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第4章沉淀

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第四章 沉淀滴定法

第四章 沉淀滴定法

第四章沉淀滴定法§4-1沉淀溶解平衡以沉淀反应为基础的滴定分析方法称为沉淀滴定法。

沉淀滴定法除必须符合滴定分析的基本要求外，还应满足：1．沉淀反应形成的沉淀的溶解度必须很小．2．沉淀的吸附现象应不妨碍滴定终点的确定。

沉淀滴定法主要用于水中Cl－离子、Ag＋离子等的测定一、溶度积常数1 溶解度和溶度积微溶化合物MA在饱和溶液中的平衡可表示为MA(s)→M+ (L)+A-(L)式中MA s、M L、A L，中下角码(S)和(L)分别表示固态和液态．在一定温度下当微溶化合物MA沉淀溶解平衡时，其溶度积为一常数KΘsp=αM+.αA-例如AgCl(s)→ Ag+(aq) + Cl- (aq)当溶解与结晶速度相等时，达到平衡状态K AgCl为一常数：K AgCl = [Ag+][ Cl-]该常数称为溶度积常数，用Ksp表示。

AnBm(s)→nA m+ (aq) + mB n- (aq)则Ksp AnBm= [A m+]n[B n-]m同一类型的电解质，可以用Ksp直接比较溶解度的大小，不同类型的难溶电解质，不能用Ksp比较。

对MmAn型沉淀．溶度积的计算式为令该沉淀的溶解度为S，即平衡时每升溶液中有Smol的MmAn溶解，此时必同时产生mSmol的M n+和nS mol的A m-．即其中m,n是离子前的系数例如F e(OH)3是1－3型沉淀2．条件溶度积在一定温度下，微溶电解质MA在纯水个其溶度积Ksp是一定的，它的大小是由微溶电解质本身的性质决定的。

外界条件变化，如pH值变化、络合剂的存在，也会使沉淀溶解平衡中除主反应外，还有副反应发生。

考虑这些影响时的溶度积常数称为条件溶度积常数、简称条件溶度积。

用K'sp表示。

Ksp与K'sp 的关系是式中 K'sp一一条件溶度积，Ksp——微溶化合物的溶度积为微溶化合物水溶液中M和A的副反应系数。

与络合平衡中算法相同。

当pH值、温度、离子强度、络合剂浓度等一定时．K'sp是—常数。

第四章 沉淀溶解平衡

第四章 沉淀溶解平衡


解：c(Ba2+)=0.02×10/20=0.01mol/L c(SO42-)=0.002×10/20=0.001mol/L [ Ba 2 ] 0.02 10 / 20 0.01mol / l 2+)c(SO 2-)=0.01×0.001=1.0×10-5>K Q=c2(Ba 4 sp [ SO4 ] 0.002 10 / 20 0.001mol / l 5 有沉淀生成 Q 0.01 0.001 10 K 有沉淀生成
当溶液中存在同离子效应时，必然也有盐效 应，这两种效应对难溶强电解质所产生 的影 响恰好相反。
随着Na2SO4浓度 的增加，难溶电 解质的溶解度先 减小(同离子效应 起主导作用)，而 后增大(盐效应起 主导作用)。
如果电解质溶解度很小，盐效应的影响实际上很小，同离 子效应对难溶强电解质的溶解度的影响远大于盐效应的影 响。二者同时存在时，在近似计算中可以忽略盐效应。
K sp 0.01
1.77 10 mol / L
8
纯水中:
AgCl Ag Cl
s
10


s
5
s K sp 1.77 10
1.33 10 mol / L
发现：同离子效应使沉淀的溶解度降低。 所以为了控制使某些离子沉淀完全，可采取：
一般对不易除去的沉淀剂, 可过量20%—50%； 对于在烘干或灼烧时易挥发的沉淀剂可过量50~100%；
沉淀剂不宜过量太多，否则将有盐效应使溶解度增大。
b．盐效应 实验发现: 一定温度下，BaSO4, AgCl等难溶强电解质在KNO3
溶液中的溶解度比在纯水中大，并且硝酸钾的浓度
越大，难溶强电解质的溶解度和溶度积也越大。
第4章沉淀法和结晶及区域熔炼和晶体生长

第4章沉淀法和结晶及区域熔炼和晶体生长

过饱和度 = U - S 相对过饱和度是一个更好的参数： 为了产生某些沉淀，所需的相对饱和度如下：
AgCl，1.7 SrSO4，10 BaSO4，32 PbCrO4，45
正如在化学反应中有一个活化能的势垒一样，在结晶之前存在着 一个需要克服的势垒，而过饱和度就是表示这个势垒的大小。
2。依前题若是纯品甲的溶解度大于乙的溶解度， 比如说在室温时(15℃)每100毫升溶剂能溶解纯 晶甲10克，溶解乙2克，若此粗制品在100毫升 热溶剂中已能全部溶解。那么待冷至室温，坶液中 含有纯品甲10克，乙2克，析出结晶中含有纯品 甲37.5克，乙0.5克。这样杂质的含量已相对地 减少了。若再将其溶解于80毫升的热溶剂中。待 冷至室温，母液中含有纯品甲8克及乙0.5克而析 出的结晶为纯品甲29.5克。若将第二次母液蒸千， 残渣再用20毫升溶剂重结晶，这时母液中含有纯 品甲2克，乙0.4克，而析出的结晶中含纯品甲6 克，乙0.1克。再用6毫升溶剂重结晶一次，可得 到纯品甲5.4克。连前共得纯品甲34.9克。
因为
一方面由于乙醚的易燃性，用起来应特别小心； 另一方面乙醚易沿瓶壁挥发而被溶物质析出于瓶壁上，以致影 响结晶的纯度。
在选择溶剂时必须考虑到被溶解物质的结构，因为溶质往往易溶于 与其结构近似的溶剂中。极性物质较易溶于极性溶剂，而难溶于非 极性溶剂，这种溶解度的规律对实验工作有一定的指导作用。例如 欲纯化的物质是非极性的化合物。试验巳知其在异丙醇中的溶解度 太小，不合于做溶剂之用，则一般不必再试验极性更强的溶剂，如 甲醇、水，而相反地应试验极性较小的溶剂。当然，溶剂最终选择， 只能用实验方法来决定。 若不能选择出一种单一的溶剂进行重结晶，则可应用混合溶剂。混 合溶剂一般现两种能以任何比例互溶的溶剂组成，其中一种较易溶 解待结晶的物质，另一种较难溶解。一般常用的混合溶剂有乙醇与 水，乙醇与乙醚，乙醇与丙酮，乙醇与氯仿，二氧六环与水。乙醚 与石油醚等。
第4章 沉淀

