1、2.1 2.1 酸、堿反應酸、堿反應(fnyng)(fnyng)原理原理 一、什么是酸、堿1. 電離理論 1884年，瑞典(ru din)化學家阿侖尼烏斯根據電解質的電離理論，提出了第一個酸堿理論:酸是在水溶液中經電離只生成H+一種陽離子的物質；堿是在水溶液中只生成OH-一種陰離子的物質。酸與減中和反應的本質是H+和OH-化合生成H2O。2. 質子(zhz)理論；勃朗斯特和勞萊能給出質子(zhz)的是酸，能接受質子(zhz)的是堿。第1頁/共42頁第一頁，共42頁。二、酸堿反應實質二、酸堿反應實質 質子轉移：兩個共軛酸堿對相互作用，質子從一種酸質子轉移：兩個共軛酸堿對相互作用，質子從一種酸轉移

2、到另一種堿的過程。轉移到另一種堿的過程。三、酸度、堿度三、酸度、堿度1、酸堿性：、酸堿性：pH表示表示2、酸的濃度（酸的分析濃度）：、酸的濃度（酸的分析濃度）：1升溶液升溶液(rngy)中中所含某種酸的摩爾數，即酸的總濃度，包括未理解酸所含某種酸的摩爾數，即酸的總濃度，包括未理解酸的濃度和已離解的酸的濃度。的濃度和已離解的酸的濃度。第2頁/共42頁第二頁，共42頁。3 3、酸度、酸度 酸度指水中能與強堿發生中和作用的物質的總量，即酸度指水中能與強堿發生中和作用的物質的總量，即放出放出H+ H+ 或經過水體或經過水體(shu t)(shu t)能產生能產生H+H+的物質的總量。的物質的總量。AG

3、=lgC(H+)/C(OH-) AG=lgC(H+)/C(OH-) 酸度組成：酸度組成：強酸，如強酸，如HClHCl、HNO3HNO3、H2SO4H2SO4；弱酸，如弱酸，如H2CO3H2CO3；強酸弱堿鹽，如強酸弱堿鹽，如FeCl3FeCl3。第3頁/共42頁第三頁，共42頁。酸度分類：酸度分類：無極酸度：以甲基橙無極酸度：以甲基橙 變色變色pH4.3pH4.3為指示劑測得的酸度。為指示劑測得的酸度。游離游離CO2CO2酸度：以酚酞酸度：以酚酞 變色變色pH8.3pH8.3為指示劑測得的酸度。為指示劑測得的酸度。總酸度：滴定至總酸度：滴定至pH10.8pH10.8時所測得的酸度。時所測得的酸

4、度。酸度計算：酸度計算：無機酸度無機酸度=H+-HCO3-2CO32-OH-=H+-HCO3-2CO32-OH-游離游離CO2CO2酸度酸度=H+H2CO3=H+H2CO3* *-CO32-OH-CO32-OH-總酸度總酸度=H+HCO3- 2 H2CO3=H+HCO3- 2 H2CO3* *-OH-OH-酸度單位酸度單位(dnwi)(dnwi)：mmol/Lmmol/L；H2CO3H2CO3* *包含溶解的包含溶解的CO2CO2和和H2CO3H2CO3。第4頁/共42頁第四頁，共42頁。4 4、堿度、堿度堿度是指是表征水吸收堿度是指是表征水吸收(xshu)(xshu)質子的能力的參質子的能力

5、的參數，通常用水中所含能與數，通常用水中所含能與 強酸定量作用的物質總強酸定量作用的物質總量來標定。這類物質包括強堿、弱堿、強堿弱酸量來標定。這類物質包括強堿、弱堿、強堿弱酸鹽等。鹽等。當滴定至酚酞指示劑由紅色變為無色時，溶液當滴定至酚酞指示劑由紅色變為無色時，溶液pHpH值即為值即為 8.3 8.3，指示水中氫氧根，指示水中氫氧根(0H-)(0H-)已被中和，碳已被中和，碳酸鹽均被轉化為重碳酸鹽，此時的滴定結果稱為酸鹽均被轉化為重碳酸鹽，此時的滴定結果稱為 “酚酞堿度酚酞堿度”。當滴定至甲基橙由黃色變為橙紅。當滴定至甲基橙由黃色變為橙紅色時，溶液的色時，溶液的pHpH值為值為4.4-4.54

