水的软化和除盐

1、13 水的软化和除盐 水的软化和除盐 硬度硬度是水质的一个重要指标。生活用水与生产 用水均对硬度指标硬度指标有一定的要求，是锅炉用水中 若含有硬度盐类，会在锅炉受热面上生成水垢， 从而降低锅炉热效率、燃料消耗，甚至因金属壁 面局部过热而烧损部件、引起爆炸。 因此，对于低压锅炉，要进行水的软化处理软化处理； 对于中、高压锅炉，则要求进行水的软化与脱盐软化与脱盐 处理。 一、软化的目的与方法概述一、软化的目的与方法概述 l什么是软化？什么是软化？ l软化的目的软化的目的 l硬度的概念硬度的概念 l硬度的种类及区别硬度的种类及区别 l硬度的表示方法和单位硬度的表示方法和单位 l硬度表示方法之间的换算

2、关系硬度表示方法之间的换算关系 l硬水与软水硬水与软水 l水中离子的假想结合水中离子的假想结合 l目前水的软化处理的几种主要方法目前水的软化处理的几种主要方法 什么是软化？ 软化定义：去除水中部分或全部硬度的过程 称 为水的软化。 第一章第一章 软软 化化 软 化 目的： （1）避免锅炉水由于硬度而生垢浪费燃料、烧浪费燃料、烧 损部件、爆炸损部件、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！消除不良影响，满足生活和工业用水的要求！ 中心目的中

3、心目的 硬硬 度度 的的 概概 念念 u硬度盐类包括Ca2+、Mg2+、 Fe2+、Mn2+、 Fe3+、Al3+等易形成难溶难溶盐类盐类的金属金属阳阳离离 子子。 u 在一般天然水天然水中，主要是Ca2+和Mg2+， 其它离子含量很少，通常以水中Ca2+和 Mg2+的总含量总含量称为水的总硬度总硬度HT。 软 化 硬硬 度度 的的 种种 类类 及及 区区 别别 总硬度 非碳酸盐硬度碳酸盐硬度 碳酸盐硬度碳酸盐硬度(Hc):由于水中含有Ca(HCO3)2和 Mg(HCO3)2而形成的硬度，经煮沸后可把硬度去 掉，这种硬度称为碳酸盐硬度，亦称暂时硬度暂时硬度。 非碳酸盐硬度非碳酸盐硬度(HF):

4、由于水中含有CaSO4和MgSO4 等盐类物质而形成的硬度，经煮沸后也不能去除， 这种硬度称为非碳酸盐硬度，亦称永久硬度永久硬度。 软 化 硬硬 度度 的的 表表 示示 方方 法法 和和 单单 位位 物质的量浓度物质的量浓度（法定计量单位） mol/L或mmol/L 基本单元选用1/2Ca2+和1/2Mg2+（当量粒子） 当量浓度当量浓度（Ca2+和Mg2+的毫克当量数/体积） meq/L CaCO3的质量浓度的质量浓度（ CaCO3的质量/体积） mg CaCO3/L 德国度德国度（10mgCaO/L) d 软 化 硬度的表示方法之间的换算关系硬度的表示方法之间的换算关系 表示方法物质的量浓

5、度当量浓度CaCO3的质量浓度度 定义 c(Ca2+)= n(Ca2+)/V c(1/2Ca2+)= n(1/2Ca2+)/V Ca2+的毫克 当量数/体积 CaCO3的 质量/体积 10mg CaO/L 单位mmol/Lmmol/Lmeq/Lmg/L 德国度 （d） 换 算 关 系 c(Ca2+) mmol/L 12.02.01005.6 c(1/2Ca2+) mmol/L 0.5011502.8 meq/L0.0511502.8 mg/l (CaCO3) 0.010.020.0210.056 德国度 (d) 0.180.360.3617.91 软化 硬水与软水硬水与软水 通常根据硬度的大小

6、，把水分为硬水与软水。 软水软水：30度 软 化 水水 中中 离离 子子 的的 假假 想想 结结 合合 天然水（电中性）天然水（电中性） 阳阳 离离 子子阴阴 离离 子子 Ca2+ Mg2+ Na+ HCO3- SO42- Cl- 水加热后，溶解度变小，会按一定的规律有先有后分 别结合成某些化合物从水中沉淀析出，析出顺序如下： 软 化 水水 中中 离离 子子 的的 假假 想想 结结 合合 c(1/2Ca2+)=2.4c(1/2Mg2+)=1.2c(1/2Na+)=1.2 c(HCO3-)=1.2c(1/2SO42-)=1.8c (Cl-)=1.8 c(1/2Ca(HCO3)2) =1.2 c(

7、1/2CaSO4) =1.2 c(1/2MgSO4) =0.6 c(1/2MgCl2) =0.6 c(NaCl) =1.2 上图清晰的表明水中各种离子的假想组合情况以及 化合物含量的大小，这样，便于对水质进行分析研究。 软化 目前水的软化处理的几种主要方法目前水的软化处理的几种主要方法 药剂软化法或沉淀软化法药剂软化法或沉淀软化法 基于溶度积原理，加入某些药剂，把水中Ca2+、Mg2+转变 成难溶化合物使之沉淀析出。 离子交换软化法离子交换软化法 基于离子交换原理，利用某些离子交换剂所具有的阳离子 （Na+和H+）与水中Ca2+、Mg2+离子进行交换反应，达到软化 的目的。 电渗析法电渗析法