第4章 沉淀

第4章沉淀一．填空题1.颗粒杂质能否在沉淀池中沉淀下来，主要取决于颗粒杂质的和。

2.在水中作沉降运动的颗粒杂质，主要受、、三种力作用。

3.在理想沉淀池沉淀区，表面负荷和在数值上相等。

4.在理想沉淀区的沉淀效率只与有关，当处理水量一定时，沉淀效率只与有关。

5.根据水的流动方向，斜板沉淀方式分为、、、。

6.自我造粒型流化床高效固液分离设备主要由、、、、 5个部分组成7.浓缩池的深度由、、三部分的高度组成。

二．选择题1.平流式沉淀池的构造主要分为（）四部分。

A.沉淀区、配水区、进水区和浑水区B.沉淀区、分离区、配水区和出水区C.反应区、存泥区、进水区和浑水区D.沉淀区、存泥区、进水区和出水区2.设计某一水厂平流沉淀池，一般采用以下参数（）是合适的。

A.沉淀时间90min、有效水深3.2m、长宽比取5、长深比取20B.沉淀时间45min、有效水深3.2m、长宽比取5、长深比取20C.沉淀时间90min、有效水深2.5m、长宽比取5、长深比取10D.沉淀时间4h、有效水深3.2m、长宽比取5、长深比取103.平流式沉淀池的处理流量为15000m3/d,水厂自用水量按5%计，颗粒截留沉速为0.7mm/s，其表面负荷约为（）。

A.110m3/(m2·d)B. 600m3/(m2·d)C. 16.8m3/(m2·d)D. 60.5m3/(m2·d)4.二沉池的功能是（），排除清澈的处理水，对（）进行浓缩，使（）的污泥及剩余污泥达到一定的浓度。

A.去除颗粒物质；活性污泥；污泥处理B. 有机物和无机物；污水；进入消化池C. 泥水分离；沉淀污泥；回流到曝气池D.去除悬浮颗粒；沉淀污泥；初沉池5.平流沉淀池的水平流速可采用10-25mm/s，水流应避免过多（）。

A.急流B.转折C.涡流D.交叉6.平流沉淀池宜采用（）配水和溢流堰集水，溢流率一般可采用小于500m3/(m﹒d)A. 穿孔墙B.导流墙C.左右穿孔板D.上下隔板7.异向流斜管沉淀池宜用于浑浊度长期低于（）度的原水。

第4章、沉淀

第4章、沉淀


式（4－14）表明，截留沉速u0和表面负荷q在 数值上相等，但两者含义不同。
2、沉淀效率 （1）沉速为ui＜u0的某一特定颗粒的去除率E 设原水中沉速ui＜u0的颗粒的浓度为C，由图4－ 7，沿着高度h内进入沉淀池的沉速为ui的颗粒能全部沉 到池底被去除。故有：
QcC hBvC h h/ t ui = = = = E= QC HBvC H H / t u0
在水处理中，根据悬浮物的浓度和絮凝性能， 悬浮物分离沉降分为下列四种形式： 1、分散颗粒的自由沉淀 当颗粒浓度较低，在沉降过程中不受颗粒彼此间影 响时，称为自由沉淀。 分散颗粒系指不具絮凝性能的颗粒，即下沉过程 中，颗粒的大小、形状、重量不会发生变化。分散 颗粒的沉降也称为自然沉淀。 低浓度沉砂和预沉一般属此类沉降。 2、絮凝颗粒的自由沉淀 絮凝颗粒指具有絮凝性能的颗粒，絮粒因碰撞聚集 生成更大的絮体，在沉降过程中颗粒的沉速随絮凝 体增大而改变。絮凝颗粒的沉降也称为絮凝沉降。 大多数混凝沉淀均属此种类型。
第4章 沉
概述
淀
原水经过混合与絮凝过程后，水中胶体杂质已形 成粗大絮凝体，必须采取某些处理方式使絮凝体从水 中分离出来，从而获得澄清水。通常可采用沉淀池、 澄清池或者气浮池工艺来去除水中悬浮颗粒。 当水中悬浮颗粒比重大于1时，可采用沉淀方法 去除。沉淀是指在重力作用下将悬浮颗粒从水中沉降 分离的工艺 。沉淀可用于简单的沉砂、预沉和混凝、 软化后的悬浮物去除，以及污泥的浓缩等。 当水中悬浮颗粒比重小于1时，可采用气浮方法 去除。气浮方法通常用于处理含藻类较多的湖泊水。
C0 H 0 CP = HP
（4－8）
式（4－8）为—个很重要的关系式。它表达了下 述关系：在高度H0 内均匀浓度为C0 的悬浮物总量， 与高度为HP 内均匀浓度为CP 的悬浮物总量完全相 等。 该切线的斜率即表示浓度为CP 的浑液面下沉速 度，其值为： HP − H vP = （4－9)
水质工程学_章北平_沉淀

