水的软化上

工业给水处理(软化除盐)第一章前言一、水中杂质的来源二、水中杂质的分类三、工业用水处理对象水中常见的溶解物四、工业用水水质标准一、水中杂质的来源:吸收大气中可溶物（CO2、O2、H2S）及不可溶物（尘埃、工业污染物）地表：泥砂、腐殖质、有机物且溶解地壳表面的普通化合物地下：含CO2的雨水遇地层中CaCO3、MgCO3生成Ca2+、Mg2+；再加上地层中易溶的Na盐K盐、氯化物等造成海水的高含盐量二、水中杂质的分类：水中杂质按粒径分为三类：1µm——100µm悬浮质用沉淀方法（上浮、下沉）即可去除1nm——1µm胶体（粘土、腐殖质）胶体可以稳定存在，必须加药，使胶体脱稳，混凝沉淀后去除1nm以下溶解物溶解于水，给生活、生产带来不便，是工业水处理的对象（Fe2+可导致高血压病，并可染色；Fˉ使牙变黄；Ca2+、Mg2+给洗衣带来不便，并使锅炉生垢从而造成燃料的浪费和锅炉爆炸；放射性元素则对人体有害）三、工业用水处理对象水中常见的溶解物：HCO3ˉClˉSO42ˉSiO32ˉCa2+,Mg2+√√√Na+,K+√√√√Fe2+,Mn2+√四、工业用水水质标准工业用水种类繁多，水质要求各不相同食品、酿造、饮料原料用水：高于生活饮用水标准纺织、造纸：水质清澈，对产生斑点的物质控制锅炉补给水：对产生腐蚀、结垢等的物质控制（与锅炉压力有关系）电子工业：高纯水循环冷却水：水温低，无悬浮物、藻类、微生物，对产生腐蚀、结垢等的物质控制第二章水的软化2—1软化的目的与方法:目的、基本概念、硬度分类、方法2—2水的药剂软化法:石灰法、石灰石膏法、石灰苏打法2—3离子交换法基本原理:交换剂、树脂、平衡、速度、操作2—4离子交换软化方法与系统:固定床、固定床的改进、连续床、除碱软化、再生附属设备、除二氧化碳器§2—1软化的目的与方法概述一、软化的目的二、基本概念三、硬度的分类四、软化的方法一、软化的目的：1，软化定义：去除水中部分或全部硬度的过程称为水的软化。2，目的：（1）避免锅炉水由于硬度而生垢浪费燃料、烧损部件、爆炸（2）避免Ca2+、Mg2+对工业冷却设备正常运行的影响传热系数低、导热性能差（3）避免影响造纸、纺织等行业产品质量消除不良影响，满足生活和工业用水的要求！中心目的二、基本概念1，硬度：水中Ca2+、Mg2+离子的总浓度或总含量。2，硬度单位：（1）国内：meq/L（2）国外：德国度:1°d=10mg/LCaO美、日:1度=1mg/LCaCO3换算关系：1meq/L=2.8°d=50mg/LCaCO3（3）法定计量单位：mol/L或mmol/L3，当量粒子：(X/Z)Z:离子所带电荷数；X：基本单元用当量离子作基本单元时，eq=mol,在水质分析中较方便4，摩尔浓度：CB=nB/V=mB/(MBV);mB=MBnB=MBCBV(P392)5，水中假想化合物：对水加热时，水中阴阳离子便按一定规律以化合物的形式先后析出，根据这一现象，把水中有关离子假想的结合起来，写成化合物的形式。•水中离子的假想组合(P393图21—1)：1，水中阴阳离子当量浓度总和相等；2，表明水中各离子的组合情况及化合物含量大小。要点：Ca2+(2.0)Mg2+(1.5)Na+(2.5)（K+）HCO3-(3.0)SO42-(1.5)Cl-(1.5)Ca(HCO3)2(2.0)Mg(HCO3)2(1.0)MgSO4(0.5)Na2SO4(1.0)NaCl(1.5)注:括号内数字表示浓度,以meq/L计。三、硬度的分类：硬水中常见的离子：Ca2+、Mg2+、HCO3ˉ、Clˉ、SO42ˉ总硬度（Ht）：水中钙、镁离子的总含量或总浓度。暂时硬度（Hc）：碳酸盐硬度（煮沸时可析出）永久硬度（Hn）：非碳酸盐硬度（煮沸时不可析出）钙硬度（HCa）：镁硬度（HMg）：关系：Ht=Hc+Hn=HCa+HMg暂时硬度加热分解：Mg(HCO3)2→Mg(OH)2↓+2CO2↑Ca(HCO3)2→CaCO3↓+H2O+CO2↑四、软化方法：1，药剂软化法（沉淀软化法）：基于溶度积原理，加入某些药剂，把水中钙、镁离子转变成难溶化合物使之沉淀析出。