水的软化几种方法 通常对硬度高、碱度高的水采用石灰软化法;对硬度高、碱度低的水采用石灰-纯碱软化 法;而对硬度低、碱度高的负硬水则采用石灰-石膏处理法。 1. 石灰软化法 为避免投加生石灰(CaO)产生的灰尘污染,通常先将生石灰制成消石灰 Ca(OH)2(即熟 石灰)使用,其反应如下 CaO+H2O====Ca(OH)2 消石灰投入高硬水中,会产生下列反应 Ca(OH)2+CO2====CaCO3+H2O Ca(OH) 2+Ca(HCO3) 2====2CaCO3+2H2O 2Ca(OH) 2+Mg(HCO3) 2====2CaCO3+Mg(OH) 2+2H2O 形成的 CaCO3 和 Mg(OH)2 都是难溶化合物,可从水中沉淀析出。 但水中的永硬和负硬却不能用石灰处理的方法除去, 因为镁的永硬与负硬和消石灰会产生下 列反应 MgSO4+Ca(OH) 2====Mg(OH) 2+CaSO4 MgCl2+Ca(OH) 2====Mg(OH) 2+CaCl2 NaHCO3+Ca(OH) 2====CaCO3+NaOH+H2O 由反应式可看出, 镁的永硬全部转化为等量的溶解度很大的钙的永硬, 而负硬则转化为等量 的氢氧化钠、碱度,所以水中的碱度没有除去。 石灰加入量可按下式估算 [CaO]=28/Z1{[CO2]+[Ca(HCO3) 2]+2[Mg(HCO3)2+B]} 式中 [CaO]——需投加的工业石灰量,mg/L; [CO2]——原水中 CO2 的浓度(1/2CO2 计),mmol/L; [Ca(HCO3) 2]——原水中 Ca(HCO3) 2 的浓度[1/2Ca(HCO3) 2 计],mmol/L [Mg(HCO3) 2]——原水中 Mg(HCO3) 2 的浓度[1/2 Mg(HCO3) 2 计]mmol/L; Z1——工业石灰纯度,%; 28——1/2CaO 的摩尔质量,g/mol; B——石灰过剩量(1/2CaO 计),mmol/L(一般为 0.2—0.4mmol/L)。 2.石灰-纯碱软化法 石灰软化法只适用于暂硬高、永硬低的水质处理。对硬度高碱度低即永硬高的水,可采用石 灰-纯碱软化法,即加石灰的同时再投加适量的纯碱(NaCO3 又称苏打)。其反应如下 CaSO4+Na2CO3====CaCO3+Na2SO4 CaC12+Na2CO3====CaCO3+2NaC1 MgSO4+Na2CO3====MgCO3+Na2SO4 MgC12+Na2CO3==== MgCO3+2 Na2 C1 MgCO3+Ca(OH)2====CaCO3+Mg(OH)2 经石灰-纯碱软化后的水,其硬度可降为 0.15-0.2mmol/L。此外,永硬也可以直接用离离子 交换法除去。 石灰-纯碱加入量可按下列计算式估算。 (1) 石灰用量估算 [CaO]=28/Z1{[CO2]+M 总+HMg+B} mg/L (2) 纯碱用量估算 [Na2C03]=53/Z2 (H 永+B) mg/L 式中 M 总——原水总碱度(H+计),mmol/L; HMg——原水镁硬度(1/2Mg+计),mmol/L; [Na2C03]——纯碱投加量,mg/L; H 永——原水永硬(1/2Ca2++1/2Mg+计),mmol/L; B——纯碱过剩量[1/2Na2C03 计],mmo1/L(一般取 1.0-1.4mmol/L); 53——1/2 Na2C03 的摩尔质量,g/mol; Z2——工业纯碱的纯度,%。 