、化肥厂、化纤厂、钢铁厂、食品厂、选矿厂、酸洗车间及电镀车间等排出酸性废水，有无机酸，也有有机酸，往往同时含有悬浮物、金属车间等排出酸性废水，有无机酸，也有有机酸，往往同时含有悬浮物、金属盐类和有机污染物等。盐类和有机污染物等。 (2) (2) 碱性废水的主要来源：碱性废水的主要来源： 印染厂、纺织厂、皮革厂、造纸厂、炼油厂及某些化工厂等。印染厂、纺织厂、皮革厂、

2、造纸厂、炼油厂及某些化工厂等。二、酸碱废水的危害二、酸碱废水的危害 （1 1）腐蚀设备、管道、构筑物；）腐蚀设备、管道、构筑物； （2 2）污染水体和土壤、危害水生生物及农作物；）污染水体和土壤、危害水生生物及农作物； （3 3）破坏生物处理系统的正常运行；）破坏生物处理系统的正常运行； （4 4）使重要工业原料流失造成浪费。）使重要工业原料流失造成浪费。三、对酸、碱废水的处理原则：三、对酸、碱废水的处理原则： 含酸含酸 10%10%，含碱，含碱 5%5%，为，为酸碱废液酸碱废液 可考虑可考虑综合利用。综合利用。 含酸含酸3% 3% ，含碱，含碱 1% 1%，为，为高浓度酸碱废水高浓度酸碱废水

3、 尽量考虑回用。尽量考虑回用。 含酸含酸3% 3% ，含碱，含碱 1% 1%，为，为低浓度酸碱废水低浓度酸碱废水 一般采用中和处理，以便废水重复利用或进行后续处理或安全排一般采用中和处理，以便废水重复利用或进行后续处理或安全排放（无害化处理）放（无害化处理）。四酸性废水的处理四酸性废水的处理1 1、酸性废水的处理方法、酸性废水的处理方法 回收利用。回收利用。 利用碱性利用碱性废水废水或碱性或碱性废渣废渣中和（如电石渣等）。中和（如电石渣等）。 投加投加碱性药剂碱性药剂中和。中和。 通过有中和性能的通过有中和性能的滤料滤料过滤中和。过滤中和。 2 2、采用碱性中和剂中和、采用碱性中和剂中和 （1

4、 1）碱性中和剂：）碱性中和剂： A A、碱性矿物碱性矿物：石灰石、大理石、白云石、生石灰等。：石灰石、大理石、白云石、生石灰等。 B B、碱性废渣碱性废渣：电石渣、软化水废渣、炉灰渣：电石渣、软化水废渣、炉灰渣 C C、其它碱性中和剂其它碱性中和剂：NaOHNaOH、NaNa2 2COCO3 3 、氨水等。、氨水等。 （2 2）碱性中和剂的作用）碱性中和剂的作用： A A、和酸起中和反应、和酸起中和反应 B B、和其它酸性盐类反应、和其它酸性盐类反应 C C、使某些金属离子沉淀析出、使某些金属离子沉淀析出 3 3、投药中和法、投药中和法工艺过程：工艺过程： a a废水的废水的预处理预处理 澄

5、清（可减少投药量），澄清（可减少投药量）， 水量调节和水质均衡（创造稳定的处理条件）水量调节和水质均衡（创造稳定的处理条件） b b中和剂的制备和投配中和剂的制备和投配 c c混合反应混合反应 d d中和产物的分离中和产物的分离 e e泥渣的处理和利用泥渣的处理和利用 例：例： 石灰投加法石灰投加法 a a 干投法干投法： 根据废水含酸、含盐量将破碎、筛分后的石灰（粒径要求根据废水含酸、含盐量将破碎、筛分后的石灰（粒径要求0.5mm0.5mm），直），直接投入废水中的方法。接投入废水中的方法。 b b湿投法湿投法： 将石灰制备成一定浓度的乳液而定量加入废水中的方法。将石灰制备成一定浓度的乳液而

