13水的軟化和除鹽水的軟化和除鹽

硬度是水質(zhì)的一個重要指標(biāo)。生活用水與生產(chǎn)用水均對硬度指標(biāo)有一定的要求，是鍋爐用水中若含有硬度鹽類，會在鍋爐受熱面上生成水垢，從而降低鍋爐熱效率、燃料消耗，甚至因金屬壁面局部過熱而燒損部件、引起爆炸。因此，對于低壓鍋爐，要進(jìn)行水的軟化處理；對于中、高壓鍋爐，則要求進(jìn)行水的軟化與脫鹽處理。一、軟化的目的與方法概述什么是軟化？軟化的目的硬度的概念硬度的種類及區(qū)別硬度的表示方法和單位硬度表示方法之間的換算關(guān)系硬水與軟水水中離子的假想結(jié)合目前水的軟化處理的幾種主要方法什么是軟化？軟化定義：去除水中部分或全部硬度的過程稱為水的軟化。第一章軟化軟化目的：（1）避免鍋爐水由于硬度而生垢浪費燃料、燒損部件、爆炸（2）避免Ca2+、

Mg2+對工業(yè)冷卻設(shè)備正常運行的影響傳熱系數(shù)低、導(dǎo)熱性能差（3）避免影響造紙、紡織等行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量消除不良影響，滿足生活和工業(yè)用水的要求！中心目的硬度的概念硬度鹽類包括Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Fe3+、Al3+等易形成難溶鹽類的金屬陽離子。在一般天然水中，主要是Ca2+和Mg2+，其它離子含量很少，通常以水中Ca2+和Mg2+的總含量稱為水的總硬度HT。軟化硬度的種類及區(qū)別總硬度非碳酸鹽硬度碳酸鹽硬度碳酸鹽硬度(Hc):由于水中含有Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2而形成的硬度，經(jīng)煮沸后可把硬度去掉，這種硬度稱為碳酸鹽硬度，亦稱暫時硬度。非碳酸鹽硬度(HF):由于水中含有CaSO4和MgSO4等鹽類物質(zhì)而形成的硬度，經(jīng)煮沸后也不能去除，這種硬度稱為非碳酸鹽硬度，亦稱永久硬度。軟化硬度的表示方法和單位物質(zhì)的量濃度（法定計量單位）

mol/L或mmol/L基本單元選用1/2Ca2+和1/2Mg2+（當(dāng)量粒子）當(dāng)量濃度（Ca2+和Mg2+的毫克當(dāng)量數(shù)/體積）

meq/LCaCO3的質(zhì)量濃度（CaCO3的質(zhì)量/體積）

mgCaCO3/L德國度（10mgCaO/L)

od軟化硬度的表示方法之間的換算關(guān)系表示方法物質(zhì)的量濃度當(dāng)量濃度CaCO3的質(zhì)量濃度度定義c(Ca2+)=n(Ca2+)/Vc(1/2Ca2+)=n(1/2Ca2+)/VCa2+的毫克當(dāng)量數(shù)/體積CaCO3的質(zhì)量/體積10mgCaO/L單位mmol/Lmmol/Lmeq/Lmg/L德國度（od）換算關(guān)系c(Ca2+)mmol/L12.02.01005.6c(1/2Ca2+)mmol/L0.5011502.8meq/L0.0511502.8mg/l(CaCO3)0.010.020.0210.056德國度(od)0.180.360.3617.91軟化硬水與軟水通常根據(jù)硬度的大小，把水分為硬水與軟水。軟水：<8度稍硬水：8~16度硬水：16度~30度極硬水：>30度軟化水中離子的假想結(jié)合天然水（電中性）陽離子陰離子Ca2+Mg2+Na+HCO3-