水质工程学_章北平_沉淀

第4章 沉淀一．填空题1.颗粒杂质能否在沉淀池中沉淀下来，主要取决于颗粒杂质的 和 。

2.在水中作沉降运动的颗粒杂质，主要受 、 、 、三种力作用。

3.在理想沉淀池沉淀区，表面负荷和 在数值上相等。

4.在理想沉淀区的沉淀效率只与 有关，当处理水量一定时，沉淀效率只与 有关。

5.根据水的流动方向，斜板沉淀方式分为 、 、 。

6.自我造粒型流化床高效固液分离设备主要由 、 、 、、 5个部分组成7.浓缩池的深度由 、 、 三部分的高度组成。

二．选择题1.平流式沉淀池的构造主要分为（ ）四部分。

A.沉淀区、配水区、进水区和浑水区B.沉淀区、分离区、配水区和出水区C.反应区、存泥区、进水区和浑水区D.沉淀区、存泥区、进水区和出水区2.设计某一水厂平流沉淀池，一般采用以下参数（ ）是合适的。

A.沉淀时间90min、 有效水深3.2m、 长宽比取5、 长深比取20B.沉淀时间45min、 有效水深3.2m、 长宽比取5、 长深比取20C.沉淀时间90min、 有效水深2.5m、 长宽比取5、 长深比取10D.沉淀时间4h、 有效水深3.2m、 长宽比取5、 长深比取103.平流式沉淀池的处理流量为15000m3/d,水厂自用水量按5%计，颗粒截留沉速为0.7mm/s，其表面负荷约为（ ）。

A.110m3/(m2·d)B. 600m3/(m2·d)C. 16.8m3/(m2·d)D. 60.5m3/(m2·d)4.二沉池的功能是（ ），排除清澈的处理水，对（ ）进行浓缩，使（ ）的污泥及剩余污泥达到一定的浓度。

A.去除颗粒物质；活性污泥；污泥处理B. 有机物和无机物；污水；进入消化池C. 泥水分离；沉淀污泥；回流到曝气池D.去除悬浮颗粒；沉淀污泥；初沉池5.平流沉淀池的水平流速可采用10-25mm/s，水流应避免过多（ ）。

A.急流B.转折C.涡流D.交叉6.平流沉淀池宜采用（ ）配水和溢流堰集水，溢流率一般可采用小于500m3/(m﹒d)A. 穿孔墙B.导流墙C.左右穿孔板D.上下隔板7.异向流斜管沉淀池宜用于浑浊度长期低于（ ）度的原水。

第4章沉淀反应

第4章沉淀反应


（4）代入数据后，求值或解方程
其中（2）是关键步骤
C Sr3(PO4)2的溶度积KSP表达式是________
A. KSP = [Sr2+][PO43-] B. KSP = [3Sr2+][2PO43-] C. KSP = [Sr2+]3[PO43-]2 D. KSP = [Sr32+][(PO4)23-]
= 2.8 10－ 9
所以 CaCO3在水中的溶解度
s = 5.3 10－5 mol•dm－3
Ksp 与 s 之间的数量关系，取决
于离子的平衡浓度与 s 之间的数量关 系。 例如在本例中 [ Ca2+ ] 和 [ CO32－ ] 均等于 s。
例 4. 13
298 K 时，Ag2CrO4 的溶解
2.沉淀的溶解（沉淀的转化）
（1）生成弱电解质
Mg(OH)2(S) Mg2＋＋2OH－
HCl
H2O ZnS Zn2+ + S2NH4+ NH3·H2O
H2S
（2）竞争反应及其平衡常数K
HCl
计算使0.10mol的ZnS、CuS溶于1L盐酸中，所需盐酸的最 低浓度。 （ Ksp（CuS）=1.27×10－36 ； Ksp （ZnS）=2.93×10－23）
我们可以利用热力学数据求解一定条件下沉淀－ 溶解平衡的平衡常数
AgCl(s)
f Gm / kJ mol 1
Ag＋(aq)＋Cl－(aq)
77.12 -131.26
-109.80
求： K sp
rGm (T ) f Gm ( Ag ) f Gm (Cl ) f Gm ( AgCl )
无机化学 第四章 沉淀的形成与沉淀溶解平衡

无机化学 第四章 沉淀的形成与沉淀溶解平衡

1）适当过量的沉淀剂可使沉淀趋于完全 (20-50%为宜)
2）选择沉淀物溶解度最小的沉淀剂，使 离子沉淀更完全 3）定性沉淀完全 c 10-5 mol.L-1 ,
定量沉淀完全 c 10-6 mol.L-1
思考：
某溶液中cCl-=
cBr
=
cI-
=0.01
mol.L-1
，
慢慢滴加
AgNO3溶液，会有什么现象？
c Mg 2
c OH
K
θ sp
c (OH )
K
θ sp
c (Mg 2 )
1.9 10 5 mol
L1
c (OH
)
K
θ b
cb cs
1.76
10 5 0.05 c (NH 4 Cl)
c (NH 4 Cl) 4.74 10 2 mol L1
m (NH 4 Cl) 4.74 10 2 0.02 53.5 0.05g
第四章 沉淀的形成和沉淀溶解平衡
4.1 难溶电解质的溶度积
1.溶度积
沉淀溶解平衡常数 Ksp ( Ksp )
AmDn(s)
m An+(aq) + n Dm-(aq)
平衡时
K
sp
cm (An ) cn (Dm )
一定温度下，难溶电解质饱和溶液中各 离子浓度以其计量系数为指数的乘积为一常 数
2.溶解度与溶度积的关系
Kθ sp,BaSO4 0.01
1.1108 mol L1
思考题
分别计算Mn(OH)2 在纯水、0.01mol. L-1 NaOH 溶液和0.01mol. L-1 MnCl2 溶液中的溶解度。
3.盐效应
在难溶电解质饱和溶液中加入其它强 电解质，难溶物的溶解度增大的现象。
大学基础化学 第四章 沉淀-溶解平衡 PPT课件