8、基于电渗析原理，利用离子交换膜的选择透过性，在外加 电场作用下，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。 反渗透与超滤反渗透与超滤 蒸馏法蒸馏法 其中电渗析、反渗透、超滤和蒸馏主要用于水的除盐与咸水淡 化。 软 化 加热加热 二、水二、水 的的 药药 剂剂 软软 化化 法法 溶度积原理溶度积原理 石灰软化石灰软化 石灰软化的原理 石灰软化过程 石灰软化的主要去除物 石灰用量的计算 石灰软化的效果 石灰软化的适用范围 石灰石灰-苏打软化苏打软化 石灰石灰-石膏软化石膏软化 软 化 溶溶 度度 积积 原原 理理 在一定温度一定温度下，难溶电解质（假定为AmBn）饱和饱和 溶液溶

9、液中离子的相对浓度的系数方次项的乘积，为一常 数Ksp ，称为溶度积常数溶度积常数。 Ksp=A+mB-n 溶度积规则： 当溶液中 A+mB-nKsp 有沉淀生成，沉淀完全后，溶液 呈饱和状态 A+mB-n=Ksp 无沉淀生成，溶液呈饱和状态 A+mB-nKsp 溶液不饱和，尚可溶解少量固体 软 化 溶溶 度度 积积 原原 理理 水中常见难溶化合物溶度积(25C)之间的关系 Mg(OH)2CaCO3Ca(OH)2MgCO3 碳酸盐硬度碳酸盐硬度，此时水中碳酸盐硬度仅以Ca(HCO3)2形式出 现 (13) (CaO)=56c(CO2)+c(Ca(HCO3)2+c(Fe2+)+K+, mg/L

10、钙硬度钙硬度碱度 软 化 但纯碱太贵，此法一般不用。但纯碱太贵，此法一般不用。 （1） 适用条件：适用条件：当原水的碱度大于硬度，即当原水的碱度大于硬度，即负硬度负硬度 （有碱度存在时）出现时。（有碱度存在时）出现时。 （2） 目的：去除硬度的同时去除碱度目的：去除硬度的同时去除碱度 （3） 反应原理：（石膏也可用反应原理：（石膏也可用CaCl2代替）代替） 2NaHCO3+CaSO4+Ca(OH)22CaCO3+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0.24m

11、eq/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g CaO /（T原水）计）。 石灰石灰石膏软化石膏软化 三、三、 水的除盐水的除盐 水的除盐与咸水淡化 几个基本概念：几个基本概念： 水的纯度：以水中水的纯度：以水中含盐量含盐量或或水的电阻率水的电阻率来衡量。来衡量。 电阻率：指断面电阻率：指断面1cmX1cm，长，长1cm体积的水所测得的体积的水所测得的电阻电阻， 单位为欧姆单位为欧姆 厘米（厘米（cmcm）。）。 概概 述述 水的除盐与咸水淡化 分类及处理方法：分类及处理方法： 分类别名 含盐量 mg/L 电阻率25C 106cm 所属 范畴 处理方法

12、淡化水 将高含盐量的水经过局部除盐处理 后，成为生活及生产用的淡水。 咸水 淡化 蒸馏、反 渗透、电 渗析、冷 冻 脱盐水蒸馏水150.11.0 水的 除盐 离子交换 法，可与 电渗析或 反渗透联 合用于水 的深度除 盐处理 纯水去离子水11.010 高纯水超纯水10 概概 述述 水的除盐与咸水淡化 进水水质预处理进水水质预处理是水的淡化和除盐系统的一个重要组是水的淡化和除盐系统的一个重要组 成部分，是保证处理装置安全运行的条件。成部分，是保证处理装置安全运行的条件。 为什么要预处理？为什么要预处理？ 水中杂质对膜和树脂的危害：水中杂质对膜和树脂的危害： （1）悬浮物和胶体）悬浮物和胶体 粘附

13、粘附 膜表面膜表面 堵塞堵塞 树脂微孔道树脂微孔道 脱盐率脱盐率 降低降低 （2）微生物、细菌）微生物、细菌 膜和树脂膜和树脂 表面表面生长繁殖生长繁殖 降低设备性能降低设备性能 （3）无机离子（高价离子，铁或锰）能与膜和树脂牢固）无机离子（高价离子，铁或锰）能与膜和树脂牢固 结合，并使之结合，并使之中毒中毒，降低工作性能。钙、镁离子在某些情，降低工作性能。钙、镁离子在某些情 况下能在表面况下能在表面结垢沉淀结垢沉淀，在反渗透法中应采取措施调整，在反渗透法中应采取措施调整PH 值值 （4）水中）水中游离氯游离氯能对膜进行氧化，使树脂降解。能对膜进行氧化，使树脂降解。 概概 述述 水的除盐与咸水淡化 进水水质预处理的作用？进水水质预处理的作用？ 保证处理装置安全运行。保证处理装置安全运行。 去除些什么？去除些什么？ 悬浮物、有机物、胶体物质、微生物、细菌及某些有悬浮物、有机物、胶体物质、微生物、细菌及某些有 害物质（铁、锰）害物质（铁、锰） P422 膜分离装置和离子交换起对进水水质指标的要求膜分离装置和离子交换起对进水水质指标的要求 污染指数污染指数FI：在规定压力和时间的条件下，滤膜通过一定：在规定压力和时间的条件下，滤膜通过一定 水量的阻塞率。水量的阻塞率。 越小越好越小越好 概概 述述 水的除盐与咸水淡化 预处理系统如何选择？