水的軟化方法

水的軟化幾種方法通常對(duì)硬度高、堿度高的水采用石灰軟化法；對(duì)硬度高、堿度低的水采用石灰純堿軟化法；而對(duì)硬度低、堿度高的負(fù)硬水則采用石灰-石膏處理法。石灰軟化法為避免投加生石灰(CaO)產(chǎn)生的灰塵污染，通常先將生石灰制成消石灰Ca(OH)2(即熟石灰)使用，其反應(yīng)如下CaO+H2O====Ca(OH)2消石灰投入高硬水中，會(huì)產(chǎn)生下列反應(yīng)Ca(OH)2+CO2====CaCO3+H2OCa(OH)2+Ca(HCO3)2====2CaCO3+2H2O2Ca(OH)2+Mg(HCO3)2====2CaCO3+Mg(OH)2+2H2O形成的CaCO3和Mg(OH)2都是難溶化合物，可從水中沉淀析出。但水中的永硬和負(fù)硬卻不能用石灰處理的方法除去，因?yàn)殒V的永硬與負(fù)硬和消石灰會(huì)產(chǎn)生下列反應(yīng)MgSO4+Ca(OH)2====Mg(OH)2+CaSO4MgCl2+Ca(OH)2====Mg(OH)2+CaCl2NaHCO3+Ca(OH)2====CaCO3+NaOH+H2O由反應(yīng)式可看出，鎂的永硬全部轉(zhuǎn)化為等量的溶解度很大的鈣的永硬，而負(fù)硬則轉(zhuǎn)化為等量的氫氧化鈉、堿度，所以水中的堿度沒(méi)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] 需投加的工業(yè)石灰量，mg/L；[CO2]——原水中CO2的濃度(1/2CO2計(jì))，mmol/L;[Ca(HCO3)2]——原水中Ca(HCO3)2的濃度[1/2Ca(HCO3)2計(jì)]，mmol/L[Mg(HCO3)2]——原水中Mg(HCO3)2的濃度[1/2Mg(HCO3)2計(jì)]mmol/L；Z1——工業(yè)石灰純度，%；28——1/2CaO的摩爾質(zhì)量，g/mol；B 石灰過(guò)剩量(1/2CaO計(jì))，mmol/L(一般為0.2—0.4mmol/L)。石灰-純堿軟化法石灰軟化法只適用于暫硬高、永硬低的水質(zhì)處理。對(duì)硬度高堿度低即永硬高的水，可采用石灰-純堿軟化法，即加石灰的同時(shí)再投加適量的純堿(NaCO3又稱(chēng)蘇打)。其反應(yīng)如下CaSO4+Na2CO3====CaCO3+Na2SO4CaC12+Na2CO3====CaCO3+2NaC1MgSO4+Na2CO3====MgCO3+Na2SO4MgC12+Na2CO3====MgCO3+2Na2C1MgCO3+Ca(OH)2====CaCO3+Mg(OH)2經(jīng)石灰-純堿軟化后的水，其硬度可降為0.15-0.2mmol/L。此外，永硬也可以直接用離離子交換法除去。石灰-純堿加入量可按下列計(jì)算式估算。（1） 石灰用量估算[CaO]=28/Z1{[CO2]+M總+HMg+B}mg/L（2） 純堿用量估算[Na2C03]=53/Z2（H永+B）mg/L式中M總 原水總堿度（H+計(jì)），mmol/L;HMg 原水鎂硬度（1/2Mg+計(jì)），mmol/L；[Na2C03]——純堿投加量，mg/L;H永 原水永硬（1/2Ca2++1/2Mg+計(jì)），mmol/L；B 純堿過(guò)剩量[1/2Na2C03計(jì)]，mmo1/L（一般取1.0-1.4mmol/L）；53——1/2Na2C03的摩爾質(zhì)量，g/mol;Z2——工業(yè)純堿的純度，％。其他符號(hào)同前。石灰-石膏處理法對(duì)于高堿度的負(fù)硬水，即水中總堿度大于總硬度的水，此時(shí)水中多余的總堿度常以Na2HC03或KHCO3形式存在，對(duì)這些多余的堿度常以石灰-石膏處理法除去，因?yàn)?Na2HC03+CaSO4+Ca（OH）2====2CaCO3+Na2SO4+2H2O2KHCO3+CaSO4+Ca（OH）2====2CaCO3+K2SO4+2H2O（二）軟化的設(shè)備石灰軟化設(shè)備包括制備消石灰的設(shè)備、投加消石灰與原水充分混合的設(shè)備，以及生成的碳酸鈣、氫氧化鎂等沉淀物的沉淀和過(guò)濾分離設(shè)備。圖2-20、圖2-21和圖2-22為一般常見(jiàn)的石灰軟化系統(tǒng)的流程圖。