水的软化除盐

1、Softening andSalt Elemination一、水中杂质的来源一、水中杂质的来源二、水中杂质的分类二、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、工业用水水质标准四、工业用水水质标准l吸收大气中吸收大气中可溶物可溶物（CO2 、O2 、H2S ） 及及不可溶物不可溶物（尘埃、工业污染物）（尘埃、工业污染物）l地表：泥砂、腐殖质、有机物地表：泥砂、腐殖质、有机物 且且 溶解地壳表面的普通化合物溶解地壳表面的普通化合物l地下：含地下：含CO2的雨水遇地层中的雨水遇地层中CaCO3 、 MgCO3生成生成Ca2+ 、 Mg2+；再加上地层中

2、；再加上地层中易溶的易溶的Na盐盐K盐、盐、氯化物等造成海水的氯化物等造成海水的高含盐量高含盐量水中杂质按粒径分为三类：水中杂质按粒径分为三类：l1m100 m 悬浮质悬浮质 用沉淀方法（上用沉淀方法（上浮、下沉）即可去除浮、下沉）即可去除l1 nm 1 m 胶体胶体（粘土、腐殖质）胶（粘土、腐殖质）胶体可以稳定存在，必须加药，使胶体脱稳，混体可以稳定存在，必须加药，使胶体脱稳，混凝沉淀后去除凝沉淀后去除l1 nm以下以下 溶解物溶解物 溶解于水，给生活、生溶解于水，给生活、生产带来不便，是工业水处理的对象（产带来不便，是工业水处理的对象（ Fe2+可导可导致高血压病，并可染色；致高血压病，并

3、可染色； F使使牙牙变变黄；黄； Ca2+、Mg2+ 给洗衣带来不便，并使锅炉生垢给洗衣带来不便，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则对人体有害） HCO3 Cl SO42 SiO32Ca2+,Mg2+ Na+ ,K+ Fe2+,Mn2+工业用水种类繁多，水质要求各不相同工业用水种类繁多，水质要求各不相同l食品、酿造、饮料原料用水：高于生活饮用水食品、酿造、饮料原料用水：高于生活饮用水标准标准l纺织、造纸：水质清澈，对产生斑点的物质控纺织、造纸：水质清澈，对产生斑点的物质控制制l锅炉补给水：对产生腐蚀、结垢等的物质控制锅炉补

4、给水：对产生腐蚀、结垢等的物质控制（与锅炉压力有关系）（与锅炉压力有关系）l电子工业：高纯水电子工业：高纯水l循环冷却水：水温低，无悬浮物、藻类、微生循环冷却水：水温低，无悬浮物、藻类、微生物，对产生腐蚀、结垢等的物质控制物，对产生腐蚀、结垢等的物质控制21 软化的目的与方法软化的目的与方法 :目的、基本概念、硬度分类、目的、基本概念、硬度分类、方法方法22 水的药剂软化法水的药剂软化法 :石灰法、石灰石膏法、石灰苏打石灰法、石灰石膏法、石灰苏打法法23 离子交换法基本原理离子交换法基本原理 :交换剂、树脂、平衡、速交换剂、树脂、平衡、速度、操作度、操作24 离子交换软化方法与系统离子交换软化

5、方法与系统: 固定床、固定床的改固定床、固定床的改进、连续床、除碱软化、再生附属设备、除二氧化碳器进、连续床、除碱软化、再生附属设备、除二氧化碳器一、软化的目的一、软化的目的二、基本概念二、基本概念三、硬度的分类三、硬度的分类四、软化的方法四、软化的方法1，软化定义：去除水中部分或全部硬度的过程，软化定义：去除水中部分或全部硬度的过程 称为水称为水的软化。的软化。2，目的：，目的：（1）避免锅炉水由于硬度而生垢）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）避免 Ca2+ 、 Mg2+对工业冷却设备正常运行对工业冷却设备正常运行 的影响的影响传热系数低、导热性能差（3）避免影响造

6、纸、纺织等行业产品质量）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！中心目的中心目的1，硬度：水中，硬度：水中Ca2+ 、 Mg2+离子的总浓度或总含量。离子的总浓度或总含量。2，硬度单位：（，硬度单位：（1）国内：）国内：meq/L （2）国外：德国度）国外：德国度:1d=10mg/LCaO 美、日美、日:1度度=1mg/LCaCO3 换算关系：换算关系：1meq/L=2.8d=50mg/LCaCO3 （3）法定计量单位：）法定计量单位：mol/L或或mmol/L3，当量粒子：当量粒子：(X/Z) Z:离子所带电荷数；离子所