CaCO3→Ca2++CO32-（向水中加CO32-）当Ksp[Ca2+][CO32-]时反应向右进行实质：向水中投加药剂，在水中直接或间接地取得CO32-、OH-与水中Ca2+、Mg2+形成难溶盐过程：水中离子（加药）→固体→固液分离四、软化方法：2，离子交换法：利用某些离子交换剂所具有的阳离子（H+、Na+）与水中Ca2+、Mg2+进行交换反应达到软化的目的或利用固体电解质中可交换离子（H+、Na+）置换水中溶解离子（Ca2+、Mg2+）的方法。离子交换剂（树脂）：包括惰性骨架（固定部分）和活性基团（可交换部分）四、软化方法：3，掩蔽剂法：利用络合物的掩蔽性去除水中硬度或利用络合物的掩蔽性使络合物中的离子失去原离子反应性的方法。（并不一定真正去除）四、软化方法：4，膜法：基于电渗析原理，利用离子交换膜的选择透过性，在外加直流电场的作用下通过离子的迁移，在进行水的局部除盐的同时达到软化的目的。练习题：根据水质分析，Ca2+、Mg2+含量分别为48.8mg/L和48.6mg/L，用各种表达方法(摩尔浓度、当量浓度、德国度、mgCaCO3/L)表示其硬度。硬度和碱度的关系（碱度以A表示）HcHn负硬度HtAAHt-A0HtAHt0A-HtHt=AHt(A)00水处理中常见难溶化合物的溶度积（25℃）化合物CaCO3CaSO4Ca(OH)2MgCO3Mg(OH)2溶度积4.8×10-92.5×10-53.1×10-51.0×10-55.0×10-12§2-2水的药剂软化法一、概述：（定义；工艺组成）二、石灰软化法：（石灰生产过程、原理；特点；适用条件；石灰用量计算）三、其他软化法：（石灰–苏打法；石灰–石膏法）一、概述1.定义：基于溶度积原理，加入某些药剂，把水中钙、镁离子转变成难溶化合物使之沉淀析出。A、原理：溶度积原理B、药剂：石灰、苏打、石膏C、CaCO3、Mg(OH)2溶度积最小二、石灰软化法：2，工艺组成：原水（加药）→混合→反应→沉淀→过滤→消毒2、原理：主要利用了加入的OH-和水中原有的HCO3-（1）分析：A、HtAHt=HcCa(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3↓+2H2OMg(HCO3)2+2Ca(OH)2=2CaCO3↓+Mg(OH)2↓+2H2OHT全部去除。1、石灰的生产过程：石灰石煅烧消化熟石灰生石灰B、HtAHt=Hc+HnHc有以上反应，而Hn有：MgSO4+Ca(OH)2=CaSO4+Mg(OH)2↓CaCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Ca(OH)2MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2↓产生了等当量的钙硬度。C、A=0Ht=Hn无软化效果。反应过程：CO2+Ca(OH)2→CaCO3↓+H2OCa(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3↓+2H2OMg(HCO3)2+Ca(OH)2=CaCO3↓+MgCO3+2H2OMgCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+Mg(OH)2↓由上式可以看出：(A),去除1摩尔Ca(HCO3)2需1摩尔Ca(OH)2，去除1摩尔Mg(HCO3)2需2摩尔Ca(OH)2。(B),熟石灰最易与水中游离CO2反应，而水中存在下列平衡：2HCO3-≒CO2+CO32-+H2O(a)CO32-+Ca2+≒CaCO3(b)当Ca(OH)2首先与CO2反应后，(a)向右进行导致(b)向右进行，使CaCO3析出，为软化创造了条件。4、适用条件：（1）Hc占大部分的源水;(2)预处理——钠离子交换5、石灰用量的计算：通过实验确定：以石灰投量（ρmgCaO/L）为横坐标，以水中残留硬度（H）为纵坐标，根据实验数据绘曲线，得出最佳石灰投量。