SO42-Cl-水加熱后，溶解度變小，會按一定的規(guī)律有先有后分別結(jié)合成某些化合物從水中沉淀析出，析出順序如下：Na鹽CaSO4MgSO4CaCO3Mg(OH)2軟化水中離子的假想結(jié)合c(1/2Ca2+)=2.4c(1/2Mg2+)=1.2c(1/2Na+)=1.2c(HCO3-)=1.2c(1/2SO42-)=1.8c(Cl-)=1.8c(1/2Ca(HCO3)2)=1.2c(1/2CaSO4)=1.2c(1/2MgSO4)=0.6c(1/2MgCl2)=0.6c(NaCl)=1.2上圖清晰的表明水中各種離子的假想組合情況以及化合物含量的大小，這樣，便于對水質(zhì)進(jìn)行分析研究。軟化目前水的軟化處理的幾種主要方法藥劑軟化法或沉淀軟化法基于溶度積原理，加入某些藥劑，把水中Ca2+、Mg2+轉(zhuǎn)變成難溶化合物使之沉淀析出。離子交換軟化法基于離子交換原理，利用某些離子交換劑所具有的陽離子（Na+和H+）與水中Ca2+、Mg2+離子進(jìn)行交換反應(yīng)，達(dá)到軟化的目的。電滲析法基于電滲析原理，利用離子交換膜的選擇透過性，在外加電場作用下，通過離子的遷移，在進(jìn)行水的局部除鹽的同時，達(dá)到軟化的目的。反滲透與超濾蒸餾法其中電滲析、反滲透、超濾和蒸餾主要用于水的除鹽與咸水淡化。軟化加熱二、水的藥劑軟化法溶度積原理石灰軟化石灰軟化的原理石灰軟化過程石灰軟化的主要去除物石灰用量的計算石灰軟化的效果石灰軟化的適用范圍石灰-蘇打軟化石灰-石膏軟化軟化溶度積原理在一定溫度下，難溶電解質(zhì)（假定為AmBn）飽和溶液中離子的相對濃度的系數(shù)方次項的乘積，為一常數(shù)Ksp，稱為溶度積常數(shù)。Ksp=[A+]m[B-]n溶度積規(guī)則：當(dāng)溶液中[A+]m?[B-]n>Ksp有沉淀生成，沉淀完全后，溶液呈飽和狀態(tài)[A+]m?[B-]n=Ksp無沉淀生成，溶液呈飽和狀態(tài)

[A+]m?[B-]n<Ksp溶液不飽和，尚可溶解少量固體軟化溶度積原理水中常見難溶化合物溶度積(25oC)之間的關(guān)系Mg(OH)2<CaCO3<Ca(OH)2<MgCO3<CaSO4水的藥劑軟化工藝基本原理：溶度積原理工藝過程：按一定量投加某些藥劑（如石灰、蘇打等）于原水中，使之與水中Ca2+、Mg2+反應(yīng)生成沉淀物CaCO3和Mg(OH)2。軟化石灰軟化——石灰軟化的原理基本概念：生石灰：由石灰石經(jīng)過煅燒制取的CaO；消化過程：石灰加水反應(yīng)；熟石灰或消石灰：消化過程的生成物Ca(OH)2；石灰軟化原理：(1)Ca(OH)2→Ca2++2OH-(2)2HCO3-+2OH-→2CO32-+2H2O(3)Ca2++CO32-→CaCO3↓(4)Ca(OH)2+2HCO3-→CaCO3↓+CO32-+2H2O本質(zhì)：投加石灰產(chǎn)生過剩的CO32-離子，使之與水中的Ca2+生成CaCO3沉淀析出。每加入1molCa(OH)2，可去除水中1molCa2+。軟化石灰軟化——石灰軟化過程石灰軟化的實際過程：(6)式是石灰軟化的主要反應(yīng)結(jié)論：去除1molCa(HCO3)2，要消耗1molCa(OH)2去除1molMg(HCO3)2，要消耗2molCa(OH)2軟化石灰軟化——石灰軟化過程反應(yīng)的本質(zhì)是碳酸平衡反應(yīng)(9)2HCO3-

CO2+CO32-+H2O(10)CO32-+Ca2+CaCO3結(jié)論：游離CO2成為促使HCO3-和CO32-相互轉(zhuǎn)化的重要因素。石灰軟化時，石灰與水中游離CO2反應(yīng)，使反應(yīng)(9)向右進(jìn)行，產(chǎn)生CO32-，使水中的Ca2+生成CaCO3沉淀析出，達(dá)到去除Ca2+的目的。軟化石灰軟化——石灰軟化過程對非碳酸鹽硬度的影響：

