11 水的软化(上).ppt
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1、工业给水处理工业给水处理(软化除盐软化除盐)SofteningandDemineralization第一章第一章前前言言一、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、工业用水水质标准一、水中杂质的来源一、水中杂质的来源v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(尘埃、工业污染物)埃、工业污染物)v地表:泥砂、腐殖质、有机物且溶解地壳表面的普地表:泥砂、腐殖质、有机物且溶解地壳表面的普通化合物通化合物v地下:含地下:含CO2的雨水遇地层
2、中的雨水遇地层中CaCO3、MgCO3生成生成Ca2+、Mg2+;再加上地层中易溶的;再加上地层中易溶的Na盐盐K盐、盐、氯化物氯化物等造成海水的高含盐量等造成海水的高含盐量二、水中杂质的分类二、水中杂质的分类水中杂质按粒径分为三类:水中杂质按粒径分为三类:v1m100m悬浮质悬浮质用沉淀方法(上浮、用沉淀方法(上浮、下沉)即可去除下沉)即可去除v1nm1m胶体胶体(粘土、腐殖质)胶体可(粘土、腐殖质)胶体可以稳定存在,必须加药,使胶体脱稳,混凝沉淀后以稳定存在,必须加药,使胶体脱稳,混凝沉淀后去除去除v1nm以下以下溶解物溶解物溶解于水,给生活、生产带来溶解于水,给生活、生产带来不便,是工业
3、水处理的对象(不便,是工业水处理的对象(Fe2+可导致高血压病,可导致高血压病,并可染色;并可染色;F使使牙牙变变黄;黄;Ca2+、Mg2+给洗衣带来给洗衣带来不便,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炸;放射性元素则对人体有害)三三、工业用水处理对象水中常见的溶解物、工业用水处理对象水中常见的溶解物HCO3 Cl SO42 SiO32Ca2+,Mg2+Na+,K+Fe2+,Mn2+四、工业用水水质标准四、工业用水水质标准工业用水种类繁多,水质要求各不相同工业用水种类繁多,水质要求各不相同v食品、酿造食品、酿造、饮料原料用
4、水:高于生活饮用水标准、饮料原料用水:高于生活饮用水标准v纺织、造纸纺织、造纸:水质清澈,对产生斑点的物质控制:水质清澈,对产生斑点的物质控制v锅炉补给水锅炉补给水:对产生腐蚀、结垢等的物质控制(与:对产生腐蚀、结垢等的物质控制(与锅炉压力有关系)锅炉压力有关系)v电子工业电子工业:高纯水:高纯水v循环冷却水循环冷却水:水温低,无悬浮物、藻类、微生物,:水温低,无悬浮物、藻类、微生物,对产生腐蚀、结垢等的物质控制对产生腐蚀、结垢等的物质控制第二章第二章水的软化水的软化2 2 2 2.1.1.1.1 软化的目的与方法软化的目的与方法软化的目的与方法软化的目的与方法 2 2 2 2.2.2.2.2
5、 水的药剂软化法水的药剂软化法水的药剂软化法水的药剂软化法2 2 2 2.3.3.3.3 离子交换法基本原理离子交换法基本原理离子交换法基本原理离子交换法基本原理2 2 2 2.4.4.4.4 离子交换软化方法与系统离子交换软化方法与系统离子交换软化方法与系统离子交换软化方法与系统2.1软化的目的与方法概述软化的目的与方法概述一、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、软化的方法一、软化的目的一、软化的目的1定义:去除水中部分或全部硬度的过程定义:去除水中部分或全部硬度的过程称为水的软化。称为水的软化。2目的目的(1)避免锅炉水由于硬度而生
6、垢浪费燃料、烧损部件、爆)避免锅炉水由于硬度而生垢浪费燃料、烧损部件、爆炸炸(2)避免)避免Ca2+、Mg2+对工业冷却设备正常运行的影响传热对工业冷却设备正常运行的影响传热系数低、导热性能差系数低、导热性能差(3)避免影响造纸、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二、基本概念1硬度硬度:水中: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:)国外:德国度德国度:1d=10mg/LCaO美、日美、日:1度度=
7、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=MBCBV5水中假想化合物水中假想化合物:对水加热时,水中阴阳离子便按一定规律: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,把水中有关离子以化合物的形式先后析出,根据这
