水的软化方法

水的软化几种方法通常对硬度高、碱度高的水采用石灰软化法；对硬度高、碱度低的水采用石灰-纯碱软化法；而对硬度低、碱度高的负硬水则采用石灰-石膏处理法。1.石灰软化法为避免投加生石灰（CaO）产生的灰尘污染，通常先将生石灰制成消石灰Ca(OH)2（即熟石灰）使用，其反应如下CaO+H2O====Ca(OH)2消石灰投入高硬水中，会产生下列反应Ca(OH)2+CO2====CaCO3+H2OCa(OH)2+Ca(HCO3)2====2CaCO3+2H2O2Ca(OH)2+Mg(HCO3)2====2CaCO3+Mg(OH)2+2H2O形成的CaCO3和Mg(OH)2都是难溶化合物，可从水中沉淀析出。但水中的永硬和负硬却不能用石灰处理的方法除去，因为镁的永硬与负硬和消石灰会产生下列反应MgSO4+Ca(OH)2====Mg(OH)2+CaSO4MgCl2+Ca(OH)2====Mg(OH)2+CaCl2NaHCO3+Ca(OH)2====CaCO3+NaOH+H2O由反应式可看出，镁的永硬全部转化为等量的溶解度很大的钙的永硬，而负硬则转化为等量的氢氧化钠、碱度，所以水中的碱度没有除去。石灰加入量可按下式估算[CaO]=28/Z1{[CO2]+[Ca(HCO3)2]+2[Mg(HCO3)2+B]}式中[CaO]——需投加的工业石灰量，mg/L；[CO2]——原水中CO2的浓度（1/2CO2计），mmol/L;[Ca(HCO3)2]——原水中Ca(HCO3)2的浓度[1/2Ca(HCO3)2计]，mmol/L[Mg(HCO3)2]——原水中Mg(HCO3)2的浓度[1/2Mg(HCO3)2计]mmol/L；Z1——工业石灰纯度，%；28——1/2CaO的摩尔质量，g/mol；B——石灰过剩量（1/2CaO计），mmol/L(一般为0.2—0.4mmol/L)。2．石灰-纯碱软化法石灰软化法只适用于暂硬高、永硬低的水质处理。对硬度高碱度低即永硬高的水，可采用石灰-纯碱软化法，即加石灰的同时再投加适量的纯碱（NaCO3又称苏打）。其反应如下CaSO4+Na2CO3====CaCO3+Na2SO4CaC12+Na2CO3====CaCO3+2NaC1MgSO4+Na2CO3====MgCO3+Na2SO4MgC12+Na2CO3====MgCO3+2Na2C1MgCO3+Ca(OH)2====CaCO3+Mg(OH)2经石灰-纯碱软化后的水，其硬度可降为0.15-0.2mmol/L。此外，永硬也可以直接用离离子交换法除去。石灰-纯碱加入量可按下列计算式估算。（1）石灰用量估算[CaO]=28/Z1{[CO2]+M总+HMg+B}mg/L（2）纯碱用量估算[Na2C03]=53/Z2(H永+B)mg/L式中M总——原水总碱度（H+计），mmol/L;HMg——原水镁硬度（1/2Mg+计），mmol/L；[Na2C03]——纯碱投加量，mg/L;H永——原水永硬（1/2Ca2++1/2Mg+计），mmol/L；B——纯碱过剩量[1/2Na2C03计]，mmo1/L(一般取1.0-1.4mmol/L)；53——1/2Na2C03的摩尔质量，g/mol;Z2——工业纯碱的纯度，%。其他符号同前。3．石灰-石膏处理法对于高碱度的负硬水，即水中总碱度大于总硬度的水，此时水中多余的总碱度常以Na2HC03或KHCO3形式存在，对这些多余的碱度常以石灰-石膏处理法除去，因为2Na2HC03+CaSO4+Ca(OH)2====2CaCO3+Na2SO4+2H2O2KHCO3+CaSO4+Ca(OH)2====2CaCO3+K2SO4+2H2O(二)软化的设备石灰软化设备包括制备消石灰的设备、投加消石灰与原水充分混合的设备，以及生成的碳酸钙、氢氧化镁等沉淀物的沉淀和过滤分离设备。