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1、工业给水处理(软化除盐),Softening and Salt Elemination,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： 1m100 m 悬浮质 用沉淀方法（上浮、下沉）
2、即可去除 1 nm 1 m 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 1 nm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； F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：,HCO3 Cl SO42 SiO32 Ca2+,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
3、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,21 软化的目的与方法 :目的、基本概念、硬度分类、方法 22 水的药剂软化法 :石灰法、石灰石膏法、石灰苏打法 23 离子交换法基本原理 :交换剂、树脂、平衡、速度、操作 24 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,21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
4、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:1d=10mg/LCaO美、日:1度=1mg/LCaCO3换算关系：1meq/L=2.8d=50mg/LCaCO3（3）法定计量单位：mol/L或mmol/L 3，当量粒子：(X/Z) Z:离
5、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211)：,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：,三、硬度的分类：,硬水中常见的离子： Ca2+、Mg2+、 HCO3、 Cl、SO42 总硬度（Ht）：水中钙、镁离子的总含量或总浓度。暂时硬度
6、（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+2CO2Ca(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
7、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
8、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）,水处理中常见难溶化合物的溶度积（25）, 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、C
9、aCO3 、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、HtA Ht=Hc+ Hn Hc有以上反应，而Hn有： MgSO4+Ca(OH)2=CaSO4+Mg(OH)2 CaCl2+Ca(OH)2= CaCl2+Ca(OH)2 MgCl2+Ca(OH)2= CaCl2+Mg(OH)2 产生了等当量的钙硬度。,C、A=0 Ht=Hn 无软化效果。反应过程： CO2+Ca(OH)2CaCO3+H2O Ca(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3+2H2O Mg(HCO3)
10、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：
11、通过实验确定：以石灰投量（mgCaO/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+0.250.5mmol/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仅以Ca(HCO3)2形式出现 （CaO）=56c(CO2)+c(Ca(HCO3)2)+c(Fe2+)+K+,(mg/L) c(CO2)源水中游离二氧化碳浓
12、度 浓mmol/L c(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/LCaO过剩量 0.10.2mmol/LCaO=CO2 +Ca(HCO3)2+Fe2+K+, (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/LFe2+源水中Fe2+ 浓度 meq/LK混凝剂投量 meq/LCaO过剩量 0.020.04meq/L,MgSO4+Na2CO3MgCO3+Na2SO4 MgCl2+Na2CO3MgCO3+2NaCl MgCO3+Ca(OH)2M
13、g(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0.150.2mmol/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+Na2CO3CaCO3+Na2SO4 CaCl2+Na2CO3CaCO3+2NaCl,A、HCaHC,CaO=28(CO2+HcCa+HnMg+K+)
14、(g/T) B、HCaHC,CaO=28(CO2+Hc+HMg+K+) (g/T) 苏打用量： NaCO3=( Hn+K+)53 (g/T) 苏打剩余量。一般取1.0-1.5meq/L,1， 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)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0.24meq/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g CaO /（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,