其他符号同前。 3. 石灰-石膏处理法 对于高碱度的负硬水,即水中总碱度大于总硬度的水,此时水中多余的总碱度常以 Na2 HC03 或 KHCO3 形式存在,对这些多余的碱度常以石灰-石膏处理法除去,因为 2 Na2HC03+ CaSO4+ Ca(OH) 2====2 CaCO3+ Na2SO4+2H2O 2KHCO3+ CaSO4+ Ca(OH) 2====2 CaCO3+ K2SO4+2H2O (二)软化的设备 石灰软化设备包括制备消石灰的设备、 投加消石灰与原水充分混合的设备, 以及生成的碳酸 钙、氢氧化镁等沉淀物的沉淀和过滤分离设备。图 2-20、图 2-21 和图 2-22 为一般常 见的石灰软化系统的流程图。 六、除氯 原水经过混凝、沉淀、澄清、过滤后,即可作为工业用水使用。如果作为饮用水,还必须进 行消毒处理,以防止疾病传播。通常在水中通入氯气作为杀死细菌等微生物的消毒方法。氯 气通入水中后,极易溶于水,产生下列反应 C12+H2O====HC1+HOC1 次氯酸还会进一步电离,生成次氯酸根 HOC1====H++OC1氯气在水中生成的 HOC1 和 OC1-对细菌等微生物有极强的杀灭作用。但在起杀生作用前, 由于水中溶有各种有机物等杂质,这些杂质会首先与 C12 反应,耗去溶入水中的 C12,只 有满足这些耗氯需要后,才会有多余的 C12 来杀灭细菌,这部分氯称为余氯。为维持杀灭 细菌的效果, 管网水中始终要保持余氯量的在 0.5-1mg/L,在管网末端也要保持 0.05-0.1mg/L 的余氯。 当采用经过消毒处理的自来水作锅炉给水时, 必须除去自来水中的余氯。 因为余氯的存在会 破坏离子交换树脂的结构,使其强度变差,容易破碎。特别是在靠近自来水厂附近时,水中 余氯最较高,更需注意除氯。 目前常用的除氯方法有活性炭脱氯法和添加化学药剂除氯法。 (一) 活性炭脱氯法 活性炭由木炭、沥青炭和果壳、果核、动物骨头等经高温焙烧和活化制成。活性炭中有很多 毛细孔相互连通,因此,比表面积极大。据测试,1 克活性炭有 500-1000m2 的表面积,图 2-23 为活性炭内部气孔分布情况。过滤用活性炭是颗粒状的,粒径一般为 1-4mm。这些微 孔可以起吸附作用。 活性炭脱氯不完全是由于物理吸附作用, 它还有催化作用, 使余氯进一步转化成碳的化合物, 其反应机理为 C12+H2O====HC1+HOCl HOCl====HCl+[O](活性炭) C+[O]====CO# C+2[O]====CO2# 因此,活性炭在整个吸附脱氯过程中不存在吸附饱和问题,只是损失少量的炭。所以活性炭 脱氯可以运行相当长的时间。例如用 19.6m3 的活性炭粒料作滤料,处理余氯量为 4mg/L 的自来水时,可连续处理 265 万 m3,使其余氯量小于 0.01mg/L。在相同条件下,处理余 氯量为 2mg/L 的自来水时,可使用 6 年之久。 活性炭除能脱氯外,还能除去水中臭味、色度、有机物以及残留的浊度。因此,活性炭使用 一定时期后,仍会丧失其吸附能力,需要再生。再生方法较多,有的将失效活性炭在 500-10000C 高温条件下焙烧,将吸附的有机物分解和挥发;也可用高压蒸汽吹洗或用 CaOH、NaCl 等溶液再生清洗,将吸附的杂质解吸下来;也可用有机溶剂萃取。但这些再 生方法的经济效益尚有待定论,因此,有些地方对失效活性炭弃之不用,换用新的。 活性炭脱氯的设备常使用压力过滤器。 