6、.4-4.5，指示水中的重碳酸，指示水中的重碳酸鹽鹽( (包括原有的和由碳酸鹽轉化成的包括原有的和由碳酸鹽轉化成的) )已被中和，已被中和，此時的滴定結果稱為此時的滴定結果稱為“總堿度總堿度”。 第5頁/共42頁第五頁，共42頁。 5、中和法利用堿性藥劑或酸性藥劑將廢水從酸性或堿性調整到中性附 近的一類處理方法。在工業廢水處理中，中和處理既可以作為主要的處理單元，也可以作為預處理。此外，還有一種與中和處理法相類似的處理操作(cozu)，就是為了某種需要，將廢水的pH值調整到某一特定值(范圍)，這種處理操作(cozu)叫pH調節。若將pH值由中性或酸性調至堿性，稱為堿化；若將pH值由中性或堿性調

7、至酸性，稱為酸化。第6頁/共42頁第六頁，共42頁。 6 6、不同酸、不同酸( (堿堿) )含量工業廢水的處理方法含量工業廢水的處理方法（1 1）廢酸液和廢堿液）廢酸液和廢堿液 酸含量大于酸含量大于5 510%10%的高濃度含酸廢水，常稱為廢酸液；堿含量大于的高濃度含酸廢水，常稱為廢酸液；堿含量大于3 35%5%的高濃的高濃度含堿廢水，常稱為廢堿液。度含堿廢水，常稱為廢堿液。 對于這類廢酸液、廢堿液，一般應因地制宜對于這類廢酸液、廢堿液，一般應因地制宜(yn d zh y)(yn d zh y)地加以回收和利用，地加以回收和利用，例如，用蒸發濃縮法回收苛性鈉；用擴散滲析法回收鋼鐵酸洗廢液中的硫

8、酸等。例如，用蒸發濃縮法回收苛性鈉；用擴散滲析法回收鋼鐵酸洗廢液中的硫酸等。（2 2）酸性廢水和堿性廢水）酸性廢水和堿性廢水 對于酸含量小于對于酸含量小于5 510%10%或堿含量小于或堿含量小于3 35%5%的低濃度酸性廢水或堿性廢水，由于的低濃度酸性廢水或堿性廢水，由于其中酸、堿含量低，回收價值不大，常采用中和法處理，使其達到排放要求。其中酸、堿含量低，回收價值不大，常采用中和法處理，使其達到排放要求。 第7頁/共42頁第七頁，共42頁。酸性(sun xn)廢水來源及特性 pH4.5 強酸性(sun xn)廢水 pH=4.5-6.5 弱酸性(sun xn)廢水來源鋼鐵廠、化工廠、冶煉廠、電

9、鍍廠、礦山等 特性除含酸外，還含有各種有害物質、重金屬及其鹽類；會腐蝕管道， 損壞農作物，傷害魚類等水生物，污染土壤，危害人體健康。酸性(sun xn)廢水的成分包括：無機酸：硫酸、硝酸、鹽酸、氫氟酸、磷酸等有機酸：醋酸、甲酸、檸檬酸等金屬鹽。2.2 2.2 酸性廢水酸性廢水(fishu)(fishu)中和處理中和處理第8頁/共42頁第八頁，共42頁。酸性廢水處理1 回收利用2 投藥中和（1）常用的藥劑：藥劑中和法最常采用的堿性藥劑是石灰(CaO)，有時也選用苛性鈉、碳酸鈉、石灰石、白云石、電石渣等。選擇堿性藥劑時，不僅(bjn)要考慮它本身的溶解性、反應速度、成本、二次污染、使用方便等因素，

