3.2　化學(xué)沉淀

3.2.1　原理與功能

化學(xué)沉淀法是指向廢水中投加某些化學(xué)藥劑（沉淀劑），使之與廢水中溶解態(tài)的污染物直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成難溶的固體生成物，然后進(jìn)行固液分離，從而除去水中污染物的一種處理方法。廢水中的重金屬離子（如汞、鎘、鉛、鋅、鎳、鉻、鐵、銅等）、堿土金屬（如鈣和鎂）及某些非金屬（如砷、氟、硫、硼）均可通過化學(xué)沉淀法去除，某些有機(jī)污染物亦可通過化學(xué)沉淀法去除。

化學(xué)沉淀法的工藝過程通常包括：a.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；b.通過凝聚、沉降、上浮、過濾、離心等方法進(jìn)行固液分離；c.泥渣的處理和回收利用。

化學(xué)沉淀是難溶電解質(zhì)的沉淀析出過程，其溶解度大小與溶質(zhì)本性、溫度、鹽效應(yīng)、沉淀顆粒的大小及晶型等有關(guān)。在廢水處理中，根據(jù)沉淀-溶解平衡移動(dòng)的一般原理，可利用過量投藥、防止絡(luò)合、沉淀轉(zhuǎn)化、分步沉淀等，提高處理效率，回收有用物質(zhì)。

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，也與溫度、鹽效應(yīng)、晶體結(jié)構(gòu)和大小等有關(guān)。習(xí)慣上把溶解度大于1g/100g H₂O的物質(zhì)列為可溶物，小于0.1g/100g H₂O的列為難溶物，介于兩者之間的列為微溶物。利用化學(xué)沉淀法處理出水所形成的化合物都是難溶物。

若欲降低水中某種有害離子A，可采取以下方法：a.向水中投加沉淀劑離子C，以形成溶度積很小的化合物AC而從水中分離出來；b.利用同離子效應(yīng)向水中投加離子B，使A與B的離子積大于其溶度積。

若溶液中有數(shù)種離子共存，加入沉淀劑時(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。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。

難溶化合物的溶度積可從化學(xué)手冊中查到。由表可見，金屬硫化物、氫氧化物或碳酸鹽的溶度積均很小，因此，可向水中投加硫化物（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含量。

化學(xué)沉淀法處理重金量離子，其出水濃度最小能達(dá)到的水平見表3-6。實(shí)際上，所能達(dá)到的最小殘余濃度還與廢水中有機(jī)物的性質(zhì)、濃度以及溫度等有關(guān)，需要試驗(yàn)確定。

3.2.2　技術(shù)與裝備

向廢水中投加化學(xué)藥劑（沉淀劑），使之與廢水中的溶解態(tài)污染物（主要為離子）直接或間接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成溶度積較小的難溶化合物，然后予以分離去除。

根據(jù)所形成的化學(xué)沉淀物種類，分為氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體沉淀法等。

（1）氫氧化物沉淀法

向廢水中投加CaO、NaOH、Na₂CO₃等堿性物質(zhì)，使之與廢水中的重金屬離子形成氫氧化物沉淀，主要用于去除重金屬離子及氟離子等。

（2）硫化物沉淀法

向廢水中投加Na₂S或NaHS，可形成溶度積極小的金屬硫化物沉淀。由于金屬硫化物沉淀顆粒細(xì)小，需同時(shí)投加絮凝劑，提高分離效果。

（3）鐵氧體沉淀法

向廢水中投加FeSO₄，并加溫和曝氣，使之與廢水中的各種金屬離子形成不溶性的鐵氧體晶粒（A₂O₃·BO）而沉淀析出。式中B代表二價(jià)金屬如Fe［Ⅱ］和廢水中的二價(jià)金屬離子如Mg、Zn、Mn、Co、Ni、Ca、Cu、Hg、Bi、Sn等，A代表三價(jià)金屬Fe［Ⅲ］和廢水中的三價(jià)離子如Al、Cr、Mn、V、Co、Bi、Ca、As等。該法主要用于處理含Cr⁶⁺、Co²⁺、Ni²⁺等重金屬離子的廢水。

采用化學(xué)沉淀法處理工業(yè)廢水時(shí)，由于產(chǎn)生的沉淀物往往不形成帶電荷的膠體，因此沉淀過程會(huì)變得更簡單，一般采用普通的平流式沉淀池或豎流式沉淀池即可。具體的停留時(shí)間應(yīng)該通過小試取得。

當(dāng)用于不同的處理目標(biāo)時(shí)，所需的投藥及反應(yīng)裝置也不相同。例如，有些處理藥劑采用干式投加，而另一些處理中則可能先將藥劑溶解并稀釋成一定濃度，然后按比例投加。對于這兩種投加方法，都可以參考采用普通廢水處理中所用的投藥設(shè)備。值得注意的是，有些處理中廢水或藥劑具有腐蝕性，這時(shí)采用的投藥及反應(yīng)裝置均要充分考慮滿足防腐要求。

3.2.3　技術(shù)參數(shù)與應(yīng)用

①難溶化合物的溶度積見表3-5。

②沉淀法處理出水最佳效果見表3-6。

③某些金屬氫氧化物的溶度積見表3-7。

④某些氫氧化物再溶解時(shí)所需的最低pH值見表3-8。

從金屬離子的性質(zhì)及表3-8的數(shù)據(jù)可歸納出如下一些結(jié)論。

1）欲使某一或某些元素析出氫氧化物沉淀，必須把溶液的pH值控制適當(dāng)。

2）一價(jià)的金屬離子　堿金屬的氫氧化物可溶于水，、、Ag⁺、Au⁺能生成氫氧化物沉淀。

3）二價(jià)的金屬離子　除Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺外，一般的都能生成氫氧化物沉淀，其中Pb²⁺、Sn²⁺、Be²⁺、Zn²⁺具有兩性性質(zhì)。

4）三價(jià)的金屬離子　基本都能生成氫氧化物沉淀，其中Al³⁺、Cr³⁺、Ga³⁺、In³⁺具有兩性性質(zhì)。

5）四價(jià)的金屬離子　都能生成氫氧化物沉淀，其中Sn⁴⁺具有兩性性質(zhì)。而四價(jià)的非金屬離子中，硅在酸性溶液中能生成SiO₂·nH₂O或H₂SiO₃沉淀。

6）五價(jià)的金屬離子　除鈮/鉭能生成HNbO₃及HTaO₃沉淀外，則以酸根形式存在于溶液中，如、、、等。

7）六價(jià)的金屬離子　在酸性溶液中，鎢能生成H₂WO₄沉淀；在微酸性溶液中，鉬部分生成H₂MoO₄或MoO₃·2H₂O沉淀，其余的則以酸根形式存在于溶液中，如、、、等。

8）七價(jià)的金屬離子　不生成氫氧化物沉淀，如等，以酸根形式存在于溶液中。

9）當(dāng)廢水中存在CN^-、NH₃及Cl^-、S^2-等配位體時(shí)，能與重金屬離子結(jié)合成可溶性絡(luò)合物，增大氫氧化物的溶解度，對沉淀法去除重金屬不利，因此，要通過預(yù)處理將其除去。

綜合考慮以上限制條件，表3-8則給出了某些金屬氫氧化物沉淀析出的最佳pH值范圍，對具體廢水最好通過試驗(yàn)確定。