6、定量加入废水中的方法。4 4过滤中和法过滤中和法 利用石灰石、白云石、大理石等难溶性中和剂作滤料，让酸性废水从中利用石灰石、白云石、大理石等难溶性中和剂作滤料，让酸性废水从中通过，获得中和。通过，获得中和。（1 1）工艺要求：）工艺要求： 对废水中的悬浮物，油脂等进行对废水中的悬浮物，油脂等进行预处理预处理，以防止堵塞。当含有大量悬，以防止堵塞。当含有大量悬浮物，油脂，重金属盐等时，不宜采用此法。浮物，油脂，重金属盐等时，不宜采用此法。 滤料的颗粒不宜过大。滤料的颗粒不宜过大。 失效的滤渣失效的滤渣应及时清除和更换。应及时清除和更换。（2 2）滤料的选择原则：）滤料的选择原则： 滤料的选择：滤

7、料的选择： 考虑中和产物的溶解度。考虑中和产物的溶解度。原因：原因： 中和反应发生在滤料颗粒的表面，如果中和产物的溶解度很小，会在滤料中和反应发生在滤料颗粒的表面，如果中和产物的溶解度很小，会在滤料颗粒表面形成不溶性硬壳，阻止中和反应的继续进行，导致中和处理的失效。颗粒表面形成不溶性硬壳，阻止中和反应的继续进行，导致中和处理的失效。 盐酸和硝酸废水盐酸和硝酸废水 可用大理石，石灰石或白云石作滤料。可用大理石，石灰石或白云石作滤料。 硫酸废水硫酸废水 最宜选用含镁的中和滤料（白云石）。但白云石来源少，成本高。最宜选用含镁的中和滤料（白云石）。但白云石来源少，成本高。 如能正确控制硫酸浓度，生成产

8、物如能正确控制硫酸浓度，生成产物CaSOCaSO4 4的量不超过溶解度，采用石灰石的量不超过溶解度，采用石灰石或大理石也能妥善处理好硫酸废水。或大理石也能妥善处理好硫酸废水。 弱酸，如醋酸废水弱酸，如醋酸废水 因反应慢，中和时间长，不宜用碳酸盐中和，应选用氢氧化物，如石灰石因反应慢，中和时间长，不宜用碳酸盐中和，应选用氢氧化物，如石灰石等。等。 （3 3）中和滤池类型中和滤池类型： A A、普通滤池、普通滤池 B B、升流式中和滤池、升流式中和滤池 C C、滚筒式中和滤池、滚筒式中和滤池 A A 普通滤池普通滤池： 由于滤料粒径较大（由于滤料粒径较大（3050mm3050mm）和滤速小（）和滤

9、速小（5m/s5m/s）致使体积庞大，当进）致使体积庞大，当进水水H H2 2SOSO4 4浓度较大时，极易在滤料表面结垢而阻碍中和反应，倒床困难且中和浓度较大时，极易在滤料表面结垢而阻碍中和反应，倒床困难且中和效果很差。效果很差。B B、升流式中和滤池升流式中和滤池 等速升流式膨胀滤池等速升流式膨胀滤池 变速升流式膨胀滤池变速升流式膨胀滤池特点特点： 滤料粒径小（滤料粒径小（0.53mm0.53mm） 滤速高（滤速高（6070m/h6070m/h）过滤原理过滤原理 废水由下向上流；废水由下向上流； 粒径小，增大了反应表面积，缩短了中和时间；粒径小，增大了反应表面积，缩短了中和时间； 上升流速

10、上升流速3070m/h3070m/h，加上生成，加上生成COCO2 2气体，滤料可以悬浮起来，滤料间互气体，滤料可以悬浮起来，滤料间互相碰撞摩擦，使表面形成的硬壳容易剥离下来，表面不断更新，中和效果好，相碰撞摩擦，使表面形成的硬壳容易剥离下来，表面不断更新，中和效果好，从而可适当增大进水中硫酸允许浓度。从而可适当增大进水中硫酸允许浓度。 由于是升流运动，剥离下来的中和产物等杂质随水流失，不易堵塞床层。由于是升流运动，剥离下来的中和产物等杂质随水流失，不易堵塞床层。滤池的构造滤池的构造 配水系统配水系统：采用大阻力穿孔管布水：采用大阻力穿孔管布水 卵石垫层卵石垫层：厚度：厚度0.150.2m0.