10、而且還要考慮中和產物的性狀、數量及處理費用等因素。當投石灰進行中和處理時，Ca(OH)2還有凝聚作用，因此對雜質多、濃度高的酸性廢水尤其適宜。 第9頁/共42頁第九頁，共42頁。 （2）中和劑的投加量可按實驗繪制的中和曲線確定，也可根據水質(shu zh)分析資料，按中和反應的化學計量關系確定。 )(2211acacKQGa Q廢水量，m3d；Cl， C2 廢水酸的濃度和酸性(sun xn)鹽的濃度，kgm3； a1 ，a2 中和每公斤酸和酸性(sun xn)鹽所需的堿性藥劑公斤數，即堿性藥劑比耗量kgkg；K考慮到反應不均，部分堿性藥劑不能參加反應的加大系數。如用石灰法中和硫酸時，取1.05

11、l.10(濕投)或1.41.5(干投)；中和硝酸和鹽酸時，取1.05； 堿性藥劑的純度，%。 第10頁/共42頁第十頁，共42頁。 中和產生的沉渣量(干基(n j)G(kgd)可按下式計算 ：)()(dcSQeGGa 消耗(xioho)(xioho)單位重量藥劑所生成的難溶鹽及金屬氫氧化物量，kgkgkgkg；ee單位重量藥劑中雜質含量，kgkgkgkg；cc中和后溶于廢水中的鹽量， kg kgm3m3；SS中和前廢水中懸浮物含量，kgkgm3m3；dd中和后出水挾走的懸浮物含量，kgkgm3m3。 投藥中和法的工藝過程主要包括：廢水的預處理；藥劑的制備與投配；混合與反應；中和產物的分離；泥渣

12、的處理與利用。廢水的預處理包括懸浮雜質的澄清，水質及水量的均和。前者可以減少投藥量，后者可以創造(chungzo)穩定的處理條件。 消耗藥劑產生的沉渣量中和后懸浮物的沉渣量第11頁/共42頁第十一頁，共42頁。 （3 3）投加方式投加石灰有干法和濕法兩種方式。干投法設備簡單，藥劑的制備與投配容易，但反應(fnyng)(fnyng)緩慢，中和藥劑耗用量大( (約為理論用量的1.41.4.5.5倍) )。 石灰(shhu)干投法示意圖第12頁/共42頁第十二頁，共42頁。 濕法即將(jjing)生石灰在消解槽內消解為濃度4050%的乳液，排入石灰乳貯槽，并配成濃度為510%的工作液，然后投加。 第

13、13頁/共42頁第十三頁，共42頁。（1）消解槽 石灰用量1t/d：采用機械方法消解。 ？可否(k fu)用空氣攪拌第14頁/共42頁第十四頁，共42頁。 式中：Ga石灰(shhu)消耗量，t/d； r石灰(shhu)的容重，0.91.1t/m3； C石灰(shhu)乳濃度，（510）%； n每天攪拌次數。)m(rcn100GV32溶液槽：（2）石灰乳貯槽 消解后石灰乳排至貯槽，配制成510，其有效(yuxio)容積V2（m3）第15頁/共42頁第十五頁，共42頁。（3）投配系統(xtng) 溢流循環方式(fngsh)輸運到投配槽中的量大于投加量，剩余量沿溢流管流回乳貯槽，這樣可維持投配槽內液

14、面穩定不變，投加量只由孔口或閥門開度大小控制，還可以防止沉淀和堵塞。 第16頁/共42頁第十六頁，共42頁。混合反應池：應用廣泛的是帶攪拌的混合反應池。中和反應較快，廢水(fishu)與藥劑邊混合，邊中和，池中常設置隔板將其分成多室，以利混合反應，稱隔板混合反應池。反應池的容積通常按520min的停留時間設計。第17頁/共42頁第十七頁，共42頁。 投藥中和法的優點是可處理任何濃度、任何性質的酸性廢水；廢水中容許有較多的懸浮雜質，對水質、水量的波動適應性強；并且中和劑利用率高，中和過程容易調節。存在的缺點是勞動條件差，藥劑配制(pizh)及投加設備較多，基建投資大，泥渣多且脫水難。 （4）特點