图2-20、图2-21和图2-22为一般常见的石灰软化系统的流程图。六、除氯原水经过混凝、沉淀、澄清、过滤后，即可作为工业用水使用。如果作为饮用水，还必须进行消毒处理，以防止疾病传播。通常在水中通入氯气作为杀死细菌等微生物的消毒方法。氯气通入水中后，极易溶于水，产生下列反应C12+H2O====HC1+HOC1次氯酸还会进一步电离，生成次氯酸根HOC1====H++OC1-氯气在水中生成的HOC1和OC1-对细菌等微生物有极强的杀灭作用。但在起杀生作用前，由于水中溶有各种有机物等杂质，这些杂质会首先与C12反应，耗去溶入水中的C12，只有满足这些耗氯需要后，才会有多余的C12来杀灭细菌，这部分氯称为余氯。为维持杀灭细菌的效果，管网水中始终要保持余氯量的在0.5-1mg/L,在管网末端也要保持0.05-0.1mg/L的余氯。当采用经过消毒处理的自来水作锅炉给水时，必须除去自来水中的余氯。因为余氯的存在会破坏离子交换树脂的结构，使其强度变差，容易破碎。特别是在靠近自来水厂附近时，水中余氯最较高，更需注意除氯。目前常用的除氯方法有活性炭脱氯法和添加化学药剂除氯法。（一）活性炭脱氯法活性炭由木炭、沥青炭和果壳、果核、动物骨头等经高温焙烧和活化制成。活性炭中有很多毛细孔相互连通，因此，比表面积极大。据测试，1克活性炭有500-1000m2的表面积，图2-23为活性炭内部气孔分布情况。过滤用活性炭是颗粒状的，粒径一般为1-4mm。这些微孔可以起吸附作用。活性炭脱氯不完全是由于物理吸附作用，它还有催化作用，使余氯进一步转化成碳的化合物，其反应机理为C12+H2O====HC1+HOClHOCl====HCl+[O]（活性炭）C+[O]====CO#C+2[O]====CO2#因此，活性炭在整个吸附脱氯过程中不存在吸附饱和问题，只是损失少量的炭。所以活性炭脱氯可以运行相当长的时间。例如用19.6m3的活性炭粒料作滤料，处理余氯量为4mg/L的自来水时，可连续处理265万m3，使其余氯量小于0.01mg/L。在相同条件下，处理余氯量为2mg/L的自来水时，可使用6年之久。活性炭除能脱氯外，还能除去水中臭味、色度、有机物以及残留的浊度。因此，活性炭使用一定时期后，仍会丧失其吸附能力，需要再生。再生方法较多，有的将失效活性炭在500-10000C高温条件下焙烧，将吸附的有机物分解和挥发；也可用高压蒸汽吹洗或用CaOH、NaCl等溶液再生清洗，将吸附的杂质解吸下来；也可用有机溶剂萃取。但这些再生方法的经济效益尚有待定论，因此，有些地方对失效活性炭弃之不用，换用新的。活性炭脱氯的设备常使用压力过滤器。即在过滤器中以粒状活性炭作滤料，其他功能与前述压力过滤器相似。（二）化学药剂脱氯法化学药剂脱氯法是利用投加还原性药剂如二氧化硫和亚硫酸钠等，将余氯还原。其反应分别为：SO2+HOC1+H2O====3H-+C1-+SO42-Na2SO3+HOC1====Na2SO4+HC1二氧化硫脱氯效果好，但水的pH值会因反应中生成强酸而下降；而亚硫酸钠法要好一些。后者比较简单，操作方便，同时亚硫酸钠还可以与水中的溶解氧作用，达到除氧的目的。硬水的软化方法水的硬度是由什么引起的：水的硬度是由碳酸氢钙或碳酸氢镁引起的，这种硬度叫作暂时硬度。这种水经过煮沸以后，水里所含的碳酸氢钙就分解成不溶于水的碳酸钙，水里所含的碳酸氢镁就生成难溶于水的碳酸镁沉淀。这些沉淀物析出，水的硬度就可以降低，从而使硬度较高的水得到软化。水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物引起的，这种硬度就叫作永久硬度。