即在过滤器中以粒状活性炭作滤料, 其他功能与前述 压力过滤器相似。 (二) 化学药剂脱氯法 化学药剂脱氯法是利用投加还原性药剂如二氧化硫和亚硫酸钠等, 将余氯还原。 其反应分别 为: SO2+ HOC1+ H2O ====3H-+C1-+SO42Na2SO3+HOC1====Na2SO4+HC1 二氧化硫脱氯效果好,但水的 pH 值会因反应中生成强酸而下降;而亚硫酸钠法要好一些。 后者比较简单,操作方便,同时亚硫酸钠还可以与水中的溶解氧作用,达到除氧的目的。 硬水的软化方法 水的硬度是由什么引起的: 水的硬度是由碳酸氢钙或碳酸氢镁引起的,这种硬度叫作暂时硬度。 这种水经过煮沸以后,水里所含的碳酸氢钙就分解成不溶于水的碳酸 钙 ,水 里 所 含 的 碳 酸 氢 镁 就 生 成 难 溶 于 水 的 碳 酸 镁 沉 淀 。这 些 沉 淀 物 析 出,水的硬度就可以降低,从而使硬度较高的水得到软化。 水 的 硬 度 是 由 钙 和 镁 的 硫 酸 盐 或 氯 化 物 引 起 的 ,这 种 硬 度 就 叫 作 永 久 硬 度 。永 久 硬 度 不 能 用 加 热 的 方 法 软 化 。天 然 水 大 多 同 时 具 有 暂 时 硬 度 和 永久硬度,因此,一般所说水的硬度是指上述两种硬度的总和。 所 谓 "硬 水 "是 指 水 中 所 溶 的 矿 物 质 成 分 多 , 尤 其 是 钙 和 镁 。硬 水 并 不 对 健 康 造 成 直 接 危 害 ,但 是 会 给 生 活 带 来 很 多 麻 烦 ,比 如用水器具上结水垢、肥皂和清洁剂的洗涤效率减低等。 水 是 一 种 很 好 的 溶 剂 , 能 有 效 去 除 污 物 杂 质 。 纯 水 --无 色 、 无 味 、 无 臭 , 被 称 作 是 "通 用 溶 剂 "。 当 水 和 二 氧 化 碳 结 合 生 成 微 量 的 碳 酸 时 , 水 的 溶 解 效 果 更 好 。当 水 流 过 土 地 和 岩 石 时 ,它 会 溶 解 少 量 的 矿 物 质 成 分 , 钙 和 镁 就 是 其 中 最 常 见 的 两 种 成 分 ,也 就 是 它 们 使 水 质 变 硬 。水 中 含 钙 、 镁等矿物质成分越多,水的硬度越大。 在英国一般用以下指数表示水硬度: 硬度范围 超强硬度 软 轻硬度 中硬度 高硬 度 所 溶 矿 物 质 ( 毫 克 /升 水 ) 0 - 17.1 17.1 - 60 60 - 120 120 – 180 180 & 以 上 所谓硬水,就是含有大量钙盐和镁盐离子的水。这种水在家庭使用时, 不 能 使 肥 皂 产 生 泡 沫 ,还 会 在 所 洗 涤 的 衣 物 上 沉 淀 一 层 水 垢 ;在 烧 开 水 时 会 在 壶 底 和 热 水 瓶 底 部 渐 渐 地 结 上 一 层 坚 硬 的 白 色 水 垢 。如 果 这 种 硬 水 使 用 在 锅 炉 或 蒸 汽 机 车 上 ,会 在 锅 炉 底 部 和 管 道 壁 上 形 成 一 层 硫 酸 钙 或 二 氧 化 硅 的 “硬 垢 ”, 或 一 层 碳 酸 钙 的 软 垢 , 因 而 使 管 壁 过 热 变 形 , 导 致锅炉和管道发生爆炸的危险。这是很令人讨厌和十分可怕的。 当 然 ,水 中 的 铁 盐 和 锰 盐 离 子 也 是 使 水 变 硬 的 原 因 之 一 。含 有 此 离 子 的 水 会 把 肥 皂 沉 淀 出 来 的 水 垢 在 织 物 上 产 生 锈 斑 ,若 再 漂 白 却 使 污 斑 变 得 更 糟 。 