大学基础化学 第四章 沉淀-溶解平衡 PPT课件


§4-1 溶度积和溶度积规则
一、溶度积常数
1. 难溶强电解质
常温下溶解度小于0.01g/100gH2O的电解质叫做 难溶电解质（electrolyte of difficult dissolution）。
难溶强电解质的特点：溶解度很小，但溶解的
部分全部解离。
2. 难溶强电解质的沉淀溶解平衡
溶解
例如： BaSO4(s) 沉淀 Ba2+(aq) + SO42-(aq) 这种平衡是多相平衡，又称沉淀溶解平衡。
Ksp [Ag+ ]2[CrO42 ] (13.08105 )2 6.54 105
1.12 1012
因此对于A2B或AB2型的难溶强电解质有：Ksp=4S3
例 3 ： Mg(OH)2 在 298.15K 时 的 Ksp 值 为 5.61×10-12 ， 求该温度时Mg(OH)2的溶解度。
解：设Mg(OH)2的溶解度为S，根据其沉淀溶解 平衡可得：
前言
强电解质
电 易溶电解质
解
弱电解质
质
难溶电解质 沉淀溶解
单相离子平衡 多相离子平衡
25 º, 100克水中可溶解 （克）
ZnCl2 432 ； PbCl2 0.99；HgS 1.47x10-25
易溶物： > 1 克 微溶物： 0.01~1 克 难溶物： < 0.01 克
1、沉淀溶解平衡的建立：
例2 Ag2CrO4在298.15K时的溶解度为6. 54×10-5mol·L-1 计算其溶度积。
解： Ag2CrO4(s)
2Ag+(aq) + CrO42-(aq)
因此：[Ag+]=2 × 6.54 ×10-5=13.08 ×10-5 (mol·L-1) [CrO42-]= 6.54 ×10-5 (mol·L-1)
第四章 沉淀法

第四章 沉淀法


保护了蛋白质粒子，避免了相互碰撞，使蛋白 质形成稳定的胶体溶液。 ⑵蛋白质两性电解质，分子间静电排斥作用。 （存在双电层）蛋白质粒子在水溶液中是带电 的，带电的原因主要是吸附溶液中的离子或自 身基团的电离。蛋白质表面的电荷与溶液中反 离子的电荷构成双电层。
4.２盐析
Salt induced precipitation
Cohn经验式
蛋白质溶解度与盐浓度的关系
㏒ S=β-ＫsＩ
S—蛋白质的溶解度，g/L; I－离子强度， I=1/2∑mizi2 mi—离子 i的摩尔浓度； Zi—所带电荷 β—常数，图中截距 Ks—盐析常数，图中直线斜率
β和Ks的物理意义
β—β代表截距，即当离子强度为零，也就是纯水中的 假想溶解度的对数。与蛋白质种类、温度、pH值有关， 与盐无关； Ks—盐析常数，代表图中直线的斜率； 从一些实验结果表明，Ks与温度和pH无关，但和蛋白质 与盐的种类有关。但这种变化不是很大，例如以硫酸 铵作为沉淀剂时，Ks值对不同的蛋白质来说，其变化 不会超过1倍。
概述
沉淀法的原理： 生物分子在水中形成稳定的溶液是有条件的， 这些就是溶液的各种理化参数。任何能够影响 这些条件的因素都会破坏溶液的稳定性。 沉淀法基本原理就是采用适当的措施改变溶液 的理化参数，控制溶液的各种成分的溶解度， 根据不同物质在溶剂中的溶解度不同而达到分 离的目的， 溶剂组分的改变或加入某些沉淀剂以及改变溶 液的pH值、离子强度和极性都会使溶质的溶解 度产生明显的改变。
盐加到蛋白质溶液中，高浓度的盐离子有很强的水化 力，于是蛋白质分子周围的水化膜层减弱乃至消失， 使蛋白质分子因热运动碰撞聚集。
（2）破坏水化膜，暴露出憎水区域， 由于憎水
区域间作用使蛋白质聚集而沉淀，憎水区域越多，越 易沉淀。 白质溶液后，蛋白质表面电荷大量被中和，静电斥力 降低，导致蛋白溶解度降低，使蛋白质分子之间聚集 而沉淀。
第四-五章习题与答案

第四-五章习题与答案

第四-五章习题与答案
第四章沉淀
1、简述杂质颗粒在静水中的自由沉淀和拥挤沉 淀的沉淀过程。
答：自由沉淀 单个颗粒在无边际水体中沉淀，其下沉的过程颗粒互不干 扰，且不受器皿壁的干扰，下沉过程中颗粒的大小、形状、 密度保持不变，经过一段时间后，沉速也不变。 拥挤沉淀 当水中含有的凝聚性颗粒或非凝聚性颗粒的浓度增加到一 定值后，大量颗粒在有限水体中下沉时，被排斥的水便有 一定的上升速度，使颗粒所受的摩擦阻力增加，颗粒处于 相互干扰状态，此过程称为拥挤沉淀

