3.2　化学沉淀

3.2.1　原理与功能

化学沉淀法是指向废水中投加某些化学药剂（沉淀剂），使之与废水中溶解态的污染物直接发生化学反应，形成难溶的固体生成物，然后进行固液分离，从而除去水中污染物的一种处理方法。废水中的重金属离子（如汞、镉、铅、锌、镍、铬、铁、铜等）、碱土金属（如钙和镁）及某些非金属（如砷、氟、硫、硼）均可通过化学沉淀法去除，某些有机污染物亦可通过化学沉淀法去除。

化学沉淀法的工艺过程通常包括：a.投加化学沉淀剂，与水中污染物反应，生成难溶的沉淀物而析出；b.通过凝聚、沉降、上浮、过滤、离心等方法进行固液分离；c.泥渣的处理和回收利用。

化学沉淀是难溶电解质的沉淀析出过程，其溶解度大小与溶质本性、温度、盐效应、沉淀颗粒的大小及晶型等有关。在废水处理中，根据沉淀-溶解平衡移动的一般原理，可利用过量投药、防止络合、沉淀转化、分步沉淀等，提高处理效率，回收有用物质。

物质在水中的溶解能力可用溶解度表示。溶解度的大小主要取决于物质和溶剂的本性，也与温度、盐效应、晶体结构和大小等有关。习惯上把溶解度大于1g/100g H₂O的物质列为可溶物，小于0.1g/100g H₂O的列为难溶物，介于两者之间的列为微溶物。利用化学沉淀法处理出水所形成的化合物都是难溶物。

若欲降低水中某种有害离子A，可采取以下方法：a.向水中投加沉淀剂离子C，以形成溶度积很小的化合物AC而从水中分离出来；b.利用同离子效应向水中投加离子B，使A与B的离子积大于其溶度积。

若溶液中有数种离子共存，加入沉淀剂时，必定是离子积先达到溶度积的优先沉淀，这种现象称为分步沉淀。各种离子分步沉淀的次序取决于溶度积和有关离子的浓度。

难溶化合物的溶度积可从化学手册中查到。由表可见，金属硫化物、氢氧化物或碳酸盐的溶度积均很小，因此，可向水中投加硫化物（常用Na₂S）、氢氧化物（一般常用石灰乳）或碳酸钠等药剂来产生化学沉淀，以降低水中金属离子的含量。

化学沉淀法处理重金量离子，其出水浓度最小能达到的水平见表3-6。实际上，所能达到的最小残余浓度还与废水中有机物的性质、浓度以及温度等有关，需要试验确定。

3.2.2　技术与装备

向废水中投加化学药剂（沉淀剂），使之与废水中的溶解态污染物（主要为离子）直接或间接发生化学反应，形成溶度积较小的难溶化合物，然后予以分离去除。

根据所形成的化学沉淀物种类，分为氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体沉淀法等。

（1）氢氧化物沉淀法

向废水中投加CaO、NaOH、Na₂CO₃等碱性物质，使之与废水中的重金属离子形成氢氧化物沉淀，主要用于去除重金属离子及氟离子等。

（2）硫化物沉淀法

向废水中投加Na₂S或NaHS，可形成溶度积极小的金属硫化物沉淀。由于金属硫化物沉淀颗粒细小，需同时投加絮凝剂，提高分离效果。

（3）铁氧体沉淀法

向废水中投加FeSO₄，并加温和曝气，使之与废水中的各种金属离子形成不溶性的铁氧体晶粒（A₂O₃·BO）而沉淀析出。式中B代表二价金属如Fe［Ⅱ］和废水中的二价金属离子如Mg、Zn、Mn、Co、Ni、Ca、Cu、Hg、Bi、Sn等，A代表三价金属Fe［Ⅲ］和废水中的三价离子如Al、Cr、Mn、V、Co、Bi、Ca、As等。该法主要用于处理含Cr⁶⁺、Co²⁺、Ni²⁺等重金属离子的废水。

采用化学沉淀法处理工业废水时，由于产生的沉淀物往往不形成带电荷的胶体，因此沉淀过程会变得更简单，一般采用普通的平流式沉淀池或竖流式沉淀池即可。具体的停留时间应该通过小试取得。

当用于不同的处理目标时，所需的投药及反应装置也不相同。例如，有些处理药剂采用干式投加，而另一些处理中则可能先将药剂溶解并稀释成一定浓度，然后按比例投加。对于这两种投加方法，都可以参考采用普通废水处理中所用的投药设备。值得注意的是，有些处理中废水或药剂具有腐蚀性，这时采用的投药及反应装置均要充分考虑满足防腐要求。

3.2.3　技术参数与应用

①难溶化合物的溶度积见表3-5。

②沉淀法处理出水最佳效果见表3-6。

③某些金属氢氧化物的溶度积见表3-7。

④某些氢氧化物再溶解时所需的最低pH值见表3-8。

从金属离子的性质及表3-8的数据可归纳出如下一些结论。

1）欲使某一或某些元素析出氢氧化物沉淀，必须把溶液的pH值控制适当。

2）一价的金属离子　碱金属的氢氧化物可溶于水，、、Ag⁺、Au⁺能生成氢氧化物沉淀。

3）二价的金属离子　除Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺外，一般的都能生成氢氧化物沉淀，其中Pb²⁺、Sn²⁺、Be²⁺、Zn²⁺具有两性性质。

4）三价的金属离子　基本都能生成氢氧化物沉淀，其中Al³⁺、Cr³⁺、Ga³⁺、In³⁺具有两性性质。

5）四价的金属离子　都能生成氢氧化物沉淀，其中Sn⁴⁺具有两性性质。而四价的非金属离子中，硅在酸性溶液中能生成SiO₂·nH₂O或H₂SiO₃沉淀。

6）五价的金属离子　除铌/钽能生成HNbO₃及HTaO₃沉淀外，则以酸根形式存在于溶液中，如、、、等。

7）六价的金属离子　在酸性溶液中，钨能生成H₂WO₄沉淀；在微酸性溶液中，钼部分生成H₂MoO₄或MoO₃·2H₂O沉淀，其余的则以酸根形式存在于溶液中，如、、、等。

8）七价的金属离子　不生成氢氧化物沉淀，如等，以酸根形式存在于溶液中。

9）当废水中存在CN^-、NH₃及Cl^-、S^2-等配位体时，能与重金属离子结合成可溶性络合物，增大氢氧化物的溶解度，对沉淀法去除重金属不利，因此，要通过预处理将其除去。

综合考虑以上限制条件，表3-8则给出了某些金属氢氧化物沉淀析出的最佳pH值范围，对具体废水最好通过试验确定。