这 种 水 用 来 泡 茶 时 , 茶 水 面 上 会 显 出 一 层 “水 皮 ”, 且 茶 的 清 香 味 儿 也 不 翼 而 飞 。水 中 的 镁 的 硬 度 会 使 水 带 有 腐 蚀 性 和 明 显 的 酸 性 ,还 会 有 一 种 会 刺 激 眼 睛 的 金 属 味 。镁 盐 是 一 种 轻 泻 剂 。但 是 镁 离 子 仅 仅 使 人 讨厌,而不会威胁人的健康。 尽 管 一 定 硬 度 的 水 ,能 降 低 金 属 的 毒 性 及 心 血 管 病 的 发 生 率 ,但 是 ,居 民饮用的水还需进行软化处理,以免让硬水带来不良后果。 硬 水 变 为 软 水 , 最 简 单 的 办 法 是 在 盛 水 的 容 器 中 加 入 足 量 的 熟 石 灰 (即 是 氢 氧 化 钙 ), 水 中 的 镁 盐 以 氢 氧 化 镁 的 形 式 沉 淀 出 来 , 然 后 再 加 入 足 量 的 苏 打 (不 纯 的 碳 酸 钠 ), 使 所 有 的 钙 以 碳 酸 钙 (包 括 已 加 入 的 熟 石 灰 ) 的 形 式 沉 淀 出 来 。经 过 两 次 处 理 的 混 合 沉 淀 物 便 慢 慢 地 沉 淀 到 容 器 的 底 部 (容 器 的 底 部 最 好 呈 圆 锥 形 状 , 以 便 清 除 沉 淀 物 )。 这 样 , 容 器 上 部 则 是清洁的饮水了。 实 际 上 ,用 石 灰 和 苏 打 处 理 水 并 不 能 使 水 净 化 ,只 是 把 水 中 的 钙 离 子 和 镁离子换成了钠离子。因此,对这种处理后的水,应加入一点稀硫酸, 使 水 的 PH 值 为 6.5 左 右 , 促 其 稳 定 。 硬水的软化 1. 沉 淀 法 :用 石 灰 、 纯 碱 处 理 ,使 水 中 Ca2+、 Mg2+生 成 沉 淀 析 出 ,过 滤后即得软水,其中的锰、铁等离子也可除去。 2. 软 水 剂 ( 1) Na3PO4: 3CaSO4+2Na3PO4→Ca3(PO)4↓+3Na2SO4 ( 2) 六 偏 磷 酸 钠 : Na4[Na2(P03)6]+Ca2+→Na4[Ca(P03)6]+2Na+ ( 3) 胺 的 醋 酸 衍 生 物 ( EDTA) : 与 Ca2+、 Fe2+、 Cu2+等 离 子 生 成 螯 合物 3.离 子 交 换 法 : ( 1) 原 理 : 用 无 机 or 有 机 物 组 成 一 混 合 凝 胶 , 形 成 交 换 剂 核 , 四 周 包 围两层不同 电荷的双电层,水通过后可发生离子交换。 阳 离 子 交 换 剂 : 含 H+、 Na+固 体 与 Ca+、 、 、 、 、 、 、 、 Mg2+离 子 交 换 阴离子交换剂:含碱性基因,能与水中阴离子交换 ( 2) 常 用 交 换 剂 : a.泡 沸 石 : 水 化 硅 酸 钠 铝 Na2O·Z+Ca(HCO3)→CaO·Z+2NaHCO3 Na2O·Z+CaSO4→CaO·Z+Na2SO4 b.磺 化 煤 : 2Na(K)+CaSO4→Ca(K)2+NaSO4 2H(K)+CaSO4→Ca(K)2+NaSO4 c.离 子 交 换 树 脂 4. 电 渗 析 法 : 用直流电源作动力,使水中的离子选择性地透过树脂交换膜而获得软 水。 5. 磁 化 法 : 使水流过一个磁场,钙、镁盐类分子间引力减小,不易产生坚硬水垢