第七章水的软化

1第七章水的软化2主要内容¾软化的目的与方法¾水的药剂软化法¾离子交换基本原理¾离子交换软化方法与系统3第一节软化的目的与方法„目的：„降低水中Ca2+、Mg2+含量；使水的硬度达到使用标准。软化可部分或全部去除水中的Ca2+、Mg2+。1、软化的目的4wHt(总硬度)：水中Ca2+、Mg2+离子的总含量。wHc：暂时硬度（碳酸盐硬度），煮沸易沉淀；wHn：永久硬度（非碳酸盐硬度），煮沸不沉淀。w10mg/LCaO为1度；w1meq/L=2.8德国度=50mg/LCaCO3；2、硬度的表示方法„1m3中含40gCa2+的五种表示方法：„10-3mol/L（1mmol/L）；40mg/L，以Ca计；„2meq/L；100mg/L，以CaCO3计；„硬度为5.6度，（德国度）；5天然水硬度分级大于181极硬度121—180硬水61—120中等硬度小于60软水以CaCO3，mg/L，分级6„∑阳=∑阴（meq/L）„存在组合关系：„一般阴、阳离子独立存在：„阳离子：Ca2+、Mg2+、Na+、K+„阴离子：HCO3-、SO42-、Cl-„水加热或蒸发时便以一定规律组合成各种化合物。„组合次序依所形成化合物溶解度大小而排列：„Ca2+、Mg2+、Na+、K+[CaCO3,Mg(OH)2]„HCO3-、SO42-、Cl-3、水中阴、阳离子的关系27„方法:„药剂软化法：基于溶度积原理；„离子交换法：利用离子交换剂的交换反应；„电渗析法；利用离子交换膜的选择透过性；4、软化的方法8第二节水的药剂软化法石灰软化可去除碳酸盐硬度不能去除非碳酸盐硬度石灰-苏打软化石灰可降低碳酸盐硬度苏打用以降低非碳酸盐硬度91、石灰软化Ca(OH)2→Ca2++2OH-2HCO3-+2OH-→CO32-+H2OCO32-+Ca2+→CaCO3↓主要降低碳酸盐硬度和碱度，不能降低水的非碳酸盐硬度CO2+Ca(OH)2→CaCO3↓+H2OCa(HCO3)2+Ca(OH)2→2CaCO3↓+2H2OMg(HCO3)2+Ca(OH)2→CaCO3↓+MgCO3+2H2OMgCO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+Mg(OH)2↓102、石灰-苏打(Na2CO3)软化适用于硬度碱度的水去除硬度去除碱度石灰降低碳酸盐硬度，苏打降低非碳酸盐硬度与Na2CO3有关的反应CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4MgSO4+Na2CO3→MgCO3+Na2SO4MgCO3+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCO3↓11第三节离子交换的原理离子交换树脂基本知识离子交换树脂主要性能离子交换平衡离子交换速度离子交换运行过程12离子交换树脂313一、离子交换树脂基本知识由空间网状结构骨架（母体），与附属在骨架上的许多活性基团所构成的不溶性高分子化合物。„活性基团遇水电离成两部分：„固定部分：仍与骨架牢固结合，不能移动；固定离子„活动部分：能与同性电荷发生交换反应；可交换离子（中和反应﹑分解反应﹑复分解反应）„离子交换树脂不溶于酸﹑碱，但具有酸碱性能。1、离子交换树脂组成与特性14一、离子交换树脂基本知识结构特征：凝胶型、大孔型、等孔型；单体种类：苯乙烯系﹑酚醛系﹑丙烯酸系；活性基团：强酸﹑强碱型；弱酸、弱碱型；R-SO3-H+→R-H2、分类15一、离子交换树脂基本知识如：凝胶型（结构）苯乙烯系（骨架）强酸性（分类）阳离子交换树脂（基本名）3、全名称结构特征单体种类活性基因16二、离子交换树脂主要性能„外观：不透明、半透明，乳白、淡黄、棕褐色球状体，树脂粒径一般为0.3～1.2mm；„交联度：交联剂占树脂重量百分数，取决于制造过程，一般7%～10%；17二、离子交换树脂主要性能„含水率：溶胀水重占湿树脂重量百分数；（与交联度﹑交换基团﹑孔隙率有关）„溶胀性：浸泡、湿树脂转型时，产生体积的变化；交联度小，溶胀性大；18二、离子交换树脂主要性能„密度：湿真密度、湿视密度；„交换容量：树脂交换能力大小分全交换容量、工作交换容量；„工作交换容量与实际运行条件（再生方式、含盐量、组成、树脂层厚度、水流速度等）有关；„一般60%～70%总交换容量。