MgSO4+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaSO4MgCl2+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCl2結(jié)論：熟石灰與水中非碳酸鹽的鎂硬度起反應(yīng)生成Mg(OH)2的同時產(chǎn)生了等物質(zhì)的量的非碳酸鹽的鈣硬度。軟化石灰軟化——石灰軟化的主要去除物石灰軟化的主要去除物：石灰軟化主要是去除水中的碳酸鹽硬度以及降低水的堿度。投加中要注意的問題：過量投加石灰，會增加水的硬度。軟化石灰軟化——石灰用量的計算石灰軟化往往與混凝同時進(jìn)行，有利于混凝沉淀。石灰用量ρ（CaO)(以100%CaO計算）可按下列兩種情況進(jìn)行估算。鈣硬度>碳酸鹽硬度，此時水中碳酸鹽硬度僅以Ca(HCO3)2形式出現(xiàn)(13)ρ(CaO)=56[c(CO2)+c(Ca(HCO3)2+c(Fe2+)+K+α],mg/L鈣硬度<碳酸鹽硬度，此時水中碳酸鹽硬度以Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2形式出現(xiàn)ρ(CaO)=56[c(CO2)+c(Ca(HCO3)2+2c(Mg(HCO3)2+c(Fe2+)+K+α],mg/L式中c(CO2)——原水中游離CO2濃度，mmol/L；

c(Fe2+)——原水中鐵離子濃度，mmol/L；

K——鐵鹽或鋁鹽混凝劑投加量，mmol/L；

α——CaO過剩量，一般為0.1~0.2mmol/L。軟化石灰軟化——石灰軟化效果經(jīng)石灰軟化處理后，去除效果如下：剩余碳酸鹽硬度：0.25~0.5mmol/L剩余堿度：0.8~1.2mmol/L硅化合物去除率：30%~35%有機(jī)物去除率：約25%鐵殘留量：約0.1mg/L軟化石灰軟化——石灰軟化的適用范圍石灰軟化的適用范圍：原水碳酸鹽硬度較高、非碳酸鹽硬度較低且不要求深度軟化的場合。石灰軟化法可與鈉離子交換法聯(lián)合使用，用于原水的碳酸鹽硬度較高且要求深度軟化的情況，這時石灰軟化可作為鈉離子交換法的預(yù)處理。軟化石灰—蘇打軟化能去除水中的永久硬度過程：在水中同時投加石灰和蘇打(Na2CO3)作用：石灰——降低水的碳酸鹽硬度；蘇打——降低水的非碳酸鹽硬度。與Na2CO3有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)：(15)CaSO4+NaCO3→CaCO3↓+Na2SO4(16)CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaCl(17)MgSO4+Na2CO3→MgCO3+Na2SO4(18)MgCl2+Na2CO3→MgCO3+2NaCl(19)MgCO3+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCO3↓效果：軟化水的剩余硬度可降低到0.15~0.2mmol/L適用范圍：硬度>堿度軟化但純堿太貴，此法一般不用。

（1）

適用條件：當(dāng)原水的堿度大于硬度，即負(fù)硬度（有堿度存在時）出現(xiàn)時。

（2）

目的：去除硬度的同時去除堿度

（3）

反應(yīng)原理：（石膏也可用CaCl2代替）

2NaHCO3+CaSO4+Ca(OH)2→2CaCO3↓+Na2SO4+H2O

練習(xí)題：原水中Ca2+濃度1.8meq/L，Mg2+濃度0.8meq/L，HCO3-濃度2.3meq/L，F(xiàn)e2+濃度1.5meq/L，CO2濃度0.24meq/L。用石灰法對原水進(jìn)行軟化，混凝劑投量為0.3meq/L，試求石灰用量（以gCaO/（T原水）計）。

石灰—石膏軟化三、水的除鹽水的除鹽與咸水淡化幾個基本概念：水的純度：以水中含鹽量或水的電阻率來衡量。電阻率：指斷面1cmX1cm，長1cm體積的水所測得的電阻，單位為歐姆?厘米（Ω?cm）。概述水的除鹽與咸水淡化分類及處理方法：分類別名含鹽量mg/L電阻率25oC106Ω?cm所屬范疇處理方法淡化水將高含鹽量的水經(jīng)過局部除鹽處理后，成為生活及生產(chǎn)用的淡水。咸水淡化蒸餾、反滲透、電滲析、冷凍脫鹽水蒸餾水1~50.1~1.0水的除鹽離子交換法，可與電滲析或反滲透聯(lián)合用于水的深度除鹽處理純水