15、(tdin)第18頁/共42頁第十八頁，共42頁。3.3.過濾過濾(gul)(gul)中和法中和法 酸性廢水流過堿性濾料形成的濾床時，可使廢水中和，這種中和方式叫過濾中和法。 主要的堿性濾料有三種：石灰石、大理石、白云石。前兩種的主要成分是CaCO3，后一種的主要成分是CaCO3MgCO3。處理特點：操作簡便、運行費用低、勞動條件好、沉渣少，只有廢水體積(tj)的0.1%；缺點是進入酸的濃度受到限制，若是HCl、HNO3濃度20g/L；若是H2SO4濃度=1m，長度約為直徑(zhjng)的67倍。滾筒轉速約每分鐘10轉。濾料的粒徑較大(達十幾毫米)，裝料體積約占轉筒體積的一半；優點：進水的硫酸

16、濃度可以(ky)很大，濾料粒徑卻不必破碎得很小。缺點：負荷率低、構造復雜、動力費高、噪音大，同時對設備材料的耐蝕性能要求高。第24頁/共42頁第二十四頁，共42頁。 （1）酸性廢水與堿性廢水的中和處理-在同時存在酸性廢水和堿性廢水的情況下，可以以廢治廢，互相中和。 中和時，若堿性不足，應補充藥劑；若堿量過剩，則應補充酸中和堿。 廢水的水量和濃度均難于保持穩定，故應設置均和池及混和反應池(中和池)。如果混合水需要水泵提升，或者有相當長的出水溝管可資利用，也可不設混合反應池。（2）利用堿性廢渣中和酸性廢水例如，軟水站石灰軟化法的廢渣中含有大量CaCO3、鍋爐灰中含有220的CaO，利用它們(t m

17、en)處理酸性廢水，均能獲得一定的中和效果。 4 4 利用堿性利用堿性(jin xn)(jin xn)廢水和廢渣的中和法廢水和廢渣的中和法第25頁/共42頁第二十五頁，共42頁。5 利用天然(tinrn)水體及土境中堿度的中和法 天然水體及土壤中的重碳酸鹽可用來中和酸性廢水，如：天然水體及土壤中的重碳酸鹽可用來中和酸性廢水，如： Ca(HCO3)2+H2SO4CaSO4+2H2O+2CO2 利用土壤及天然水體中和酸性廢水，必須持慎重態度。允許排入利用土壤及天然水體中和酸性廢水，必須持慎重態度。允許排入水體的酸性廢水量，應根據水體的中和能力來確定。水體的酸性廢水量，應根據水體的中和能力來確定。在

18、天然水體的在天然水體的pH值為值為7左右時，左右時，CO32-的量可忽略，只考慮的量可忽略，只考慮(kol)一級解離平衡：一級解離平衡：(5) 則水體(shu t)pH(shu t)pH值為， 由于水體允許的pH界限值為6.5，則水體中游離CO2的極限濃度H2CO3或CO2可由下式求出： 則若已知天然水體中的若已知天然水體中的HCO3，并換算成相當的，并換算成相當的CO2量量A(mgL)；游離；游離CO2含量為含量為B(mgL)。設允許水中。設允許水中重碳酸鹽用于中和酸性廢水析出的重碳酸鹽用于中和酸性廢水析出的CO2極限量為極限量為x(mgL)，則：，則： (B+x)1.047(A-x)則則于