六、除氯原水經(jīng)過(guò)混凝、沉淀、澄清、過(guò)濾后，即可作為工業(yè)用水使用。如果作為飲用水，還必須進(jìn)行消毒處理，以防止疾病傳播。通常在水中通入氯氣作為殺死細(xì)菌等微生物的消毒方法。氯氣通入水中后，極易溶于水，產(chǎn)生下列反應(yīng)C12+H2O====HC1+HOC1次氯酸還會(huì)進(jìn)一步電離，生成次氯酸根HOC1====H++OC1-氯氣在水中生成的HOC1和OC1-對(duì)細(xì)菌等微生物有極強(qiáng)的殺滅作用。但在起殺生作用前，由于水中溶有各種有機(jī)物等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)首先與C12反應(yīng)，耗去溶入水中的C12,只有滿(mǎn)足這些耗氯需要后，才會(huì)有多余的C12來(lái)殺滅細(xì)菌，這部分氯稱(chēng)為余氯。為維持殺滅細(xì)菌的效果，管網(wǎng)水中始終要保持余氯量的在0.5-1mg/L,在管網(wǎng)末端也要保持0.05-0.1mg/L的余氯。當(dāng)采用經(jīng)過(guò)消毒處理的自來(lái)水作鍋爐給水時(shí)，必須除去自來(lái)水中的余氯。因?yàn)橛嗦鹊拇嬖跁?huì)破壞離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)，使其強(qiáng)度變差，容易破碎。特別是在靠近自來(lái)水廠附近時(shí)，水中余氯最較高，更需注意除氯。目前常用的除氯方法有活性炭脫氯法和添加化學(xué)藥劑除氯法。（一） 活性炭脫氯法活性炭由木炭、瀝青炭和果殼、果核、動(dòng)物骨頭等經(jīng)高溫焙燒和活化制成。活性炭中有很多毛細(xì)孔相互連通，因此，比表面積極大。據(jù)測(cè)試，1克活性炭有500-1000m2的表面積，圖2-23為活性炭?jī)?nèi)部氣孔分布情況。過(guò)濾用活性炭是顆粒狀的，粒徑一般為1-4mm。這些微孔可以起吸附作用?；钚蕴棵撀炔煌耆怯捎谖锢砦阶饔茫€有催化作用，使余氯進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成碳的化合物，其反應(yīng)機(jī)理為C12+H2O====HC1+HOClHOCl====HCl+[O]（活性炭）C+[O]====CO#C+2[O]====CO2#因此，活性炭在整個(gè)吸附脫氯過(guò)程中不存在吸附飽和問(wèn)題，只是損失少量的炭。所以活性炭脫氯可以運(yùn)行相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。例如用19.6m3的活性炭粒料作濾料，處理余氯量為4mg/L的自來(lái)水時(shí)，可連續(xù)處理265萬(wàn)m3,使其余氯量小于0.01mg/L。在相同條件下，處理余氯量為2mg/L的自來(lái)水時(shí)，可使用6年之久。活性炭除能脫氯外，還能除去水中臭味、色度、有機(jī)物以及殘留的蟲(chóng)度。因此，活性炭使用一定時(shí)期后，仍會(huì)喪失其吸附能力，需要再生。再生方法較多，有的將失效活性炭在500-10000C高溫條件下焙燒，將吸附的有機(jī)物分解和揮發(fā)；也可用高壓蒸汽吹洗或用CaOH、NaCl等溶液再生清洗，將吸附的雜質(zhì)解吸下來(lái)；也可用有機(jī)溶劑萃取。但這些再生方法的經(jīng)濟(jì)效益尚有待定論，因此，有些地方對(duì)失效活性炭棄之不用，換用新的?；钚蕴棵撀鹊脑O(shè)備常使用壓力過(guò)濾器。即在過(guò)濾器中以粒狀活性炭作濾料，其他功能與前述壓力過(guò)濾器相似。（二） 化學(xué)藥劑脫氯法化學(xué)藥劑脫氯法是利用投加還原性藥劑如二氧化硫和亞硫酸鈉等，將余氯還原。其反應(yīng)分別為：SO2+HOC1+H2O====3H-+C1-+SO42-Na2SO3+HOC1====Na2SO4+HC1二氧化硫脫氯效果好，但水的pH值會(huì)因反應(yīng)中生成強(qiáng)酸而下降；而亞硫酸鈉法要好一些。后者比較簡(jiǎn)單，操作方便，同時(shí)亞硫酸鈉還可以與水中的溶解氧作用，達(dá)到除氧的目的。硬水的軟化方法水的硬度是由什么引起的：水的硬度是由碳酸氫鈣或碳酸氫鎂引起的，這種硬度叫作暫時(shí)硬度。