最准确3、特点：只能除Hc，不能除Hn除1摩尔钙离子Hc需1摩尔熟石灰；除1摩尔镁离子的Hc需2摩尔熟石灰可以去除碱度可去除水中部分铁和硅的化合物石灰软化与混凝处理同时进行，可产生共沉效果，混凝剂常用铁盐余硬：Hn+0.25~0.5mmol/L(溶度积及CaO过剩量)含盐量降低（沉淀）经济费用低B、HCaHC水中HC以Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2形式出现ρ（CaO）=56[c(CO2)+c(Ca(HCO3)2)+2c(Mg(HCO3)2)+c(Fe2+)+K+α],(mg/L)或：ρ（CaO）=28（2HC-HCa+[CO2]+[Fe2+]+K+α）（g/T）（2）理论计算：A、HCaHC水中HC仅以Ca(HCO3)2形式出现ρ（CaO）=56[c(CO2)+c(Ca(HCO3)2)+c(Fe2+)+K+α],(mg/L)c(CO2)——源水中游离二氧化碳浓度浓mmol/Lc(Ca(HCO3)2)——源水中Ca(HCO3)2浓度mmol/Lc(Fe2+)——源水中Fe2+浓度mmol/LK——混凝剂投量mmol/Lα——CaO过剩量0.1~0.2mmol/L[CaO]=[CO2]+[Ca(HCO3)2]+[Fe2+]+K+α,(meq/L)[CO2]——源水中游离二氧化碳浓度浓meq/L[Ca(HCO3)2]——源水中Ca(HCO3)2浓度meq/L[Fe2+]——源水中Fe2+浓度meq/LK——混凝剂投量meq/Lα——CaO过剩量0.02~0.04meq/LMgSO4+Na2CO3→MgCO3+Na2SO4MgCl2+Na2CO3→MgCO3+2NaClMgCO3+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCO3↓（1）适用条件：适用于硬度大于碱度的水。（2）石灰用量的计算：三、其他药剂软化法：1.石灰—苏打法：（1）背景：石灰软化不能去除永久硬度，研究发现苏打能去除永久硬度，因此，向水中同时投加石灰和苏打，就能去除全部硬度。软化水的剩余硬度可降低至0.15~0.2mmol/L。（2）实质：向水中补充碳酸根离子（3）原理：暂时硬度用石灰去除，反应与石灰法相同，Hn的去除（与苏打反应）原理如下：CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaClA、HCaHCCa2+Mg2+Na+HCO3-SO42-Cl-CaO=28([CO2]+HcCa+HnMg+K+α)(g/T)B、HCaHCCa2+Mg2+Na+HCO3-SO42-Cl-CaO=28([CO2]+Hc+HMg+K+α)(g/T)苏打用量：NaCO3=(Hn+K+β)×53(g/T)β——苏打剩余量。一般取1.0-1.5meq/L1，石灰—石膏软化：（1）适用条件：碱度大于硬度的水（2）目的：去除硬度的同时去除碱度（3）反应原理：（石膏也可用CaCl2代替）2NaHCO3+CaSO4+Ca(OH)2→2CaCO3↓+Na2SO4+H2O练习题：原水中Ca2+浓度1.8meq/L，Mg2+浓度0.8meq/L，HCO3-浓度2.3meq/L，Fe2+浓度1.5meq/L，CO2浓度0.24meq/L。用石灰法对原水进行软化，混凝剂投量为0.3meq/L，试求石灰用量（以gCaO/（T原水）计）。§2-3离子交换法基本原理交换剂和离子交换离子交换树脂离子交换树脂的性能离子交换平衡离子交换速度离子交换过程一、交换剂和离子交换工业最初使用的天然的交换剂沸石粘土其缺点：交换容量小，而且用量多，管理不变。后来发现了人工合成交换剂（磺化煤－树脂）下面介绍树脂的制作过程，构造，分类及性能。二、离子交换树脂1、生产过程:我们先简单介绍一下离子交换树脂的生产方法与过程，将有助于了解其构造和性质。其生产方法有两种：1、先合成母体，在引入活性基团。2、先合成含有活性基团的单体，在聚合一般常用第一种方法。3、分类1）按电性分阳离子交换树脂，可解离部分阳离子(H+或金属离子)阴离子交换树脂，可解离部分阴离子（OH－或酸根）2）按活性基团的解离常