419二、离子交换树脂主要性能„有效pH值范围：由于树脂有酸碱性，pH值势必影响工作交换容量；0~71~125~141~14有效pH值范围弱碱性强碱性弱酸性强酸性树脂类型„耐热、耐磨、抗氧化性：阳树脂可耐1000C,阴树脂600C以上。20三、离子交换平衡1、交换平衡方程：„R-A++B+→R-B++A+（等价交换）„交换平衡常数：KA+B+=([R-B+]/[R-A+])/([B+]/[A+])„溶液中离子浓度：c0=[A+]+[B+]„要交换离子的初始浓度：c=[B+]„树脂中离子的浓度（全交换容量）：q0=[R-A+]+[R-B+]„树脂中B+离子的浓度：q=[R-B+]21三、离子交换平衡(q/q0)/{1-(q/q0)}=KA+B+·{(c/c0)/1-c/c0}q/q0=常数时，即表示交换达到平衡K↑→c↓→交换越好苯乙烯型阳树脂K值（交联度=8%～10%）KLiH=0.8KNaH=1.5～2.5KCaH=42KHMg=26KKNa=1.8KNaCa=212、交换平衡常数讨论：K=1线性平衡K1不利平衡K1有利平衡22交换平衡常数讨论23四、离子交换速度1、离子交换过程：„膜扩散；孔道扩散；24四、离子交换速度2、交换过程的影响因素：„溶液浓度：浓度梯度是扩散推动力„水中离子浓度0.1mol/L，孔道扩散控制；（树脂再生）„水中离子浓度0.003mol/L，膜扩散控制；（软化过程）„流速或搅拌速率：„主要影响膜扩散；（水膜厚度）„树脂粒径：愈小愈有利膜扩散和孔道扩散，但会增加阻力；„交联度：主要对孔道扩散影响；525五、离子交换运行过程1、离子交换过程：26离子交换过程图示27第四节离子交换软化方法与系统„离子交换软化方法„离子交换软化装置„离子交换过程与泄漏曲线„离子交换的附属系统28一、离子交换软化方法1）反应：2RNa+Ca2+→R2Ca+2Na+2RNa+Mg2+→R2Mg+2Na+2)特点：不能去除碱度。Ca2+,Mg2+,Na+HCO3-,SO42-,Cl-RNaNa+,HCO3-SO42-,Cl-原水软化水1、RNa离子交换软化法29一、离子交换软化方法特点：适合硬度大，碱度高的水，系统紧凑，投资省。Ca2+,Mg2+,Na+,HCO3-SO42-,Cl-RNaRHNa+,Cl-,SO42-H+,Cl-,SO42-,CO2Na+,Cl-SO42-,CO22、RH-RNa并联软化除碱法30一、离子交换软化方法„特点：„部分水经二次软化，出水水质高；„适合原水硬度高的水；„安全可靠；RH混合器除CO2器RNa软化水3、H-Na串联(部分串联)631二、离子交换软化装置„固定床：„单层；双层；混合层„连续床：„移动床（三塔、双塔、单塔）„流动床（重力式、压力式）1、分类（运行方式）：322、再生系统：顺流再生；逆流再生。„顺流再生：„构造简单，运转方便；„再生剂耗量大（2～3倍理论值），再生程度低；„出水硬度高，工作效率低；„适用水量小，硬度低场合。„逆流再生：„再生剂耗量可降低20%～40%，出水水质高；„对原水适用范围广，硬度高的水仍能保证出水水质；„工作交换容量较高，再生剂能充分利用；„再生过程复杂。33三、离子交换过程与泄漏曲线„泄漏点；交换器总交换能力；„工作交换能力（工作交换容量；）34顺流再生系统35逆流再生系统36三、离子交换过程与泄漏曲线¾P1:再生不完全部分(残留Ca2+所占百分数)；¾P2:有效交换部分(软化结束后Ca2+分布所占百分数)；¾P3:交换能力不能再利用的部分(软化结束后残余Na+分布)；¾P2:工作交换容量；¾P1+P2+P3：总交换容量；„树脂利用率；再生度；饱和度；737四、离子交换的附属系统1盐液系统：食盐储存、配制、输送；2酸液系统：储存、计量、输送、投配；3除CO2器：常用鼓风式脱气塔；38盐系统39酸系统40除二氧化碳器