19、是就可進一步算出尤許排入水體的酸性廢水量。 第26頁/共42頁第二十六頁，共42頁。堿性廢水來源 pH 9 1.印染廢水主要來自印染加工的各道工序，包括退漿廢水，煮練廢水，漂白廢水，絲光廢水， 染色廢水，印花廢水，整理(zhngl)廢水，其特征P23,表2-1.2.造紙廢水造紙工業用水多，消耗一定量的堿、硫化物、氯化物等化學藥品，污染嚴重的輕工業造紙廢水特點：耗氧量高，懸浮顆粒物高，含有毒物，堿性高，廢水量大。 2.3 2.3 堿性廢水堿性廢水(fishu)(fishu)中和處理中和處理堿性廢水(fishu)的成分：苛性鈉、碳酸鈉、硫化鈉及胺類等。 第27頁/共42頁第二十七頁，共42頁。（1

20、）蒸煮廢液原料+堿液 蒸煮 洗漿 紙漿 殘液：蒸煮廢液（黑液）（2）洗漿篩選廢水洗漿帶走的黑液約為總黑液20%左右，仍是黑色留在洗滌、篩選工段(gngdun)廢水中。（3）漂白廢水特點：pH：6.57.5，氯化物多 pH: 10.9；SS: 5.5g/L；BOD5: 19000mg/L；揮發性固形物：38.5g/L；溶解性固形物：52.5g/L；COD: 45500mg/L；SS:2500mg/L第28頁/共42頁第二十八頁，共42頁。堿性廢水處理1.酸性廢水與堿性廢水的中和處理在同時存在酸性廢水和堿性廢水的情況下，可以以廢治廢，互相中和。 2.藥劑中和法常用(chn yn)硫酸、鹽酸及壓縮C

21、O2。流程和投藥中和酸性廢水相同。其中工業硫酸價格較低，應用較多，當硫酸用量 10 kg/h，可直接用濃硫酸。第29頁/共42頁第二十九頁，共42頁。3 3 煙道氣中和法煙道氣中和法裝置裝置: :噴林塔噴林塔用用CO2CO2氣體中和堿性廢水時，為使氣液充分氣體中和堿性廢水時，為使氣液充分接觸反應，常采用逆流接觸的反應塔接觸反應，常采用逆流接觸的反應塔(CO2(CO2氣氣體從塔底吹入，以微小氣泡上升；而廢水從體從塔底吹入，以微小氣泡上升；而廢水從塔頂噴淋而下塔頂噴淋而下) )。用。用CO2CO2做中和劑的優點在于：做中和劑的優點在于：由于由于pHpH值不會低于值不會低于6 6左右，因此不需要左右

22、，因此不需要pHpH值值控制裝置。控制裝置。 煙道氣中含有高達煙道氣中含有高達2424的的CO2CO2，有時還含有，有時還含有少量少量SO2SO2及及H2SH2S，故可用來中和堿性廢水，其，故可用來中和堿性廢水，其中和產物中和產物Na2CO3Na2CO3、 Na2SO4 Na2SO4、Na2SNa2S均為弱酸均為弱酸強堿鹽，具有一定強堿鹽，具有一定(ydng)(ydng)的堿性，因此酸的堿性，因此酸性物質必須超量供應。性物質必須超量供應。優點優點: :處理效果良好，除塵，以廢治廢處理效果良好，除塵，以廢治廢缺點缺點: :處理后的水色度處理后的水色度, ,好氧量好氧量, ,硫話物都有硫話物都有增

23、加增加. .第30頁/共42頁第三十頁，共42頁。實例實例(shl)1(shl)1：印染廢水處理：印染廢水處理（1）酸堿廢水互相中和不用投藥、設備簡單、管理方便、成本低廉（2）加酸中和法常用工業硫酸和鹽酸，當硫酸用量超過10kg/h時，可采用濃硫酸直接投配；當硫酸用量較少時，先在調配(diopi)槽內把硫酸稀釋成5%10%濃度后再投用。（3）煙道氣中和法第31頁/共42頁第三十一頁，共42頁。實例實例(shl)2(shl)2：造紙廢水處理：造紙廢水處理（1）黑液蒸發預處理a.黑液氧化b.除硫、除塵等（2）黑液蒸發濃縮（3）干燥、燃燒(rnsho)過程（4）綠液苛化和石灰回收 黑液回收(hush

