化学沉淀工艺的原理及常见工艺应用

化学沉淀工艺的原理及常见工艺应用

 

向废水中投加某此化学物质，使它和废水中欲去除的污染物发生直接的化学反应成难溶于水的沉淀物而使污染物分离除去的方法即化学沉淀法。 

1.工艺原理

在一定温度下，在含有难溶盐的饱和溶液中，各种离子浓度的乘积为一常数，也就是溶度积常数。为去除污水中的某种离子，可以向水中投加能生成难溶解盐类的另一种离子，并使两种离子的乘积大于该难溶解盐的溶度积，形成沉淀，从而降低污水中这种离子的含量。

污水中某种离子能否采用化学沉淀法与污水分离，首先决定于能否找到合适的沉淀剂。

一般来说，污水中的汞、铅、铜、锌、六价铬、硫、氰(如转化为亚铁氰络离子)、氟等离子都有可能用化学沉淀法从污水中分离出来。 

拓展知识：

水中某物质含量超过其本身溶解度时，就会沉淀。一般把溶解度小于100mg/L的物质称为不溶物或难溶物。在废水处理中，污染物处理后的残余浓度往往要求低于0.01 ~1mg/L，此范围远小于上述难溶物浓度界限。溶解度可以直接反映废水中污染物及其反应产物的最大可能含量，使用起来比较方便，但是溶解度受到温度以及溶液中多种离子浓度的影响。

二、工程中常用的沉淀方法

(1)氢氧化物沉淀法

氢氧化物沉淀法是在一定的pH条件下，重金属离子生成难溶于水的氢氧化物沉淀而得到分离。 

(2)硫化物沉淀法

向污水中加入硫化氢、硫化钠或硫化钾等沉淀剂，与待处理物质反应生成难溶硫化物而沉淀。

根据溶度积大小，硫化物沉淀析出的顺序是:As⁵ >Hg² >Ag >As³ >Bi³ >Cu² >Pb² > Cd² > Sn² > Co² >Zn² >Ni² >Fe² >Mn² 。 

常用的沉淀剂有Na₂S、NaHS、K₂S、H₂S等。其缺点是：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。用硫化物沉淀法处理含汞污水时，S^2-量不能过量太多，因过量S^2-与HgS生成HgS₂^2-络离子而溶解，影响汞的去除。 

(3)碳酸盐沉淀法

金属离子碳酸盐的溶度积很小，对于高浓度的重金属污水，可投加碳酸盐进行回收。 

(4)还原沉淀法

还原沉淀法用于处理高价态金属离子，如制革行业含铬污水的处理，六价铬须先还原成三价铬，然后再用石灰沉淀。 

(5)钡盐沉淀法

电镀含铬污水常用钡盐沉淀法处理。沉淀剂用碳酸钡、氯化钡等。钡盐沉淀法可以将电镀含铬有毒污水净化到能回用的程度，但沉淀量多且有毒，处理困难。 

(6)其他沉淀过程

①有机试剂沉淀。 

有机试剂沉淀主要利用有机试剂和污水中的无机或有机污染物发生反应，形成沉淀从而分离。

如含酚的有机污水，可用甲醛将苯酚缩合成酚醛树脂沉淀析出。该过程去除污染物的效果好，但试剂往往价格昂贵，同时为避免二次污染，试剂的用量必须较为准确。 

②磷酸铵镁沉淀(鸟粪石沉淀)。 

磷酸铵镁化学沉淀过程去除污水中的氨氮具有处理效果好、工艺简单等优点；可用于无法应用生物法处理的强毒性污水中氨氮的去除。 

Mg² NH₄   PO₄^3- 6H2O→ MgNH₄ PO₄● 6H₂O↓

 

三、化学除磷工艺

化学沉淀法除磷是将可溶性铝(铁、钙)盐投加到污水中与磷酸(氢)根离子反应生成溶度积很小的磷酸铝(铁、钙)沉淀物，从而使废水中溶解性的磷得以较彻底的去除，静置澄清水一般达到0.1mg/L的水平。 