8、一现象,把水中有关离子假想地结合起来,写成化合物的形式。假想地结合起来,写成化合物的形式。硬度表示方法及其换算关系硬度表示方法及其换算关系表示方法表示方法物质的量浓度物质的量浓度当量浓度当量浓度CaCO3的的质量浓度质量浓度度度定义定义C(Ca2+)=n(Ca2+)/VC(1/2Ca2+)=n(1/2Ca2+)/VCa2+的毫克的毫克当量数当量数/体积体积CaCO3的质的质量量/体积体积10mg/CaO/L单位单位mmol/Lmmol/Lmeq/Lmg/L德国度德国度0d换换算算关关系系C(Ca2+),mmol/L1221005.6C(1/2Ca2+),mmol/L0.511502.8meq/
9、L0.511502.8mg/L(CaCO3)0.010.020.0210.056德国度德国度0d0.180.360.3617.91水中离子的假想组合水中离子的假想组合(P395图图211)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。要点要点三、硬度的分类三、硬度的分类vv硬水中常见的离子:硬水中常见的离子:硬水中常见的离子:硬水中常见的离子:CaCa2+2+、MgMg2+2+、HCOHCO3 3、ClCl、SOSO4 42 2 vv总硬度(总硬度(总硬度(总硬度(H H H Ht t t t
10、):):):):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。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(暂时硬度(暂时硬度(H H H Hc c c c):):):):碳酸盐硬度(煮沸时可析出)碳酸盐硬度(煮沸时可析出)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(永久硬度(永久硬度(H H H Hn n n 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)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(钙硬度(钙硬度(H H H HCaCaCaCa)
11、:):):):镁硬度(镁硬度(镁硬度(镁硬度(H H H HMgMgMgMg):):):):vv关系:关系:关系:关系:H H H Ht t t t=H H H Hc c c c+H H H Hn n n n=H H H HCaCaCaCa +H H H HMgMgMgMgvv暂时硬度加热分解:暂时硬度加热分解:暂时硬度加热分解:暂时硬度加热分解:Mg(Mg(Mg(Mg(HCOHCOHCOHCO3 3 3 3)2 2 2 2 Mg(Mg(Mg(Mg(OH)OH)OH)OH)2 2 2 2+2+2+2+2COCOCOCO2 2 2 2 Ca(Ca(Ca(Ca(HCOHCOHCOHCO3 3 3
12、3)2 2 2 2 CaCaCaCaCOCOCOCO3 3 3 3+H H H H2 2 2 2O O O O +COCOCOCO2 2 2 2四、软化方法四、软化方法1药剂软化法药剂软化法(沉淀软化法)(沉淀软化法):基于溶度积原理,加: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。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 2 2.2.2 水的药剂软化法水的药剂软化法一、概述一、概述(定义、工艺组成)(定义、
13、工艺组成)二、石灰软化法二、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)(石灰生产过程、原理、特点、适用条件、石灰用量计算)三、其他软化法三、其他软化法(石灰(石灰苏打法;石灰苏打法;石灰石膏法)石膏法)一、概述一、概述一、概述一、概述1.1.定定义义:基基于于溶溶度度积积原原理理,加加入入某某些些药药剂剂,把把水水中中钙钙、镁离子转变成难溶化合物使之沉淀析出。镁离子转变成难溶化合物使之沉淀析出。A A、原理:溶度积原理原理:溶度积原理B B、药剂:石灰、苏打、石膏药剂:石灰、苏打、石膏C C、CaCOCaCO3 3 、Mg(OH)Mg(OH)2 2溶度积最小溶度积最小 水处