24、u)主要指堿、石灰和熱能的回收(hushu)，其中堿回收(hushu)，仍以燃燒法為主，其流程如下：第32頁/共42頁第三十二頁，共42頁。2.4 pH調節(tioji)法在重金屬廢水處理中的應用為了某種需要，將廢水(fishu)的pH值調整到某一特定值(范圍)，這種處理操作叫pH調節。若將pH值由中性或酸性調至堿性，稱為堿化；若將pH值由中性或堿性調至酸性，稱為酸化。中和沉淀法又稱氫氧化物沉淀法，當堿加入含重金屬廢水中時 其中的金屬陽離子以氫氧化物或鹽的形態沉淀析出(xch) 。廢水來源及處理方法來源:除汞以外的其他重金屬廢水主要來源于礦山、廢石場、造礦廠排水、有色金屬冶煉廠除塵廢水、有色金

25、屬加工廠及鋼鐵工業的酸洗廢水、電鍍廠鍍件的洗滌水。處理方法：氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、氧化還原法、離子交換法和鐵氧體法。第33頁/共42頁第三十三頁，共42頁。氫氧化物(qn yn hu w)沉淀法原理氫氧化物沉淀法是基于重金屬離子(lz)在一定的pH條件下，生成難溶于水的氫氧化物沉淀而得到分離。除少數堿金屬外，大多數金屬的氫氧化物都屬難溶化合物。其典型的沉淀反應為： （1）相應的金屬氫氧化物的溶度積為： （2）又從水的離解平衡知： （3）于是可以得到金屬氫氧化物的如下關系： （4）式中Ksp金屬氫氧化物的溶度積； Kw水的離子(lz)積。由上式可知，在一定溫度下，金屬氫氧化物沉淀形成的p

26、H值由該金屬離子(lz)的價態及其氫氧化物的溶度積決定。若規定 1molL時為開始沉淀， 105molL時為沉淀完全，則由上式可求出相應于金屬氫氧化物開始沉淀和沉淀完全的pH值。第34頁/共42頁第三十四頁，共42頁。2022-6-29金屬氫氧化物金屬氫氧化物(qn yn hu w)(qn yn hu w)的溶解度與的溶解度與pHpH值的關系圖值的關系圖 根據（4）式，以pH值為橫坐標，以lgMn+為縱坐標，繪出金屬(jnsh)離子的飽和濃度與pH值的關系圖 pHFe3+Al3+Cu2Zn2AgCa2-lgMn+Cd20 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0 1 2 3

27、4 5 6 7 8Mg2根據(gnj)關系圖，可方便地確定金屬離子沉淀的條件。第35頁/共42頁第三十五頁，共42頁。2022-6-29以Cu2+為例，若Cu2+0.1molL，則由圖上查出，使氫氧化銅開始沉淀出來的pH值應為5.1；若欲使溶液殘余(cny)Cu2+濃度達10-5 molL，則沉淀終了的pH值應為7.0。pHFe3+Al3+Cu2Zn2AgCa2-lgMn+Cd20 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130 1 2 3 4 5 6 7 8Mg2第36頁/共42頁第三十六頁，共42頁。在實際廢水處理中，共存離子體系十分復雜，影響氫氧化物沉淀的因素很多，必須控制pH值，使其保持在最優沉淀區域內。對于具體廢水，最好通過試驗確定pH。用氫氧化物沉淀法分離廢水中的重金屬時，廢水的pH是操作控制的一個重要條件。對于一些兩性氫氧化物（如Zn 、Al、 Pb、 Cr、 Sn等的氫氧化物）的飽和溶液中，不僅存在游離態的金屬離子，也存在配位數不同的各種羥基絡合物，它們都將參與沉淀溶解(rngji)平衡，它們在溶液中的數量和比例也直接同pH值有關，應該根據各種