现代水处理技术水化学基础全解PPT学习教案

1、会计学1 现代水处理技术水化学基础全解现代水处理技术水化学基础全解 全面总结各种水处理系统原 理的基础上，介绍了各种水 处理设备的构造、运行、控 制、维护等方面的内容。具 体涵盖了水质稳定的水化学 基础，水的澄清，沉淀软化 法和除铁除锰除氟方法，污 水的生化处理，颗粒滤料过 滤，精密过滤、微滤和超滤 ，反渗透和纳滤脱盐，电渗 析、倒极电渗析和电除盐， 离子交换法水处理，水的蒸 馏法脱盐，微污染水源的饮 用水处理，水的循环再利用 ，水处理加药系统及自动化 ，环保型水处理系统的选择 等方面的内容。 第1页/共89页 第2页/共89页 溶解平衡溶解平衡 第3页/共89页 溶解平衡溶解平衡 第4页/共

2、89页 溶解平衡溶解平衡 第5页/共89页 溶解平衡溶解平衡 第6页/共89页 溶解平衡溶解平衡 iii mra 为i 离子的活度; 为活度系数（1） 为i 离子摩尔浓度（mol/L） i a i m i r 第7页/共89页 i r 在实际应用中，为无量纲系数；在实际应用中，为无量纲系数； 活度和浓度的单位相同，活度和浓度的单位相同， mol/L 活度系数一般都小于活度系数一般都小于1， 随水中溶解固体（矿化度）增加而减小；随水中溶解固体（矿化度）增加而减小； 当水中溶解固体很低时，活度系数趋近于当水中溶解固体很低时，活度系数趋近于1，活度趋近于实测，活度趋近于实测 浓度。浓度。 在平衡研究

3、中，固体及纯液体（如在平衡研究中，固体及纯液体（如H2O）的活度为）的活度为1 。 溶解平衡溶解平衡 （activity coefficient ） 第8页/共89页 活度系数的计算活度系数的计算 溶解平衡溶解平衡 第9页/共89页 IBa1 IAz lg i 2 i i 溶解平衡溶解平衡 第10页/共89页 溶解平衡溶解平衡 T(0C) AB(108) 00.48830.3241 50.49210.3249 100.49600.3258 150.50000.3262 200.50420.3273 250.50850.3281 300.51300.3290 400.52210.3305 500

4、.53190.3321 600.54250.3338 Debye-Hkel公式中公式中A、B的值的值 第11页/共89页 Debye-Hkel公式中公式中ai的值的值 Iona0 (10-8)Iona0 (10-8) Ca2+5.0HCO3-, CO32-5.4 Mg2+5.5NH4+2.5 Na+4.0Sr2+, Ba2+5.0 K+, Cl-3.5Fe2+, Mn2+, Li+6.0 SO42-5.0H+, Al3+, Fe3+9.0 溶解平衡溶解平衡 第12页/共89页 M i ii mzI 1 2 2 1 溶解平衡溶解平衡 第13页/共89页 444 2 43 22 2 1 SOClH

5、COMgCaNa MMMMMMI M i ii mzI 1 2 2 1 The calculation of ionic strength must take into account all major ions: 溶解平衡溶解平衡 第14页/共89页 溶解平衡溶解平衡 第15页/共89页 bI IBa IAz i i i 1 lg 2 溶解平衡溶解平衡 第16页/共89页 溶解平衡溶解平衡 第17页/共89页 溶解平衡溶解平衡 第18页/共89页 分析项目分析项目Ca2+Mg2+Na+K+HCO3-SO42-Cl-NO3- 浓度（浓度（mg/L） 829257.6252174038 mmo

6、l/L2.0460.161.0870.1944.130.1771.1280.613 （1） 计算溶液的离子强度计算溶液的离子强度I I =1/2（ 0.00204622+0.0001622+0.001087+0.000194+0.00413+ 0.00017722+0.001128+0.000613） = 0.0193(0.016684)? 溶解平衡溶解平衡 第19页/共89页 Ia Iz i i i 3281. 01 5085. 0 lg 2 查表可知ai的值为：Ca2+=6 HCO3-=4 溶解平衡溶解平衡 第20页/共89页 223. 0 0193. 063281. 01 0193. 0

7、25085. 0 lg 2 2 Ca 2 Ca = 0.598 = 0.0020460.598 = 0.001224 222 CaCaCa ma 溶解平衡溶解平衡 第21页/共89页 0597. 0 0193. 043281. 01 0193. 015085. 0 lg 3 HCO - 3 HCO = 0.871 333 HCOHCOHCO ma = 0.004130.871 = 0.003597 溶解平衡溶解平衡 第22页/共89页 溶解平衡溶解平衡 第23页/共89页 溶解平衡溶解平衡 第24页/共89页 ClNaNaCl 溶解平衡溶解平衡 第25页/共89页 3 2HCO24)()(92