负水头危害：
4、简述过滤水头损失变化过程，说明水质周期与压力 周期的关系，解释负水头现象及其危害和解决方法。
答：过滤时滤池水头损失变化过程如图书P1365－9 重力式滤池，滤池的过滤作用水头都已确定，滤池过滤时不论水头损失是 否达到最大值，都要耗费与作用水头相当的能量。所以充分利用作用水头， 增长过滤时间，实现使滤池水头损失达到 最大值的压力周期，在运行管理 上是经济的。如果滤池作用水头未被充分利用，由于滤池出水水质恶化而 提前结束过滤工作（水质周期），将是不经济的，因此，滤池的最优工作 条件是使水质周期等于压力周期。 当过滤进行到一定时刻滤层逐渐被堵塞时，从滤料表面到某一深度处的滤 层的水头损失超过该深度处的水深，形成真空，称该深度处就出现负水头 ①是增加滤层局部阻力，增加了水头损失； ②会导致空气释放出来，空气泡会穿过滤料层，上升到滤池表面，甚至把 煤粒这种轻质滤料带走。在冲洗时，空气更容易把 大量的滤料随水带走。 避免滤池中出现负水头的两个方法： 一是增加砂面上的水深；普通快滤层上面水层厚度一般采用1.5-2.0m 二是令滤池出口位置等于或高于滤层表面。
5、简述非凝聚颗粒、凝聚颗粒沉淀实验过程 答：1.非凝聚性颗粒的沉淀实验过程 非凝聚性颗粒在静水中的沉淀实验，用一个圆筒进行，如 图4-5所示。在圆筒水面h处开一个取样口，要求颗粒在在 水中均匀分布，浓度为C0；然后在分别在t1, 、 t2 、 …tn时 取样，分别测得浓度为C1 、 C2 、 …Cn,对应的沉速分别 为h/t1=u1、 h/t2=u2 、…h/tn=un 。设p1、p2、…pn 分别代表 C1/C0、C2/C0、…Cn/C0则1-pi表示所有速度大于等于ui的颗 粒所占的比例，pi代表沉速小于ui的颗粒所占的比例，见 下图，

第四章沉淀反应


【 例 】 已 知 298K 时 ,BaSO4 的 Kθsp= 1.07×10-10 , × Ag2CrO4的Kθsp=1.12×10-12, 试比较二者溶解度 的 试比较二者溶解度S的 × 大小。 大小。 解： 平衡浓度/mol·L-1 平衡浓度/
2+
BaSO4(s)
Ba2+ +SO42S
2− 4
6.0 × 10 × 40.0 −4 −1 co (SO ) = = 4.8 × 10 mol ⋅ L 50.0
2− 4
−4
0.010 × 10.0 −3 −1 co (Ba ) = = 2.0 × 10 mol ⋅ L 50.0
2+
J = {co (SO )}{co (Ba )}
= 4.8 × 10 × 2.0 × 10
1. 溶度积常数 在一定温度下， 在一定温度下，将难溶电解质晶体放 入水中时，就发生溶解和沉淀两个过程。 入水中时，就发生溶解和沉淀两个过程。
在一定条件下， 在一定条件下，当溶解和沉淀速率相等 便建立了一种动态的多相离子平衡， 时，便建立了一种动态的多相离子平衡，简 称沉淀-溶解平衡。可表示如下： 称沉淀 溶解平衡。可表示如下： 溶解平衡
2− 3
c (Ba
2+
) ↑ 或 c (CO ) ↑ J ↑ J > Ksp 促使
2− 3
BaCO3的生成。
例题：25℃时，某种溶液中，
c(SO 2− ) 为 6. 0×10-4 mol·L-1 。若在 40.0L该 4
溶液中，加入 0.010mol·L-1 BaCl2溶液 10.0L ， 问是否能生成BaSO4 沉淀？如果有沉淀生成， 问能生成 BaSO4多少克？最后溶液中 是多少？ 2− ) c(SO 4

第四章 沉淀

第四章沉淀4-1 水和废水处理的主要单元方法沉淀是水中固体颗粒通过颗粒与水的密度差，在重力作用下与水分离的过程，是水和污水处理中一种常见的工艺。

沉淀所能去除的颗粒尺度在20~100μm以上，水中的胶体物质需先经混凝处理后才能经固液分离操作去除。

4.1.1 沉淀的功能及基本类型1、沉淀和澄清在水处理中的功能（1）给水处理沉淀分离经混凝过程产生的絮体，常采用澄清池以得到澄清的出水，是饮用水处理的一个重要环节，要求浊度<20°（2）城市污水处理一级处理的主要工艺（沉砂、初沉池），控制处理效果。

二级处理中：①作为预处理单元，减轻生物负荷。

②作为二沉池，分离生物处理过程产生的污泥，得到澄清出水③作为浓缩池，降低污泥的含水率，减小其体积，以便于进一步处理处置。

（3）工业废水中作用多样，预处理，中间处理及最终处理均可采用。

一般与混凝工艺联用。

（4）在污水灌溉和氧化塘处理之前——去除粗大悬浮颗粒，稳定水质。

——去除寄生虫卵和堵塞土壤孔隙的物质。

2、沉淀的类型根据沉淀物质的性质、絮凝性、浓度分为四类。

（1）自由沉淀（discrete settling）颗粒在沉淀过程中呈离散状态，其尺寸、质量、形状均不改变，下沉不受干扰。

非絮凝性颗粒、浓度低、颗粒间无絮凝。

颗粒独立完成沉淀过程，其物理性质（形状、大小、比重）不发生变化→颗粒沉速不变。

发生在沉砂池及沉淀池的前期沉淀过程（2）絮凝沉淀（flocculation settling）沉淀过程中，颗粒的尺寸、质量随深度增加而增大，沉速相应提高。

絮凝性颗粒、浓度较低、颗粒间发生絮凝；沉淀过程中其物理性质发生变化→颗粒沉速度加快；发生在水处理沉淀池、污水处理初沉池后期及二沉池的前期沉淀过程。

（3）成层沉淀（zone settling ）又叫拥挤沉淀。

颗粒在水中的浓度较大，下沉过程中彼此干扰，形成清水与浑水的明显界面并逐渐下移。

絮凝性颗粒、浓度较高（矾花浓度≥ 2~3g/L 、活性污泥浓度≥1g/L ）、颗粒间发生絮凝；沉淀过程中颗粒间相互干扰并形成网格状绒体共同下沉→形成清水浑水界面（界面的沉降）；发生在沉淀池后期沉淀过程。