7、带电荷数； X：基本单元基本单元 用当量离子作基本单元时，用当量离子作基本单元时，eq=mol,在水质分析中较方便在水质分析中较方便4，摩尔浓度：，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，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。子假想的结合起来，写成化合物的形式。1，水中阴阳离子，水中阴阳离子当量浓度当量浓度总和相等；总和相等；2，表明水中各离子

8、的组合情况及化合物含量大小。，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) 注注:括括号号内内数数字字表表示示浓浓度度,以以 meq/L 计计。l硬水中常见的离子：硬水中常见的离子： Ca2+、Mg2+、 HCO3、 Cl、SO42 l总硬度（总硬度（H Ht t）：）：水中钙、镁离子的总含量或总浓度。水中钙、镁离子的总含量或总浓度。 暂时硬度（暂时硬度（H

9、Hc c）：）：碳酸盐硬度（煮沸时可析出）碳酸盐硬度（煮沸时可析出） 永久硬度（永久硬度（H Hn n）：）：非碳酸盐硬度（煮沸时不可析出）非碳酸盐硬度（煮沸时不可析出） 钙硬度（钙硬度（H HCaCa）：）： 镁硬度（镁硬度（H HMgMg）：）：l关系：关系：H Ht t= = H Hc c+ + H Hn n= = H HCa Ca + + H HMgMgl暂时硬度加热分解：暂时硬度加热分解： Mg(Mg(HCOHCO3 3) )2 2 Mg(Mg(OH)OH)2 2+2+2COCO2 2 Ca(Ca(HCOHCO3 3) )2 2 CaCaCOCO3 3+H H2 2O O + +CO

10、CO2 21，药剂软化法药剂软化法（沉淀软化法）：基于溶度积原理，（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。合物使之沉淀析出。 CaCaCOCO3 3 Ca2+CO32- （向水中加向水中加CO32-） 当当KspAAHt-A0HtAHt0A-HtHt=AHt(A)00水处理中常见难溶化合物的溶度积（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4.810-92.510-53.110-51.010-55.010-12 2-2水的药剂软化法一、

11、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、概述一、概述1.1.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。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 l2、原理：主要利用了加入的、原理：主要利用了加入的OH-和水中原有的和水中原有的HCO3-l（1） 分析：分析：lA、HtHCCa2+Mg2+Na+HCO3-SO42-Cl-CaO=2

12、8(CO2+HcCa+HnMg+K+) (g/T)B、HCa0.2mm 国产的一般都在国产的一般都在0.31.2mm。3 溶胀性：膨胀体积占全体积的百分率；分两个方面。溶胀性：膨胀体积占全体积的百分率；分两个方面。A 惰性骨架内的活性基团亲水，使水涌入骨架内。惰性骨架内的活性基团亲水，使水涌入骨架内。所以：实际中总是先将树脂溶胀，然后再装。一般来说，所以：实际中总是先将树脂溶胀，然后再装。一般来说，高强度的，强性树脂。水合离子半径大的溶胀率大。高强度的，强性树脂。水合离子半径大的溶胀率大。B 转型时，树脂体积发生变化。转型时，树脂体积发生变化。RHRNa（为了运输方便）为了运输方便）各种离子水

13、合离子半径不同；带电的水也不尽相同。各种离子水合离子半径不同；带电的水也不尽相同。一般，强性树脂转型变化不大，弱性树脂转型变化较大。一般，强性树脂转型变化不大，弱性树脂转型变化较大。4 交联度交联度 树脂结构骨架的铰链度取决于制造过程，工业上常用的凝胶型树脂结构骨架的铰链度取决于制造过程，工业上常用的凝胶型树脂含有树脂含有212%的已二烯苯作为苯乙烯的铰链剂。交联度对树脂的的已二烯苯作为苯乙烯的铰链剂。交联度对树脂的许多性能具有决定性的影响。交联度的改变将引起树脂的交换容量许多性能具有决定性的影响。交联度的改变将引起树脂的交换容量，含水率，溶胀度，机械强度等性能的改变。水处理用的离子交换，含水