8、2 444522232)(83 KSiOHsOHOSiAlOHCOHOKAlSi s 32HCO24)()(922 444522232)(83 NaSiOHsOHOSiAlOHCOHONaAlSi s 溶解平衡溶解平衡 第26页/共89页 溶解平衡溶解平衡 第27页/共89页 溶解平衡溶解平衡 第28页/共89页 CaSO42H2O Ca2+ + SO42- + 2H2O CaCO3(s) Ca2+ + CO32- 溶解平衡溶解平衡 第29页/共89页 溶解平衡溶解平衡 第30页/共89页 第31页/共89页 第32页/共89页 第33页/共89页 2 Ca = 0.630 - 3 HCO =

9、 0.610 第34页/共89页 第35页/共89页 第36页/共89页 应大于盐效应，后者往往可忽应大于盐效应，后者往往可忽 略。略。 第37页/共89页 sp lg K IAP SI 第38页/共89页 IAPdol=Ca2+ Mg2+ CO32- 2 IAPcal=Ca2+ CO32- 第39页/共89页 例例 一水样的化学成分如下表，已知水样温度为一水样的化学成分如下表，已知水样温度为25 ， pH值为值为7.15，确定水样相对方解石的饱和状态，确定水样相对方解石的饱和状态 。 分析项目分析项目Ca2+Mg2+Na+K+HCO3-SO42-Cl-NO3- 浓度（浓度（mg/L） 829

10、257.6252174038 mmol/L2.0460.161.0870.1944.130.1771.1280.613 溶解平衡溶解平衡 第40页/共89页 （1） 计算溶液的离子强度计算溶液的离子强度I I =1/2（ 0.00204622+0.0001622+0.001087+0.000194+0.00413+ 0.00017722+0.001128+0.000613） = 0.0193 (0.016684)? 第41页/共89页 （2）计算）计算Ca2+、HCO3- 和和CO32-的活度系数和活度的活度系数和活度 ，在，在25的的情况下，的的情况下，DebyeHckel公式为：公式为：

11、Ia Iz i i i 3281. 01 5085. 0 lg 2 查表可知ai的值为：Ca2+=6， HCO3-=4， CO32-=5 溶解平衡溶解平衡 第42页/共89页 223. 0 0193. 063281. 01 0193. 025085. 0 lg 2 2 Ca 2 Ca = 0.598 = 0.0020460.598 = 0.001224 222 CaCaCa ma 0597. 0 0193. 043281. 01 0193. 015085. 0 lg 3 HCO - 3 HCO = 0.871 333 HCOHCOHCO ma = 0.004130.871 = 0.003597

12、 第43页/共89页 （3） 水中CO32-的浓度低于检出下限，但根据水 溶液中CO32-与HCO3-之间下述的化学平衡关系： 230. 0 0193. 053281. 01 0193. 025085. 0 lg 2 CO2 3 -2 3 CO = 0.589 HCO3- CO32- + H+ 33.10 HCO COH 10 3 2 3 a aa K 63. 5 15. 7 45. 233.10 H HCO CO 10 10 1010 3 -2 3 a aK a 第44页/共89页 11. 0 10 10 lglg 35. 8 46. 8 Cal Cal K IAP SI 由此可见，该水溶液

13、相对方解石处于未饱和状态由此可见，该水溶液相对方解石处于未饱和状态 。 第45页/共89页 第46页/共89页 第47页/共89页 第48页/共89页 第49页/共89页 第50页/共89页 第51页/共89页 OHaqCOOHgCO 2222 aqCOHOHgCO 3222 aqCOHOHaqCO 3222 222 2 3232 COCOCO CO p COH pr COH K 第52页/共89页 332 HCOHCOH 32 3 1 COH HCOH K 2 33 COHHCO 3 2 3 2 HCO COH K （1） （2） 第53页/共89页 H COH HCO 321 3 K 2

14、3221 - 3 2 2 3 H COH H HCO CO KK K （4） （5） （3） 2 2 121 3 2 2 211 3 2 H HH COH HH 1COH KKKKKK CT （6） 第54页/共89页 2 121 2 3 2 HH H COH KKK CT （7） 2 21 - 3 HH 1 H 1 HCO KKK K CT 2 12 21-2 3 HH1 CO KKK KK CT （8） （9） 第55页/共89页 T C COH 32 0 T C HCO - 3 1 T C CO 2 3 2 2 2 2 0 HH 11 H KKK 2 121 1 HH H 1 KKK K