第四章 沉淀与混凝


第二节 混凝 Coagulation
13
定义：混凝是通过向废水中投加混凝剂 (coagulant)，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮 颗粒和胶体微粒聚集(aggregation)成较粗大的 颗粒而沉降与水分离，使废水得到净化。 粒径范围：1nm~0.1m（有时认为在1m） 目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚长成大 矾花。 主要杂质：粘土（50nm-4 m）；细菌（0.2m80m）；病毒（10nm-300nm）；蛋白质 （1nm-50nm）、腐殖酸
21
第三节
胶体的特性
胶核
胶粒
二、胶体的结构
胶团 扩散层
吸附层
22
电位离子
反离子
胶核
滑动面
胶团边界
吸附层 扩散层 胶 粒 ξ电 位 Ψ电 位
胶体的结构
23
第三节
胶体的特性
三、双电层理论
中心称为胶核，其表面 选择性地吸附了一层带有 同号电荷的离子（可以是 胶核的组成物直接电离产 生的，也可以是从水中选 择吸附的H+或OH-造成 的），成为胶体的电位离 子。
胶核
滑动面以内的部分称为胶粒，胶粒与扩散层之间有一个电位差，称 为胶体的电动电位（ξ电位）。而胶核表面的电位离子与溶液之间的 电位差称为总电位（φ 电位，电位离子和反离子形成的总电位。）
25
第三节
胶体的特性
胶体在水中受到几个方面的影响：
（1）由于胶粒的带电现象，带相同电荷的胶体产生静 电斥力，而且ξ电位越高，胶体间的静电斥力越大。
第四章 沉淀与混凝
1
第一节
化
学
沉
淀
化学沉淀法是向水中投加某些化学药剂，使之与水中溶解性物质 发生化学反应，生成难溶化合物，然后通过沉淀或气浮加以分离的方 法。 化学沉淀法的工艺流程和设备与混凝法相类似，主要步骤包括：(1) 化学沉淀剂的配制与投加；(2)沉淀剂与原水混合、反应；(3)固液分 离，设备有沉淀池、气浮池等；(4)泥渣处理与利用。

水质工程学——第4章 沉淀与澄清

当水中含有的凝聚性颗粒或非凝聚性颗粒的浓度 增加到一定值后，大量颗粒在有限水体中下沉时，被 排斥的水便有一定的上升速度，使颗粒所受的摩擦阻 力增加，颗粒处于相互干扰状态，此过程称为拥挤沉 淀。 另外还可根据是否加药，将沉淀分成自然沉淀和 凝聚性沉淀。
一、悬浮颗粒在静水中的自由沉淀
1.自由沉淀过程分析

2.自由沉淀的沉速
达到重力平衡时，加速度为零，令式左边为零，加以 整理，得沉速公式：
10
阻力系数CD
u
4 g p 1 d 3 CD 1
10 10 10 1 0.4 0.1 -3 10 C=24/Re C=10/Re
CD与Re有关， Re与u有关
Re
ud
10
-2
10
-1
1
10
10
深度
沉降时间
图
凝聚性颗粒的去除百分数计算
P p2
h1 / t0 h /t h /t h /t ( p3 p2 ) 2 0 ( p4 p3 ) 3 0 ( p5 p4 ) 4 0 ( p6 p5 ) u0 u0 u0 u0
是沉速等于或大于u0的已全部沉降掉的颗粒的去除
减小水力半径R，
平流沉淀池的纵向分隔及斜板、斜管沉淀池
在沉淀池中，增大，一方面提高Re，不利于沉淀， 但另一方面也提高了Fr，而加强了水的稳定性，从而 有利于沉淀效果的提高。 所以，可在很宽的范围内选取，而不至于对沉淀 效果有明显的影响。我国各地一般=10～25mm/s，最 高可达30～50mm/s。
沉淀时间
t L v
对直线Ⅲ代表的一类颗粒而言，流速v、u0与沉淀时间 有关 h0 t u0
表面负荷
单位沉淀池表面积的处理水量，也叫溢流率 Q u0 LB

第4章沉淀反应

溶液中的离子
根据平衡常数表达式：
Kap ＝ a(Ag+) ·a(Cl-) ＝ [Ag+]Ag+ ·[Cl-] Cl由于是稀溶液，活度系数近似等于1，则：
Hale Waihona Puke Kap＝ a(Ag+)·a(Cl-)≈[Ag+][Cl-] 令，Ksp＝ [Ag+][Cl-]
称 Ksp为AgCl的溶度积常数，简称溶度积
对于MmAn 难溶电解质，其沉淀-溶解平衡为：
难（微）溶电解质：在水中的溶解度很小。 难溶电解质在溶液中存在沉淀 -溶解平衡，这种固体 与液相间的平衡属于多相平衡。 沉淀的溶解、生成、转化、分步沉淀等变化，在物 质的制备、分离、提纯与测定中有广泛应用。 利用沉淀反应来进行物质的分离、提纯或鉴定。
如：AgNO3形成AgCl沉淀，鉴定Cl-。
[Ag＋]=0.002 mol· L-1
[CrO42-]=0.003 mol· L-1
Qi=[Ag＋]2[CrO42-]=0.0022×0.003=1.2×10-8 (mol· L-1)3
∵ Qi > Ksp＝ 1.12×10-12 ∴ 有砖红色沉淀产生。
例4：298K时，0.3 mol· L-1HCl 中含有0.1mol· L-1的Cd2+，通 入H2S气体达到饱和（0.1 mol· L-1），问是否产生CdS沉淀。
相互吸引、相互牵制，减少了溶液中离子的有效浓度，降低了 沉淀的生成速度，破坏了沉淀与溶解平衡。只有继续溶解，才 能使沉淀和溶解的速度相等，达到平衡，这样就增加了沉淀的 溶解度。
♠ 所以，溶液中可溶性强电解质的浓度愈大，盐效应也愈显著，
因此一般沉淀剂只能适当过量，通常以过量20～50%为宜。