磷的化学沉淀包括化学沉析、絮凝、固液分离3个过程。化学沉析是指通过向污水中投加无机金属盐药剂与污水中溶解性的盐类，如磷酸盐混合后，形成颗粒状、非溶解性的物质，这一过程涉及的是相转移过程。同时在一定的pH值条件下，也会产生非溶解性的氢氧化物。

随着沉析物的增加，较小的非溶解性磷酸盐和氢氧化物聚积成较大的非溶解性固体物，使稳定的胶体脱稳，在速度梯度或扩散过程作用下互相接触生成絮凝体，这一过程即絮凝过程。所以沉析反应可以简单地理解为：水中溶解状的物质，大部分是离子状物质转换为非溶解、颗粒状形式的过程，絮凝则是细小的非溶解状的固体物互相粘结成较大形状的过程，所以絮凝不是相转移过程。 

在污水净化工艺中，絮凝和沉析都是极为重要的，但絮凝是用于改善沉淀池的沉淀效果，而沉析则用于污水中溶解性磷的去除。如果利用沉析工艺实现相的转换，则当向污水中投加了溶解性的金属盐药剂后，一方面溶解性的磷转换成为非溶解性的磷酸金属盐，也会同时产生非溶解性的氢氧化物(取决于pH值)。另一方面，随着沉析物的增加及较小的非溶解性固体物聚积成较大的非溶解性固休物，使稳定的胶体服稳，通过速度梯度或扩散过程使脱稳的胶体互相接触生成絮凝体。

最后通过固一液分离步骤，得到净化的污水和固一液浓缩物(化学污泥)，达到化学除磷的目的。

化学沉淀法采用的化学试剂-般是铝盐、铁盐(包括亚铁盐)、石灰和铝铁聚合物等， 根据使用的药剂可分为石灰沉淀法和金属盐沉淀法两种。

四、重金属废水沉淀工艺

很多重金属的碳酸盐都难溶于水，所以碳酸盐沉淀法可以用来去除废水中的重金属离子，此种沉淀法更被广泛应用于水质的软化。部分碳酸盐的溶度积见下表：

 

碳酸盐沉淀法有几种不同的应用方式：

(1)投加难溶碳酸盐(如 CacCO₃₎,使水中重金属离子(如 Mn² 、Pb² 、Cd² 等离子)生成溶度积更小的碳酸盐沉淀；

(2)投加可溶性碳酸盐(如Na₂CO₃)，使水中重金属离子生成难溶碳酸盐；

(3)投加石灰，使硬水中Ca(HCO3), 和Mg(HCO3)2生成难溶的碳酸钙和氢氧化镁。

 

采用氯化物沉淀法主要是用来处理和回收废水中的银。 

含银废水主要来源于电镀、摄影、印刷等行业。氰化银镀槽中的含银浓度高达13000~ 45000mg/L。处理这类废水时，一般先用电解法回收废水中的银，将银浓度降至100~ 500mg/IL,然后再用氯化物沉淀法，将银浓度降至1mg/L左右。如果废水中存在很多金属离子时，可以通过调节废水的pH值至碱性之后再投加氯化物，这样其他金属离子生成氢氧化物沉淀，而银离子生成氯化银沉淀。再用酸浸取出氯化银沉淀，从而分离和回收银，而废水中的银离子浓度也可下降至0.1mg/L。 

镀银废水中含有的氰离子会与银离子生成[Ag(CN)2络离子，对处理不利，一般先采用氯化法氧化氰，释放出的氯离子再与银离子生成沉淀。但是氯离子过量时，则会和氯化银沉淀发生络合反应，对生成沉淀也是不利的。具体反应式如下: 

Ag Cl→AgCI↓ AgCI CI→AgCl2