15、 2 121 2 2 HH 1 KKK KK （10） （11） （12） 第56页/共89页 第57页/共89页 H2CO3HCO3-CO32- 第58页/共89页 当当H2CO3=HCO3-时，时，0= =1，故有，故有： H+ = K1 = 10-6.35 pH=6.35 当当HCO3-=CO32-时，时，1= =2，故，故： H+ = K2 = 10-10.33 pH = 10.33 当当H2CO3=CO32-时，时，0= =2，故有，故有： H+2 = K2K1 = 10-16.68 pH = 8.34 该点该点 HCO3-达最高值达最高值(97.99) 第59页/共89页 第60页

16、/共89页 第61页/共89页 第62页/共89页 2 32 2 CO CO p COH K 32 3 1 COH HCOH K 3 2 3 2 HCO COH K 2 3 2 3 2 3 2 COCa CaCO COCa Kc （1） （2） （3） （4） OHH OH OHH KW 2 （5） OHCOHCOHCa 2 33 2 22 3 2 2 1 HCOCa （6） 3 2 3 2 2 1 HCO Ca r r HCOCa 第63页/共89页 22 12 2 3212 2 32 2 3 2 COCO cccc pKKK HK COHKK HK H HCOK K CO K Ca 3 2

17、 22 3 2 3 3 2 121 3 2 2 1 2 1 2 1 HCO Ca COCO HCO Ca HCO Ca r r H pKK r r H COHK r r HCOCa 3 2 22 2 222 1 3 2 1 HCO Ca c COCO r r K KpKK H （7） （8） )lg2 2 1 (lg 3 1 2 3 2 2 2 22 1 CO HCO Ca c CO p r r K KKK pH （9） 第64页/共89页 标准状态下标准状态下, 纯水中纯水中, 方解石方解石 达溶解平衡时达溶解平衡时, pH值与值与pCO2的的 关系关系 log pCO 2 -4.0-3.5

18、-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0 pH 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 第65页/共89页 2 2 3 2 2 2 2 2 2 3 32 2 3 2 3 2 1 2 22 3 22 2 3 22 4 2 Ca COCOc HCO COCOc Ca HCO COCOc rpKK rCa pKK Ca r rCa pKK CaHCO COHCO HCO K K 2 3 2 2 2 2 2 1 3 2 4 CO HCO Ca COc p rK rKKK Ca )lg 4 (lg 3 1 lg 2 3 2 2 2 2 2 1 2 CO HCO Ca COc p rK rKKK Ca （

19、10） 第66页/共89页 C A、B 两点的水与方解石两点的水与方解石 正好处于平衡状态正好处于平衡状态, A、B 两点水相混合后两点水相混合后, 形成的形成的 A、B之间直线上的混合水之间直线上的混合水 (C点点)则相对方解石是处于则相对方解石是处于 未饱和状态未饱和状态,继续溶解方解石继续溶解方解石. (混合溶蚀理论混合溶蚀理论) B A PCO2 (atm) Ca (m mol/L) 2+ 过饱和 未饱和 0.000.020.040.060.080.10 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 (bar) C 第67页/共89页 第68页/共89页 CaCO3十

20、十CO2十十H2O = Ca+ 十十 2HCO3- 第69页/共89页 1 3 2 2 K K P CO CO HCOH 第70页/共89页 第71页/共89页 第72页/共89页 Kc=Ca2+ CO32- Kd=Ca2+ Mg2+ CO32- 2 第73页/共89页 Kd=Ca2+ CO32- Mg2+ CO32- CaMg（CO3）2 = Ca2+ Mg2+ 2 CO32- Ca2+ CO32- = Kd1/2 第74页/共89页 第75页/共89页 游离离子游离离子 第76页/共89页 中性离子对中性离子对 第77页/共89页 2 4 20 4 SOCaCaSO 31. 2 0 2 4 2 10 4 0 4 CaSO SOCa CaSOK CaSO42H2O= Ca2+ + SO42- + 2H2O 85. 42 4 2 2 22 4 2 10 2CaSO 2 SOCa OH OHSOCa spK 平衡常数平衡常数 溶度积常数溶度积常数 第78页/共89页 第79页/共89页 0 4 0 33 22 CaSOCaCOCaHCOCaTCa mmmmm ）（ 第80页/共89页 第81页/共89页 0 4 0 33 22 CaSOCaCOCaHCOCaTCa mmmmm ）（ 0