第四章 沉淀滴定法

第四章 沉淀滴定法知识点[1]沉淀平衡1．活度积常数 -+⋅=cl Ag SP a a K 0 ][+++=Ag a Ag Ag γ当离子强度I<0.1时(即稀溶液，除AgCl 没有其它电解质)，2．离子活度系数 1=γ3．溶解积常数 -+⋅==-+Cl Ag sp sp K Cl Ag K γγ0]][[ 4．条件溶度积常数 A M sp sp K K αα⋅='，α为考虑pH ，络合剂等外界因素造成的副反应系数5．溶解度S ：解离出的离子浓度，即平衡时每升溶液中有S （mol ）化合物溶解 例1：-++=Cl Ag Ag 2]][[S Cl Ag K sp ==-+ ][][-+==Cl S Ag S 1:1型沉淀 sp K S =例2：-++=OH Fe OH Fe 3)(33433327)3(]][[S S S OH Fe K sp =⋅==-+427SP K S = [2]影响沉淀平衡的因素1.同离子效应：沉淀溶解平衡时，向溶液中加入构晶离子，溶解度减小 构晶离子：组成沉淀(晶体基本结构)的离子例1：设K sp =10-10，不加[-Cl ]时，510-==sp k S 加[-Cl ]=0.1mol/L ， S S S K sp 1.0)1.0(≈+⋅=， S=10-9，沉淀溶解度大大减小 例2：3CaCO 加0.1mol/L 32CO Na -++=2323CO Ca CaCO 8103-⨯=sp K 1.0'sp K S =s s S K sp 1.0)1.0(≈+⋅=工程上用此种方法转化硬水2.盐效应：加入易溶强电解质使沉淀溶解度增大3.酸效应：溶液pH 对沉淀溶解度的影响。

用酸效应系数α描述酸效应，α≥1。

对强酸盐影响较小，弱酸盐溶解度增大。

例：↓ZnS 加酸 ↑+→+++S H Zn H ZnS 224.络合效应：能与构晶离子形成络合物的络合剂使沉淀溶解度增大例：Cl NH Ag NH AgCl 233)(2→+[3]分步沉淀↓=+-+AgCl Cl Ag 10108.1-⋅⨯=Agcl sp K 实验现象：量少时为白色浑浊↓=+-+42242CrO Ag CrO Ag 12101.142-⋅⨯=CrO Ag sp K 实验现象：一点砖红色出现 两种阴离子在水中，用+Ag 去沉淀，假定L mol CrO Cl /1.0][][24==--形成AgCl 沉淀所需L mol cl K Ag AgClsp /108.11.0108.1][][910---⋅+⨯=⨯== 小于42CrO Ag 所需64103.3][][42--⋅+⨯==CrO K Ag CrO Ag sp 此时L mol Ag K Cl AgClsp /104.5103.3108.1][][5610---+⋅-⨯=⨯⨯== 定义：沉淀平衡时剩余离子浓度与初始浓度相比相差3个数量级以上，沉淀完全 AgCl 沉淀先出现，且-Cl 沉淀完全，才出现↓42CrO Ag分步沉淀：利用溶度积sp K 大小不同进行先后沉淀的作用可用于水中离子的连续测定，如水中-Cl 和-I ，但-Cl 、-Br 、-I 不可以分开 [4]莫尔法测定水中-Cl以3AgNO 作滴定剂，用42CrO K 做指示剂的银量法→莫尔法1． 原理：分步沉淀2． 测定步骤：①取一定量水样加入少许42CrO K ，用3A g N O滴定，滴定至砖红色出现，记下消耗3AgNO 的体积1V① 取同体积空白水样(不含-Cl )，加入少许3CaCO 作为陪衬，加入少许42CrO K ，用3AgNO 滴定，滴定至砖红色记下消耗3AgNO 的体积0V② 用基准NaCl 配置标准溶液，标定3AgNO 溶液的浓度3． 注意：①不含-Cl 的空白水样中加入少许3CaCO 作为陪衬，使两者在终点时由白色沉淀→砖红色沉淀减小终点颜色差异，使终点的一致性强。