11、150.2m 粒径粒径20-40mm20-40mm 滤料层滤料层：粒径：粒径0.5-3mm0.5-3mm，平均，平均1.5mm1.5mm 滤料层厚度在运转初期为滤料层厚度在运转初期为1-1.2m1-1.2m，最终换料时为，最终换料时为2m.2m.滤料膨胀率为滤料膨胀率为50%50%，滤，滤料分布状态是由下往上，粒径逐渐减小。料分布状态是由下往上，粒径逐渐减小。 缓冲层缓冲层：高度：高度0.5m0.5m，使水和滤料分离，在此区内水流逐渐减慢，出水由，使水和滤料分离，在此区内水流逐渐减慢，出水由出水槽均匀汇集出流。出水槽均匀汇集出流。缓冲层缓冲层卵石垫层卵石垫层 滤层滤层 注意事项：注意事项： （

12、1 1）由于滤池出水溶解含有大量）由于滤池出水溶解含有大量COCO2 2，使出水，使出水PHPH为为4.2-5.04.2-5.0，可以用甲基，可以用甲基橙来判断滤料效能。将橙来判断滤料效能。将COCO2 2吹脱吹脱后，出水后，出水PHPH可上升至可上升至6-6.56-6.5。 滤池出水中的滤池出水中的COCO2 2一般由一般由脱气池脱气池去除，方法有空气曝气，出水跌落自然曝去除，方法有空气曝气，出水跌落自然曝气等。气等。 （2 2）滤池在运行过程中，滤料有所消耗，应）滤池在运行过程中，滤料有所消耗，应定期补充定期补充，运行中应防止高，运行中应防止高浓度硫酸废水进入滤池。否则会时滤料表面结垢而失

13、去作用。浓度硫酸废水进入滤池。否则会时滤料表面结垢而失去作用。 （3 3）滤料运行一段时间后，应）滤料运行一段时间后，应倒床，更换滤料倒床，更换滤料。变速升流膨胀式中和滤池变速升流膨胀式中和滤池 特点：特点： 滤料层截面积是变化的。底部流速较大可滤料层截面积是变化的。底部流速较大可达达130-150m/h130-150m/h，可使大颗粒粒料处于悬浮状态。，可使大颗粒粒料处于悬浮状态。上部流速较小为上部流速较小为40-60m/h40-60m/h，保持上部微小滤料，保持上部微小滤料不至流失。不至流失。C C 滚筒式中和滤池滚筒式中和滤池 把中和滤料装于滚筒中，滤料随滚筒一起转动，使滤料相互碰撞，及

14、时剥把中和滤料装于滚筒中，滤料随滚筒一起转动，使滤料相互碰撞，及时剥落滤料表面的中和生成物，以保证中和反应的速度，废水由滚筒的一段流入由落滤料表面的中和生成物，以保证中和反应的速度，废水由滚筒的一段流入由另一端流出。另一端流出。五中和法处理碱性废水五中和法处理碱性废水 碱性废水用酸性物质来中和。碱性废水用酸性物质来中和。 常用的常用的酸性物质酸性物质有：有： 商品和废弃的无机酸，如商品和废弃的无机酸，如H H2 2SOSO4 4、HClHCl等；等； 酸性废气如：酸性废气如：COCO2 2和烟道气（烟道气中含和烟道气（烟道气中含24%24%的的COCO2 2和少量和少量SOSO2 2、H H2

