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第二十一章水的软化21.1软化的目的和方法概述软化的必要性硬度的定义硬度的表示方法–碳酸盐硬度（暂时硬度）–非碳酸盐硬度（永久硬度）–1meq/l=2.8德国度（1度=10mgCaO/l）=50mgCaCO3/l21.1软化的目的和方法概述软化处理的几种常用方法–基于溶度积原理–基于离子交换原理交换剂上的离子和水中离子进行“等当量”的交换。–基于电渗析原理21.2水的药剂软化法石灰软化–缺点：单纯的石灰软化只能降低水的碳酸盐硬度和碱度过量投加反而会增加硬度–适用于碳酸盐硬度高、非碳酸盐硬度低且不要求深度软化的场合21.2水的药剂软化法石灰-苏打软化–石灰降低碳酸盐硬度–苏打（Na2CO3）降低非碳酸盐硬度21.3离子交换基本原理应用–给水处理硬水软化、脱盐纯水、高纯水的制备–废水处理金属离子：Zn2+、Cu2+、Cr6+、Cr3+–工业生产产品的提纯21.3离子交换基本原理特点–去除率高，净化效果好–可做到污染物的回收利用–对来水的预处理要求较高–树脂再生液需要进一步处置21.3离子交换基本原理交换树脂的分类–按结构特征凝胶型：孔隙小、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。大孔型：孔大，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。等孔型：孔大、均匀，抗有机污染能力强。–按单体种类苯乙烯系、酚醛系、丙烯酸系等–按活性基团强酸型、弱酸型、强碱型、弱碱型21.3离子交换基本原理离子交换树脂的基本性能–外观不透明或半透明球状颗粒乳白色、淡黄色或棕褐色等0.3~1.2mm21.3离子交换基本原理离子交换树脂的基本性能–交联度（交联剂质量/总量）×100%取决于制造过程7~10%为宜–含水率反映树脂网架中的孔隙率交联度越小孔隙率越大含水率越大21.3离子交换基本原理离子交换树脂的基本性能–溶胀性干树脂浸泡水中——绝对溶胀度湿树脂转型时——相对溶胀度–密度通常是指湿密度湿真密度：仅考虑树脂内的孔隙湿视密度：考虑了树脂颗粒间的空隙21.3离子交换基本原理离子交换树脂的基本性能–交换容量树脂交换能力分为全交换容量和工作交换容量–有效PH值范围树脂类型强酸性弱酸性强碱性弱碱性有效PH值范围1~145~141~120~721.3离子交换基本原理离子交换平衡–R-A++B+R-B++A+A–离子交换选择系数k大于1，说明树脂对B+的亲合力大于对A+的亲合力，有利于进行离子交换反应21.3离子交换基本原理离子交换过程树脂颗粒水膜BB(1)(2)(3)(A)(4)(5)(6)A外扩散薄膜扩散内扩散21.3离子交换基本原理离子交换速度–离子扩散过程步骤外部溶液中待交换的Ca2+向树脂颗粒表面迁移并通过树脂表面的边界水膜；待交换的Ca2+在树脂孔道里移动，直到到达某有效交换位置上；Ca2+与树脂上可交换Na+进行交换反应；被交换下来的Na+从有效交换位置上通过孔道向外面移动；Na+通过树脂表面的边界水膜进入外部的溶液中。21.3离子交换基本原理离子交换指上述五步骤全过程，其中：–1、2、4、5属离子扩散，速度较慢且受外界条件影响较大；–3属化学反应，瞬间完成；–1—5每一步都影响了离子交换的速度，其中1、5步膜扩散和第2、4步的孔道扩散有可能成为控制步骤。21.3离子交换基本原理外界条件对离子交换速度的影响：–溶液浓度（C）：浓度梯度理论：C是扩散的推动力，C大，扩散快C0.1mol/L时，VM大，孔道扩散成为控制因素，树脂再生时即为这种情况；C0.003mol/L时，VM小，膜扩散成为控制因素，交换时即为这种情况。21.3离子交换基本原理外界条件对离子交换速度的影响：–流速（V）边界水膜厚度反比于V，而孔道扩散不受V影响。–树脂粒径（d）：膜扩散过程：离子交换速度反比于d；孔道扩散过程：离子交换速度反比于d2。–交联度（DVB）DVB对孔道扩散影响大，对膜扩散影响小。21.3离子交换基本原理交换过程分析方法：–在离子交换柱中装填Na型树脂，从上而下通过含有一定浓度Ca2+的硬水。交换反应进行一段时间后，停止运行，逐层取出树脂样品，并测定其所吸附的钙离子含量，以“饱和程度”表示。–饱和程度：单位体积树脂所吸附钙、镁离子量与其全交换容量之比，以百分比表示21.3离子交换基本原理树脂层离子交换过程–交换带形成阶段：饱和程度曲线形状不断变化随即形成一定形式的曲线。–交换带推移阶段“交换带”：在某时刻正在进行交换反应的软化工作层。“交换带厚度”：可理解为处于动态的软化工作层厚。沿水流方向，以一定形式每刻都在推移。–当硬度开始泄露时，树脂层分为两部分饱和层：交换容量得到充分利用；保护层：交换容量得到部分利用，相当于交换带厚度21.3离子交换基本原理树脂层离子交换过程–“交换带厚度”的影响因素：流速：正比于V0.5~0.8[Ca2+]：硬度树脂再生程度–“交换带厚度”对树脂层的有效利用是有影响的。如原水硬度高、采用流速偏大，则交换带厚度大，降低树脂层的利用率。21.3离子交换基本原理树脂层离子交换过程–交换操作步骤软化——反洗——再生——正洗