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第4章 沉淀
4.1杂质颗粒在静水中的沉淀 4.2沉砂池、平流式沉淀池、辐流式沉淀池 4.3斜板、斜管沉淀池 4.4澄清池 4.5浓缩 4.6水中造粒 4.7气浮
No. 1
4.1杂质颗粒在静水中的沉淀
一、概述 二、沉淀类型的分析 三、理想沉淀池的沉淀原理
No. 2
一、概述
沉淀法的处理对象：悬浮物质 根据悬浮物质的性质、浓度和絮凝性能， 沉淀可以分为四类： 1、自由沉淀 2、絮凝沉淀 3、成层沉淀 4、压缩沉淀
No. 14
(三)成层沉淀与压缩沉淀
当水中悬浮物质的浓度很高时 (5000mg/L以上)时，开始沉淀以后，水 样会很快形成上清液与污泥层之间的清 晰界面。污泥层内的颗粒之间的相对位 置稳定，沉淀表现为界面的下沉，而不 是单颗粒下沉，沉速用界面沉速表示。
No. 15
A：等速沉淀区 B:过度区 C:压缩区
3、成层沉淀
定义： 沉淀过程中絮凝的悬浮物形成层状物， 成整体沉淀状，形成较明显的固液界面。 常见于：活性污泥法的二沉池、污泥浓 缩池、化学凝聚沉淀
No. 6
4、压缩沉淀
定义： 沉淀过程中最后悬浮颗粒相聚于水底， 互相支撑，互相挤压，发生进一步沉降
No. 7
在实际的活性污泥法二沉池及浓缩池中 沉淀与浓缩的过程中，都顺序存在着1、 2、3、4这四种类型的沉淀过程，只是 产生各类沉淀的时间长短不同而已。
是一种通量的概念
No. 22
可见，沉淀池的截留速度u0等于其表面 负荷。也即沉淀效率取决于颗粒沉速或 表面负荷，与池深和停留时间无关。 通过静置沉淀试验，根据要求达到的沉 淀总效率，求出颗粒沉速后也就确定了 沉淀池的溢流率。
No. 23
在实际沉淀池中，情况要比理想沉淀池复 杂得多，前面的假定都会因紊流、风吹、
位于水面能够100％地去除的最小颗粒沉速 v*（此处为u0）实际就是沉淀池的设计溢流 率(overflow rate也称表面负荷或过流率)。
Q vBH
u0
H t
H L
H LBH
Q LB
Q A
vQ
沉淀池的流量 沉淀池的面积
令q=Q/A，则q为单位面积单位时间沉淀池
所处理的水量，一般称为表面负荷或溢流率， 单位m3/(m2·s)、m3/(m2·h)或m/h, m/s
(1)进出水均匀分布到整个横断面； (2)悬浮物在沉淀区等速下沉； (3)悬浮物在沉淀过程中的水平分速等于水流 速度，水流是稳定的； (4)悬浮物落到池底污泥区，即认为已被除去。 不再上浮 符合上述假设的沉淀池称为理想沉淀池。 (5)将理想沉淀池分为4个区：流入区、流出区、 污泥区、沉淀区
No. 19
下为有效长、宽、深分别为L、B和H的理想平流沉 淀池示意图。（颗粒沉淀轨迹为直线，而非抛物线， 是水平速度和垂直速度的合成）
No. 20
在沉淀区每个颗粒一面下沉，一面随水流水平 运动，其轨迹是向下倾斜的直线。 沉速＞u0的颗粒可全部除去；沉速＜ u0的颗粒因 处于水面以下，也可以除去一部分。
No. 21
No. 25
4.2 沉砂池、沉淀池
4.2.1、沉砂池 4.2.2、沉淀池
No. 26
4.2.1、沉砂池
工作原理： 自由沉淀
功能： 主机杂质， 如骨屑、种子等
No. 27
位置： 一般设在泵站、沉淀池之前，这样可以防 止对水泵和污泥处置设备的磨损，还可以 使沉淀池中的污泥具有良好的流动性 形式： 平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气沉砂 池、多尔式、涡流式
No. 3
1、自由沉淀
定义： 颗粒在沉淀过程中互不干扰，其形状、 尺寸、质量均不改变，下沉速度也不改 变。 常见于：沉砂池、初次沉淀池
No. 4
2、絮凝沉淀
定义： 颗粒在沉淀过程中发生絮凝作用。颗粒 的形状、尺寸、质量以及沉速随沉淀过 程的进展而变化。 常见于；混凝沉淀后、生物污泥的沉淀
No. 5
No. 8
二、沉淀类型的分析
（一）、自由沉淀 （二）、絮凝沉淀 （三）、成层沉淀 （四）、压缩沉淀
No. 9
（一）、自由沉淀
1、自由沉淀的数学表达 2、自由沉淀试验
No. 10
1、自由沉淀的数学表达
No. 11
(二)絮凝沉淀
试验装置: 直径D为150mm～200mm；高度 h:1500~2500mm的沉淀筒中进行，每隔一定 距离设置取样口。 将水样装满搅均后开始计时，每隔一定的时 间间隔在各取样口同时取样，测得各水样悬 浮物浓度，计算去除率
No. 16
1、界面下沉的初始阶段，由于浓度较 低，呈等速下沉 2、随着界面继续下沉，悬浮物浓度不 断增加，界面沉速变小，出现过渡段。 3、界面继续下沉，浓度更高，污泥层 内的下层颗粒能够机械地承托上层颗粒， 并产生压缩区
No. 17
三、理想沉淀池的沉淀原理
No. 18
以平流沉淀池为例 为了说明沉淀池的工作原理，假定：
C0 Ci 100 % C0
No. 12
No. 13
由图可见, 1、曲线斜率随着深度增加而增大。这符合絮 凝颗粒随沉淀深度增加而颗粒粒径增大，沉 速加大的特征。 2、沉淀深度越深所需沉淀时间也越长，沉淀 深度越浅所需沉淀时间也越短。这符合浅池 效率高的特征 3、图中絮凝颗粒都是从水面开始下沉的，实 际情况不完全是这样，但是这样是偏于安全 的。
No. 28
一、一般规定
1、城市污水处理厂一般均应设置沉砂池 2、沉砂池按去除密度2650kg/m3,粒径0.2mm以上 的砂粒设计 3、设计流量： 1 ) ：当污水自流进入时，按最大设计流量计算 2 ) ：当污水为提升进入时，按工作水泵的最大组 合流量计算 3 ) ：合流制处理系统中，按降雨时的设计流量设 计
水温温差和密度差引起的对流以及池内水
流死角等影响而产生偏差。这些因素影响
的综合结果，使达到一定沉淀效率所需的 停留时间比理论沉降时间要长，而过流率 则比理论值低。因此，在应用静置沉淀试 验资料时，应加以修正。通常可取
q
(1 1.25
1 1.75
)u0
t (1.5 ~ 2.0)t0
No. 24
q和t分别为沉淀池的设计过流率和设计沉 淀时间，而u0和t0分别为沉淀试验所得的 应去除的最小颗粒沉速和沉淀时间。