14、率，溶胀度，机械强度等性能的改变。水处理用的离子交换树脂，交联度以树脂，交联度以710为宜。此时，树脂网架中的平均孔隙亦即孔为宜。此时，树脂网架中的平均孔隙亦即孔道宽度为道宽度为2040i i。 5 密度密度 分为湿真密度和湿视密度分为湿真密度和湿视密度 湿真密度：指树脂在水中充分溶胀后，其重量与真实体积（不包湿真密度：指树脂在水中充分溶胀后，其重量与真实体积（不包括树脂间的孔隙）之比。（括树脂间的孔隙）之比。（g/ml）(1.041.30)湿真密度（湿真密度（g/ml）苯乙烯型强酸树脂湿真密度约苯乙烯型强酸树脂湿真密度约1.3g/ml，强碱树脂为强碱树脂为1.1 g/ml。意义：意义： 1）

15、决定反洗强度）决定反洗强度 2）混合床水力分级）混合床水力分级 湿视密度：树脂充分溶胀后，其重量与堆积体积之比。（湿视密度：树脂充分溶胀后，其重量与堆积体积之比。（g/ml）一般一般0.60.85g/ml。 湿视密度湿视密度6 总交换容量：总交换容量：交换容量是树脂最重要的性能，它定量地表示树脂交换能力地大交换容量是树脂最重要的性能，它定量地表示树脂交换能力地大小。交换容量的单位小。交换容量的单位mg当量当量/g(干树脂干树脂)或或meq/L(湿树脂湿树脂)。交换容量。交换容量分为两部分，即总交换容量与工作交换容量。分为两部分，即总交换容量与工作交换容量。总交换容量是指单位重量或体积树脂内的交

16、换基团总量或可交换总交换容量是指单位重量或体积树脂内的交换基团总量或可交换离子的总数量。离子的总数量。重量：重量交换容量，毫克当量重量：重量交换容量，毫克当量/克克 干树脂干树脂体积：体积交换容量，毫克当量体积：体积交换容量，毫克当量/mL 湿树脂湿树脂国产：强酸树脂国产：强酸树脂 45 meq/g 弱酸树脂弱酸树脂912meq/ml实质上，从构造上看，单位重量或体积的空间网状结构因各苯环实质上，从构造上看，单位重量或体积的空间网状结构因各苯环末端所末端所“具有具有”的活性基团总数。的活性基团总数。总交换容量是表示单位树脂所能吸附去除离子的最大量。总交换容量是表示单位树脂所能吸附去除离子的最大

17、量。7 工作交换容量：指在给定的条件下树脂实际交换容量工作交换容量：指在给定的条件下树脂实际交换容量 。8 含水率：树脂中含水的百分比（含水率：树脂中含水的百分比（4060%） 树脂颗粒所占体制湿树脂重量9 有效工作有效工作PH范围范围此范围与树脂内活性基团的解离常数有关。此范围与树脂内活性基团的解离常数有关。由于树脂活性基团分为强酸、弱酸、强碱和弱碱，水的由于树脂活性基团分为强酸、弱酸、强碱和弱碱，水的PH值势值势必对它们的交换容量产生影响。强酸、强碱树脂的活性基团电离能必对它们的交换容量产生影响。强酸、强碱树脂的活性基团电离能力强，其交换容量基本与力强，其交换容量基本与PH值无关。值无关。

18、弱酸树脂在水弱酸树脂在水PH值低时不电离或只部分电离，因而只能在碱性值低时不电离或只部分电离，因而只能在碱性溶液中，才含有较高的交还能力。弱碱性树脂相反，在溶液中，才含有较高的交还能力。弱碱性树脂相反，在PH值高时值高时不电离或只部分电离。只是在酸性溶液中才含有较高的交换能力。不电离或只部分电离。只是在酸性溶液中才含有较高的交换能力。因此我们得出各种类型树脂的使用有效因此我们得出各种类型树脂的使用有效PH值范围。值范围。树 脂 类树 脂 类型型强酸性阳离子强酸性阳离子树脂树脂弱酸性阳离子弱酸性阳离子树脂树脂强碱性阳离子树强碱性阳离子树脂脂弱碱性阳离子树弱碱性阳离子树脂脂有效有效PH值范围值范围

19、1-145-141-126-7此外，树脂还应只有一定的耐磨性，耐热性及抗氧化能力。此外，树脂还应只有一定的耐磨性，耐热性及抗氧化能力。以后介绍的有关阳离子交换树脂基本性能，对磺化煤也是适用的以后介绍的有关阳离子交换树脂基本性能，对磺化煤也是适用的。（磺化煤价格较便宜，但交换容量低，机械强度差。性能随着。（磺化煤价格较便宜，但交换容量低，机械强度差。性能随着煤质不同而变化，现已逐渐由树脂所替代）。煤质不同而变化，现已逐渐由树脂所替代）。离子交换如同化学反应一样，服从离子交换如同化学反应一样，服从当量定律当量定律，且是，且是可逆可逆反应反应，离子交换技术就是基于，离子交换技术就是基于等当量交换等当