15、 2S S） 酸性废水酸性废水 实际应用：实际应用： 无机酸应用最普遍，其中无机酸应用最普遍，其中H H2 2SOSO4 4的价格较低，应用尤广；的价格较低，应用尤广；HCLHCL的最大优点的最大优点是反应物溶解度大，泥渣量少，但对溶解固体有较严格限制时，就不一定适是反应物溶解度大，泥渣量少，但对溶解固体有较严格限制时，就不一定适用。用。 中和工艺设备与过程同前相仿中和工艺设备与过程同前相仿。 烟道气中和碱性废水采用喷淋塔。烟道气中和碱性废水采用喷淋塔。一、化学沉淀基本知识一、化学沉淀基本知识 1 1、化学沉淀法定义、化学沉淀法定义 化学沉淀法化学沉淀法是向污水中投加某种化学物质，使它与污水中

16、的溶解物质发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，生成生化学反应，生成难溶于水的沉淀物难溶于水的沉淀物，以降低污水中溶解物质的方法。，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。2 2、化学沉淀法的处理对象、化学沉淀法的处理对象 (主要针对废水中的阴、阳离子。) （1 1）废水中的重金属离子及放射性元素：如）废水中的重金属离子及放射性元素：如CrCr3+3+、CdCd3+3+、HgHg2+2+、ZnZn2+2+、NiNi2+2+、CuCu2+2+、PbPb2+2+、FeFe3+3+等。等。 （2 2）给水处理中去除钙，镁硬度。）给水处理中去除钙，镁硬度。

17、 （3 3）某些非金属元素：如）某些非金属元素：如S S2-2-、F F- -等。等。 3 3、沉淀的条件、沉淀的条件 水中难溶盐服从水中难溶盐服从溶度积原则溶度积原则，即在一定条件下，在含有难溶盐，即在一定条件下，在含有难溶盐M Mn nN Nn n（固（固体）的饱和溶液中，各种离子浓度的乘积为一常数，称为溶度积常数，记为体）的饱和溶液中，各种离子浓度的乘积为一常数，称为溶度积常数，记为L LMnNnMnNn： M Mm mN Nn n = mM mM n+ n+ + nN + nNm-m- 溶度积常数溶度积常数 L LMmNnMmNn=M=Mn+n+ m mNNm-m- n n NMNM电

18、离常数Knmnmmn溶度积常数溶度积常数 LMmNn=Mn+mNm-n=kMmNn=常数 其中其中 MMn+n+ 表示金属阳离子摩尔浓度（表示金属阳离子摩尔浓度（mol/Lmol/L） NNm-m- 表示阴离子摩尔浓度（表示阴离子摩尔浓度（mol/Lmol/L） 难溶盐的溶度积常数均可在难溶盐的溶度积常数均可在化学手册化学手册中查到。中查到。 L LMmNnMmNn=M=Mn+n+ m mNNm-m- n n=k=kMMm mN Nn n=常数常数 根据溶度积原理，可以判断溶液中是否有沉淀产生：根据溶度积原理，可以判断溶液中是否有沉淀产生： A A 、离子积离子积MMn+n+ m mNNm-m

19、- n n L L LMmNnMmNn时，时， 形成形成MmNnMmNn沉淀。沉淀。 可见，要降低可见，要降低MMn+n+ 可考虑增大可考虑增大NNm-m- 的值，的值，具有这种作用的化学物质为具有这种作用的化学物质为沉沉淀剂。淀剂。 在饱和溶液中，可根据在饱和溶液中，可根据溶度积常数溶度积常数计算难溶盐在溶液中的计算难溶盐在溶液中的溶解溶解度度S SMmNnMmNn 由于由于 MMn+n+= m S= m SMmNn MmNn N Nm-m-=nS=nSMmNnMmNn 有有 L LMmNnMmNn=mS=mSMmNnMmNn m mnnMmNnMmNn n n 得得 nmnmNMNMnmL

20、Snmnm分级沉淀：分级沉淀： 当溶液中有多种离子都能与同一种离子生成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沉淀时，可通过溶度积原理来判断生成沉淀的顺序称为序称为分级沉淀分级沉淀。 如：溶液中同时存在如：溶液中同时存在BaBa2+2+、CrOCrO4 42-2-、SOSO4 42-2-, ,何何种离子首先发生沉淀析出？种离子首先发生沉淀析出？ BaBa2+ 2+ + SO+ SO4 42-2- = BaSO = BaSO4 4 L LBaSO4BaSO4 = 1.1 = 1.11010-10-10BaBa2+ 2+ + CrO+ CrO4 42-2-