永久硬度不能用加热的方法软化。天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度，因此，一般所说水的硬度是指上述两种硬度的总和。所谓硬水是指水中所溶的矿物质成分多，尤其是钙和镁。硬水并不对健康造成直接危害，但是会给生活带来很多麻烦，比如用水器具上结水垢、肥皂和清洁剂的洗涤效率减低等。水是一种很好的溶剂，能有效去除污物杂质。纯水--无色、无味、无臭，被称作是通用溶剂。当水和二氧化碳结合生成微量的碳酸时，水的溶解效果更好。当水流过土地和岩石时，它会溶解少量的矿物质成分，钙和镁就是其中最常见的两种成分，也就是它们使水质变硬。水中含钙、镁等矿物质成分越多，水的硬度越大。在英国一般用以下指数表示水硬度：硬度范围软轻硬度中硬度高硬度超强硬度所溶矿物质（毫克/升水）0-17.117.1-6060-120120–180180&以上所谓硬水，就是含有大量钙盐和镁盐离子的水。这种水在家庭使用时，不能使肥皂产生泡沫，还会在所洗涤的衣物上沉淀一层水垢；在烧开水时会在壶底和热水瓶底部渐渐地结上一层坚硬的白色水垢。如果这种硬水使用在锅炉或蒸汽机车上，会在锅炉底部和管道壁上形成一层硫酸钙或二氧化硅的“硬垢”，或一层碳酸钙的软垢，因而使管壁过热变形，导致锅炉和管道发生爆炸的危险。这是很令人讨厌和十分可怕的。当然，水中的铁盐和锰盐离子也是使水变硬的原因之一。含有此离子的水会把肥皂沉淀出来的水垢在织物上产生锈斑，若再漂白却使污斑变得更糟。这种水用来泡茶时，茶水面上会显出一层“水皮”，且茶的清香味儿也不翼而飞。水中的镁的硬度会使水带有腐蚀性和明显的酸性，还会有一种会刺激眼睛的金属味。镁盐是一种轻泻剂。但是镁离子仅仅使人讨厌，而不会威胁人的健康。尽管一定硬度的水，能降低金属的毒性及心血管病的发生率，但是，居民饮用的水还需进行软化处理，以免让硬水带来不良后果。硬水变为软水，最简单的办法是在盛水的容器中加入足量的熟石灰(即是氢氧化钙)，水中的镁盐以氢氧化镁的形式沉淀出来，然后再加入足量的苏打(不纯的碳酸钠)，使所有的钙以碳酸钙(包括已加入的熟石灰)的形式沉淀出来。经过两次处理的混合沉淀物便慢慢地沉淀到容器的底部(容器的底部最好呈圆锥形状，以便清除沉淀物)。这样，容器上部则是清洁的饮水了。实际上，用石灰和苏打处理水并不能使水净化，只是把水中的钙离子和镁离子换成了钠离子。因此，对这种处理后的水，应加入一点稀硫酸，使水的PH值为6.5左右，促其稳定。硬水的软化1．沉淀法：用石灰、纯碱处理，使水中Ca2+、Mg2+生成沉淀析出，过滤后即得软水，其中的锰、铁等离子也可除去。2．软水剂（1）Na3PO4：3CaSO4+2Na3PO4→Ca3(PO)4↓+3Na2SO4（2）六偏磷酸钠：Na4[Na2(P03)6]+Ca2+→Na4[Ca(P03)6]+2Na+（3）胺的醋酸衍生物（EDTA）：与Ca2+、Fe2+、Cu2+等离子生成螯合物3.离子交换法：（1）原理：用无机or有机物组成一混合凝胶，形成交换剂核，四周包围两层不同电荷的双电层，水通过后可发生离子交换。阳离子交换剂：含H+、Na+固体与Ca+、、、、、、、、Mg2+离子交换阴离子交换剂：含碱性基因，能与水中阴离子交换（2）常用交换剂：a.泡沸石：水化硅酸钠铝Na2O·Z+Ca(HCO3)→CaO·Z+2NaHCO3Na2O·Z+CaSO4→CaO·Z+Na2SO4b.磺化煤：2Na(K)+CaSO4→Ca(K)2+NaSO42H(K)+CaSO4→Ca(K)2+NaSO4c.离子交换树脂4．电渗析法：用直流电源作动力，使水中的离子选择性地透过树脂交换膜而获得软水。5．磁化法：使水流过一个磁场，钙、镁盐类分子间引力减小，不易产生坚硬水垢