20、量交换与与可逆反应可逆反应来来进行交换与再生的；离子交换中的进行交换与再生的；离子交换中的等当量性等当量性、可逆性可逆性、选择性选择性是我们进行水质软化的基本设计依据。是我们进行水质软化的基本设计依据。水的软化过程中，离子交换反应就是阳离子交换树脂上水的软化过程中，离子交换反应就是阳离子交换树脂上的可交换离子（的可交换离子（H+、Na+）与水中的钙、镁离子之间的与水中的钙、镁离子之间的交换反应。交换反应。2RNa+Ca2+=R2Ca+2Na+ 当树脂饱和后，当树脂饱和后，用高浓度的用高浓度的NaCl处理：处理： R2Ca+2Na+=2RNa+Ca2+ 1.量的关系量的关系:服从质量作用定律，属

21、可逆反服从质量作用定律，属可逆反应，这就要求实际操作采用动态交换方应，这就要求实际操作采用动态交换方式。式。2.离子交换选择系数：离子交换选择系数： 总的离子交换通式：总的离子交换通式：2RA+B2+R2B+2A+ 反应向哪个方向进行取决于特定条件下反应向哪个方向进行取决于特定条件下树脂对树脂对A+、B2+的亲和力大小，而亲和力的亲和力大小，而亲和力的大小又通过离子交换选择系数来比较。的大小又通过离子交换选择系数来比较。 R2B 、RA树脂中树脂中B2+、A+的离子浓度的离子浓度 A+ 、B2+溶液中溶液中A+、B2+的离子浓度的离子浓度H对对RA+B+RB+A+222222222ABRABR

22、BRAABRkBABARARBBRAARBkBA（1）用离子浓度表示：HK值称平衡常数，但并非严格的常数；值称平衡常数，但并非严格的常数；亲和力大小的比较：亲和力大小的比较：（水溶液中不大时）一般选择系数为树脂中水溶液中不大时）一般选择系数为树脂中B与与A浓度的比浓度的比率与溶液中率与溶液中B与与A浓度的比率之比。选择系数大于浓度的比率之比。选择系数大于1，说明，说明该树脂对该树脂对B的亲和力大于对的亲和力大于对A的亲和力，亦即有利于进行离的亲和力，亦即有利于进行离子交换反应。子交换反应。H即：即： 22ABK1 BAK=1 B=AK1 BCa2+Mg2+K+NH4+Na+H+Li+ Ca2+

23、置换置换Na+的理论依据。的理论依据。 高价大于低价，同价原子序数大亲和力大；高价大于低价，同价原子序数大亲和力大； 高浓度时上述次序不在适用。（再生时，提高高浓度时上述次序不在适用。（再生时，提高Na+浓度，从而使浓度，从而使Na+置换置换Ca2+） 。 离子交换过程受离子浓度和树脂对各种离子亲和力的影响外，还受离子扩散过程的影响。1，离子扩散过程五步骤：l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；l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；lCa2+与树脂上可交换Na+进行交换反应；l被交换下来的Na+从有效交换位置上通过孔道向外面移动；lNa

24、+通过树脂表面的边界水膜进入外部的溶液中。离子交换指上述五步骤全过程；离子交换指上述五步骤全过程；1、2、4、5属属离子扩散，速度较慢且受外界条离子扩散，速度较慢且受外界条件影响较大；件影响较大；3属化学反应，瞬间完成；属化学反应，瞬间完成；15每一步都影响了离子交换的速度，其中每一步都影响了离子交换的速度，其中1、5步膜扩散和第步膜扩散和第2、4步的孔道扩散有可能成为控步的孔道扩散有可能成为控制步骤。制步骤。2，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； C0.0

25、03mol/L时，VM小，膜扩散成为控制因素，交换时即为这种情况。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。1，交换过程分析方法：，交换过程分析方法： 在离子交换柱中装填在离子交换柱中装填Na型树脂，从上而下通过含有型树脂，从上而下通过含有一定浓度一定浓度Ca2+的硬水。交换的硬水。交换反应进行一段时间后，停止反应进行一段时间后，停止运行，逐层取出树脂样品，运行，逐层取出树脂样品，并测定其所吸附的钙离子含并测定其所吸附的钙离子含量，以量，以“饱和程度饱和程度”表示。表示。 饱和程度：单位体积树饱和程度：单位体积树脂所吸附