21、= BaCrO = BaCrO4 4 L LBaCrO4BaCrO4= 2.3= 2.31010-10-10 判断分级沉淀的先后，判断分级沉淀的先后，不要单纯的通过溶度积常数（或溶解不要单纯的通过溶度积常数（或溶解度）的大小来判定度）的大小来判定，要以，要以离子浓度乘积与溶度积离子浓度乘积与溶度积L L的关系的关系为指标，看为指标，看是否满足沉淀的条件。是否满足沉淀的条件。二、常用的化学沉淀方法二、常用的化学沉淀方法1 1、化学沉淀法、化学沉淀法工艺过程工艺过程 （1 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。）投加化学沉淀剂，生成难溶的化学物质，使污染物沉淀析出。 （2 2）

22、通过凝聚、沉降、浮选、过滤、离心、吸附等方法，进行固液分离。）通过凝聚、沉降、浮选、过滤、离心、吸附等方法，进行固液分离。 （3 3）泥渣的处理和回收利用。）泥渣的处理和回收利用。 2 2、常用的化学沉淀方法、常用的化学沉淀方法 氢氧化物沉淀法氢氧化物沉淀法 硫化物沉淀法硫化物沉淀法 碳酸盐沉淀法碳酸盐沉淀法 卤化物沉淀法卤化物沉淀法 还原沉淀法还原沉淀法3 3 氢氧化物沉淀法：氢氧化物沉淀法： 氢氧化物沉淀法是基于重金属离子在一定的氢氧化物沉淀法是基于重金属离子在一定的pHpH条件下，生成难溶于水的条件下，生成难溶于水的氢氧化物沉淀而得到分离。工业废水中的许多金属离子可以生成氢氧化物沉氢氧化

23、物沉淀而得到分离。工业废水中的许多金属离子可以生成氢氧化物沉淀而得以去除。淀而得以去除。设氢氧化物设氢氧化物M(OH)nM(OH)n， M(OH)n M(OH)n = M Mn+n+ + n OH + n OH- - 有：有：L LM(OH)nM(OH)n = M = Mn+n+ OHOHn n 沉淀与否主要取决因素为沉淀与否主要取决因素为pHpH 。由上式可知：由上式可知： a a 金属离子浓度相同时，溶度积小的开始金属离子浓度相同时，溶度积小的开始沉淀析出的沉淀析出的pHpH越低。越低。 b b 同一金属离子，浓度越大，开始沉淀析同一金属离子，浓度越大，开始沉淀析出的出的pHpH越低。越低

24、。 可供选用沉淀剂可供选用沉淀剂：NaOHNaOH、 石灰、石灰、NaNa2 2COCO3 3、 NaHCONaHCO3 3等。等。lg114lg14lg10:)()(14_nnOHMnOHMnMLnpHLnpHnMOHHKw得：同时水的离子积例题例题： 已知已知FeFe3+3+= 0.01mol/L= 0.01mol/L，要使有，要使有Fe(OH)Fe(OH)3 3沉淀析出，沉淀析出，pHpH应多大？应多大？ （Fe(OH)Fe(OH)3 3的的L LFe(OH)3Fe(OH)3=3.8=3.81010-38-38。）。） 解：据溶度积原理，要是某一金属离子（解：据溶度积原理，要是某一金属离

25、子（M Mn+n+）生成）生成氢氧化物沉淀，则需要满足：氢氧化物沉淀，则需要满足： MMn+n+ OHOH- - n n L LM(OH)nM(OH)n 即即 FeFe3+3+ OHOH- - 3 3 3.8 3.81010-38 -38 注意单位换算注意单位换算 有有 pOH 11.8 pOH 2.2 pH 2.2 ， 即：要使即：要使0.01mol/L0.01mol/L的的FeFe3+3+析出析出Fe(OH)Fe(OH)3 3沉淀，溶液沉淀，溶液pHpH应大于应大于2.22.2。4 4 硫化物沉淀法硫化物沉淀法 向废液中加入硫化氢、硫酸铵或碱金属的硫向废液中加入硫化氢、硫酸铵或碱金属的硫化

