Осаждение

Химическое осаждение включает использование таких реагентов, взаимодействуя с которыми примеси воды образуют малорастворимые соединения, выпадающие в осадок в соответствии с их пределом растворимости. Метод химического осаждения широко применяется в практике очистки природных и сточных вод. Примерами такой обработки воды являются реакции умягчения с применением извести или соды, фосфатное доумягчение с Na3PO4, удаление сульфатов, фторидов, фосфатов, металлов, кремниевой кислоты и т.д. Рассмотрим реакцию умягчения воды известью и содой.

При добавлении в воду извести бикарбонаты переходят в карбонаты, что приводит к устранению кальциевой и магниевой карбонатной жесткости:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3↓ + 2H2O;

Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 = Mg(OH)2↓ + 2H2O.

Одновременно магниевые соли некарбонатной жесткости переводятся в кальциевые:

MgSO4 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2↓ + CaSO4;

MgCl + Ca(OH)2 = Mg(OH)2↓ + CaCl.

Таким образом, в результате известкования карбонатная жесткость может быть снижена до предела, который определяется растворимостью СаСО3 и Mg(OH)2, что составляет при температуре 20°С примерно 0,3—0,4 мг-экв/л. Практически удается получать воду с карбонатной жесткостью 0,5—1 мг-экв/л вследствие легкости образования пересыщенных растворов СаСО3 и Mg(OH)2 и необходимости вводить некоторый избыток извести для ускорения процесса. Осаждение СаСО3 и Mg(OH)2 интенсифицируют добавкой коагулянта — FeCl3 или FeSO4. Соли алюминия в этом случае не применяются, так как при рН9 они переходят в алюминаты.

Второй вариант реагентного умягчения заключается в использовании извести совместно с содой. При известковом умягчении после осаждения карбонатов дальнейшего снижения жесткости не происходит, несмотря на выделение в осадок Mg(OH)2. Взамен магниевой жесткости в воде появляется кальциевая некарбонатная жесткость. Применение соды обусловливает дополнительное введение карбонат-ионов, в результате чего обменные реакции приводят к выпадению в осадок солей кальция:

CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4;

CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaCl;

Интенсификация процесса известково-содового умягчения достигается подогреванием воды.

Фосфатное доумягчение, проводимое после подогрева воды до температуры более 100 °С (под давлением) в присутствии извести и соды, снижает остаточные кальциевую жесткость 0,2 мг-экв/л и магниевую 0,1 мг- экв/л до 0,04—0,05 мг-экв/л. Уравнения реакции фосфатной обработки записываются следующим образом:

3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2↓ + 6NaHCO3;

3Mg(HCO3)2 + 2Na3PO4 = Mg3(PO4)2↓ + 6NaHCO3;

3CaCl2 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2↓ + 6NaCl;

3MgSO4 + 2Na3PO4 = Mg3(PO4)2↓ + 3Na2SO4.

Фториды удаляют солями кальция:

2NaF + СаСО3 = CaF2 + Na2CO3.

Химическое осаждение — один из методов очистки сточных вод от ионов металлов. Как правило, металлы осаждаются в виде малорастворимых гидроксидов или сульфидов:

Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2↓;

Zn2+ + S2- = ZnS↓;

Cu2+ + 2OH- = Cu(OH)2↓;

Cu2+ + S2- = CuS↓;

Cd2+ + 2OH- = Cd(OH)2↓;

Cd2+ + S2- = CdS↓;

Pb2+ + 2OH- = Pb(OH)2↓;

Pb2+ + S2- = PbS↓.

Полнота осаждения существенно зависит от величины рН. Например, для амфотерных гидроксидов Zn2+ и Cu2+ оптимальные значения рН составляют для реакции 8-11. Практически для всех этих металлов произведение растворимости сульфидов ниже, чем гидроксидов, поэтому в реакциях достигается более глубокое осаждение металлов. Однако сульфиды не осаждают катионы Cr3+, для удаления которых применяют щелочи:

Cr3+ + 3(OH- = Cr(OH)3↓.

Катионы Zn2+, Cu2+, Pb2+ могут быть выделены из растворов карбонатами в виде труднорастворимых соединений типа ZnCO3·Zn(OH)2.

Гидроксиды и сульфиды многих металлов образуются в виде очень мелкодисперсных частиц, перевод которых в осадок требует дополнительной обработки воды коагулянтами.

Во всех случаях применения химического осаждения необходимо знать кинетику реакций, растворимость образующихся веществ и кинетику их осаждения.

www.ovode.net 2011