這種水經(jīng)過(guò)煮沸以后，水里所含的碳酸氫鈣就分解成不溶于水的碳酸鈣，水里所含的碳酸氫鎂就生成難溶于水的碳酸鎂沉淀。這些沉淀物析出，水的硬度就可以降低，從而使硬度較高的水得到軟化。水的硬度是由鈣和鎂的硫酸鹽或氯化物引起的，這種硬度就叫作永久硬度。永久硬度不能用加熱的方法軟化。天然水大多同時(shí)具有暫時(shí)硬度和永久硬度，因此，一般所說(shuō)水的硬度是指上述兩種硬度的總和。所謂"硬水”是指水中所溶的礦物質(zhì)成分多，尤其是鈣和鎂。硬水并不對(duì)健康造成直接危害，但是會(huì)給生活帶來(lái)很多麻煩，比如用水器具上結(jié)水垢、肥皂和清潔劑的洗滌效率減低等。水是一種很好的溶劑，能有效去除污物雜質(zhì)。純水--無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭，被稱(chēng)作是"通用溶劑”。當(dāng)水和二氧化碳結(jié)合生成微量的碳酸時(shí)，水的溶解效果更好。當(dāng)水流過(guò)土地和巖石時(shí)，它會(huì)溶解少量的礦物質(zhì)成分，鈣和鎂就是其中最常見(jiàn)的兩種成分，也就是它們使水質(zhì)變硬。水中含鈣、鎂等礦物質(zhì)成分越多，水的硬度越大。在英國(guó)一般用以下指數(shù)表示水硬度：硬度范圍軟輕硬度中硬度高硬度超強(qiáng)硬度所溶礦物質(zhì)（毫克/升水）0-17.117.1-6060-120120-180180&以上所謂硬水，就是含有大量鈣鹽和鎂鹽離子的水。這種水在家庭使用時(shí)，不能使肥皂產(chǎn)生泡沫，還會(huì)在所洗滌的衣物上沉淀一層水垢；在燒開(kāi)水時(shí)會(huì)在壺底和熱水瓶底部漸漸地結(jié)上一層堅(jiān)硬的白色水垢。如果這種硬水使用在鍋爐或蒸汽機(jī)車(chē)上，會(huì)在鍋爐底部和管道壁上形成一層硫酸鈣或二氧化硅的“硬垢”，或一層碳酸鈣的軟垢，因而使管壁過(guò)熱變形，導(dǎo)致鍋爐和管道發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。這是很令人討厭和十分可怕的。當(dāng)然，水中的鐵鹽和錳鹽離子也是使水變硬的原因之一。含有此離子的水會(huì)把肥皂沉淀出來(lái)的水垢在織物上產(chǎn)生銹斑，若再漂白卻使污斑變得更糟。這種水用來(lái)泡茶時(shí)，茶水面上會(huì)顯出一層“水皮”，且茶的清香味兒也不翼而飛。水中的鎂的硬度會(huì)使水帶有腐蝕性和明顯的酸性，還會(huì)有一種會(huì)刺激眼睛的金屬味。鎂鹽是一種輕瀉劑。但是鎂離子僅僅使人討厭，而不會(huì)威脅人的健康。盡管一定硬度的水，能降低金屬的毒性及心血管病的發(fā)生率，但是，居民飲用的水還需進(jìn)行軟化處理，以免讓硬水帶來(lái)不良后果。硬水變?yōu)檐浰詈?jiǎn)單的辦法是在盛水的容器中加入足量的熟石灰（即是氫氧化鈣），水中的鎂鹽以氫氧化鎂的形式沉淀出來(lái)，然后再加入足量的蘇打（不純的碳酸鈉），使所有的鈣以碳酸鈣（包括已加入的熟石灰）的形式沉淀出來(lái)。經(jīng)過(guò)兩次處理的混合沉淀物便慢慢地沉淀到容器的底部(容器的底部最好呈圓錐形狀，以便清除沉淀物)。這樣，容器上部則是清潔的飲水了。實(shí)際上，用石灰和蘇打處理水并不能使水凈化，只是把水中的鈣離子和鎂離子換成了鈉離子。因此，對(duì)這種處理后的水，應(yīng)加入一點(diǎn)稀硫酸，使水的PH值為6.5左右，促其穩(wěn)定。硬水的軟化1.沉淀法：用石灰、純堿處理，使水中Ca2+、Mg2+生成沉淀析出，過(guò)濾后即得軟水，其中的錳、鐵等離子也可除去。2.軟水劑(1)Na3PO4: 3CaSO4+2Na3PO4—Ca3(PO)4"3Na2SO4(2)六偏磷酸鈉： Na4[Na2(P03)6]+Ca2+—Na4[Ca(P03)6]+2Na+(3)胺的醋酸衍生物(EDTA):與Ca2+、Fe2+、Cu2+等離子生成螯合物離子交換法：(1)原理：用無(wú)機(jī)or有機(jī)物組成一混合凝膠，形成交換劑核，四周包圍兩層不同電荷的雙電層，水通過(guò)后可發(fā)生離子交換。陽(yáng)離子交換劑：含H+、Na+固體與Ca+、、、、、、、、Mg2+離子交換陰離子交換劑：