26、物，与处理物质反应生成难溶硫化物沉淀，已化物，与处理物质反应生成难溶硫化物沉淀，已达到分离净化的目的。达到分离净化的目的。 硫化物沉淀法能用于硫化物沉淀法能用于处理大多数含重金属的处理大多数含重金属的废水废水。（溶度积均很小）（溶度积均很小） L LHgSHgS =4 =410105353 L LCuSCuS =8 =810103737 L LPbSPbS =3.2 =3.210102828 L LCdSCdS =1.6 =1.610102828 根据溶度积大小，硫化物沉淀析出的顺序是：根据溶度积大小，硫化物沉淀析出的顺序是： AsAs5+5+ Hg Hg2+ 2+ Ag Ag+ + As A

27、s3+3+ Bi Bi3+3+ Cu Cu2+2+ Pb Pb2+2+ Cd Cd2+ 2+ Sn Sn2+ 2+ Co Co2+2+ Zn Zn2+2+ Ni Ni2+2+ Fe Fe2+2+ Mn Mn2+2+ 常用的沉淀剂常用的沉淀剂： NaNa2 2S S、NaHSNaHS、K K2 2S S、H H2 2S S 等。等。 缺点缺点：生成的难溶盐的颗粒粒径很小，分离困：生成的难溶盐的颗粒粒径很小，分离困难，可投加混凝剂进行共沉。难，可投加混凝剂进行共沉。例：例： （1 1）对于）对于无机汞无机汞 2Hg2Hg+ + + S + S2-2- HgHg2 2S S HgS +Hg HgS

28、+Hg 适宜适宜pH 8-10pH 8-10 Hg Hg2+2+ + S + S2-2- HgSHgS （2 2）对于）对于有机汞化合物有机汞化合物，经，经氯化处理氯化处理后，后，也可用硫化钠除汞。也可用硫化钠除汞。 注意：注意：用硫化物沉淀法处理含汞废水时，用硫化物沉淀法处理含汞废水时，S S2-2-量不能过量太多，因过量量不能过量太多，因过量S S2-2-与与HgSHgS生成生成HgSHgS2 22-2-络络离子而溶解，影响汞的去除。离子而溶解，影响汞的去除。4 4、碳酸盐沉淀法、碳酸盐沉淀法 金属离子碳酸盐的溶度积很小，对于高浓度金属离子碳酸盐的溶度积很小，对于高浓度的重金属废水，可投加

29、碳酸盐进行回收。的重金属废水，可投加碳酸盐进行回收。 此法可此法可去除或回收去除或回收MnMn2+2+、ZnZn2+2+、PbPb2+2+、CuCu2+2+ Ca Ca2+2+、MgMg2+2+( (水软化水软化) )， 沉淀剂沉淀剂：NaNa2 2COCO3 3、NaHCONaHCO3 3、NHNH4 4HCOHCO3 3、CaCOCaCO3 3等。等。 5 5 卤化物沉淀法卤化物沉淀法 如利用如利用AgClAgCl沉淀沉淀回收银回收银： AgAg+ + Cl+ Cl- - = AgCl (Ksp = 1.56= AgCl (Ksp = 1.561010-10-10) ) 利用利用CaFCaF2 2沉淀沉淀去除去除F F- -： CaCa2+ 2+ +2F+2F- -=CaF=CaF2 2 (Ksp= 4 (Ksp= 41010-11-11) )6 6 还原沉淀法还原沉淀法 例如：制革行业例如：制革行业含铬废水含铬废水的处理，六的处理，六价铬必须先还原成三价铬，然后再用石灰价铬必须先还原成三价铬，然后再用石灰沉淀。这种方法称为还原沉淀法。沉淀。这种方法称为还原沉淀法。 此法已广泛