14、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)化合物化合物化合物化合物CaCO3CaSO4Ca(OH)2MgCO3Mg(OH)2溶度积溶度积溶度积溶度积4.810-96.110-53.110-51.010-55.010-122 2 工艺组成工艺组成工艺组成工艺组成原水(加药)原水(加药)原水(加药)原水(加药)混合混合混合混合反应反应反应反应沉淀沉淀沉淀沉淀过滤过滤过滤过滤消毒消毒消毒消毒 二、石灰软化法二、石灰软化法2 2、原理、原理、原理、原理:主要利用了加入的主要利用了加入的主要利用了加入的主要利用了加入的OHOHOHOH-和水中原有的和水中原有的和水中原有的和水中原
15、有的HCOHCOHCOHCO3 3 3 3-(1)分析分析1)HtAHt=Hc+HnHc有有1)中反应,而)中反应,而Hn有:有:MgSO4+Ca(OH)2=CaSO4+Mg(OH)2MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2产生了等当量的钙硬度,单纯的石灰软化不能降低水的产生了等当量的钙硬度,单纯的石灰软化不能降低水的Hn3)A=0Ht=Hn无软化效果无软化效果。反应过程:反应过程:CO2+Ca(OH)2CaCO3+H2OCa(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3+2H2OMg(HCO3)2+Ca(OH)2=CaCO3+MgCO3+2H2OMgCO3+Ca(OH)2=CaC
16、O3+Mg(OH)2由上式可以看出:由上式可以看出:v去去 除除 1摩摩 尔尔 Ca(HCO3)2需需 1摩摩 尔尔 Ca(OH)2,去去 除除 1摩摩 尔尔Mg(HCO3)2需需2摩尔摩尔Ca(OH)2。v熟石灰最易与水中游离熟石灰最易与水中游离CO2反应,而水中存在下列平衡:反应,而水中存在下列平衡:2HCO3-CO2+CO32-+H2O(a)CO32-+Ca2+CaCO3(b)v当当Ca(OH)2首首先先与与CO2反反应应后后,(a)向向右右进进行行导导致致(b)向向右右进进行,使行,使CaCO3析出,为软化创造了条件。析出,为软化创造了条件。3 3、特点、特点 只能除只能除只能除只能除
17、HcHcHcHc,不能除不能除不能除不能除HnHnHnHn 除除除除1 1 1 1摩尔钙离子摩尔钙离子摩尔钙离子摩尔钙离子HcHcHcHc需需需需1 1 1 1摩尔熟石灰;除摩尔熟石灰;除摩尔熟石灰;除摩尔熟石灰;除1 1 1 1摩尔镁离子的摩尔镁离子的摩尔镁离子的摩尔镁离子的HcHcHcHc需需需需2 2 2 2摩摩摩摩尔熟石灰尔熟石灰尔熟石灰尔熟石灰 可以去除碱度可以去除碱度可以去除碱度可以去除碱度 可去除水中部分铁和硅的化合物可去除水中部分铁和硅的化合物可去除水中部分铁和硅的化合物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,混凝剂常石灰软化与混凝处理同时进行
18、,可产生共沉效果,混凝剂常石灰软化与混凝处理同时进行,可产生共沉效果,混凝剂常石灰软化与混凝处理同时进行,可产生共沉效果,混凝剂常用铁盐用铁盐用铁盐用铁盐 余硬:余硬:余硬:余硬:Hn+0.25Hn+0.25Hn+0.25Hn+0.250.5mmol/L(0.5mmol/L(0.5mmol/L(0.5mmol/L(溶度积及溶度积及溶度积及溶度积及CaOCaOCaOCaO过剩量过剩量过剩量过剩量)含盐量降低(沉淀)含盐量降低(沉淀)含盐量降低(沉淀)含盐量降低(沉淀)经济费用低经济费用低经济费用低经济费用低4 4、适用条件、适用条件(1)Hc占大部分的源水占大部分的源水(2)预处理预处理钠离子交
19、换钠离子交换5 5、石灰用量的计算、石灰用量的计算(1)(1)通过实验确定通过实验确定以石灰投量(以石灰投量(mgCaO/L)为横坐标,以水中残留硬度(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。为纵坐标,根据实验数据绘曲线,得出最佳石灰投量。最准确最准确1)1)1)1)H H H HCaCaCaCaHHHHC C C C 水中水中水中水中H H H HC C C C仅以仅以仅以仅以Ca(HCOCa(HCOCa(HCOCa(HCO3 3 3 3)2 2 2 2形式出现形式出现形式出现形式出现(CaOCaOCaOCaO)=56c(CO=56c(CO=56c(CO
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