青岛理工大学给排水科学与工程专业《水质工程学》.pdf

水质工程学水质工程学水的软化水的软化 SOFTENINGSOFTENING青岛理工大学给水排水青岛理工大学给水排水水质工程学水质工程学应掌握的内容：软化的目的软化的目的基本概念硬度的分类软化的方法软化的方法青岛理工大学给水排水青岛理工大学给水排水水质工程学水质工程学第节第节 软化的目的与方法概述软化的目的与方法概述第第一一节节 软化的目的与方法概述软化的目的与方法概述一水的硬度的产生及危害一、水的硬度的产生及危害 在天然水中，硬度主要由钙镁离子形成通常将 钙镁离子的总和称为总硬度根据钙镁形成的盐的不钙镁离子的总和称为总硬度根据钙镁形成的盐的不 同，又可分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度见下： 硬度的危害：硬度的危害 1、会在锅炉的受热面产生水垢，降低传染效率，甚 至会引起局部受热而爆炸 2、生活中硬水会影响水的口感并产生水垢 3、食品、染色、电镀等行业，水的硬度会影响产品 的质量的质量青岛理工大学给水排水青岛理工大学给水排水水质工程学水质工程学总硬度（H ）：水中钙镁离子的总含量或总浓度总硬度（Ht）：水中钙、镁离子的总含量或总浓度暂时硬度（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）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（H ）镁硬度（HMg）：关系Ht= H + Hn= H+ H关系：Ht= Hc+ Hn= HCa+ HMg暂时硬度加热分解暂时硬度加热分解： Mg(HCO3)2→Mg(OH)2↓+2CO2↑ C ( CO )C CO ↓OCO ↑Ca(HCO3)2 →CaCO3↓+H2O +CO2↑青岛理工大学给水排水青岛理工大学给水排水水质工程学水质工程学二硬度的表示方法二、硬度的表示方法：以mmol/L表示：此法为通用的标准表示法。

以meq/L表示：以当量表示更为方便以mgCaCO3/L表示：工程上常用以10mgCaO/L为1度表示：德国度的表示方法g以上几种方法可以互为换算0.5mmol/L1meq/L50mgCaCO0.5mmol/L1meq/L50mgCaCO3 3/L2.8德国度/L2.8德国度青岛理工大学给水排水青岛理工大学给水排水水质工程学水质工程学练习题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 (2)/(2)/M(Ca2+)=40g/mol M(Mg2+)=24.3g/mol 摩尔浓度：c(Ca2+)=48.8/40 = 1.22mmol/L c(Mg2+)=48.6/24.3 = 2.0mmol/L 当量浓度： c(1/2Ca2+)=48.8/20 = 2.44meq/L c(1/2Mg2+)=48.6/12.15 = 4.0meq/L 德国度：H(Ca2+)= 2.44meq/LX2.8 = 6.832 Od H(Mg2+)= 4.0meq/LX2.8 = 11.2 Od mgCaCO3/L): ρ(Ca2+)= 2.44meq/LX50 = 122 mgCaCO3/L)青岛理工大学给水排水青岛理工大学给水排水ρ(Mg2+)= 2.44meq/LX50 = 122 mgCaCO3/L)水质工程学水质工程学三、天然水的假想离子平衡三、天然水的假想离子平衡天然水中的阳离子主要有Ca2+、Mg2+、Na+(K+)，阴离子 主要有HCO3-、SO42-、Cl-，按照水加热析出的顺序，可形主要有 CO3、SO4、C ，按照水加热析出的顺序，可形 成假想的化合物。

这对选择软化的方案具有一定的指导作用 1）硬度大于碱度）硬度大于碱度Ca2+(mmol/L)Mg2+(mmol/L)Na+(mmol/L) HCO3-(mmol/L)SO42 -(mmol/L)Cl-(mmol/L)2）硬度等于碱度）硬度等于碱度3()4()()Ca2+(mmol/L) Mg2+(mmol/L)Na+(mmol/L)3）硬度小于碱度）硬度小于碱度HCO3-(mmol/L)SO42 -(mmol/L) Cl-(mmol/L)Ca2+(mmol/ L)Mg2+(mmol/L)Na+(mmol/L)HCO (l/L)SO2(l/L) Cl (l/L)青岛理工大学给水排水青岛理工大学给水排水HCO3-(mmol/L)SO42 -(mmol/L) Cl-(mmol/L)水质工程学水质工程学四、水的软化方法 水的软化方法有三种： 1. 将水中的钙镁离子转化为溶解度极低的CaCO3和 Mg(OH)2，然后通过沉淀去除 这种方法称为药剂软化药剂软化2. 利用离子交换剂将水中的钙镁离子与钠－氢离子 进行交换 这种方法称为离子交换软化离子交换软化 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）青岛理工大学给水排水青岛理工大学给水排水水质工程学水质工程学第二节第二节 水的药剂软化水的药剂软化原理基于溶度积原理加入某些药剂把水中钙镁离子第二节第二节 水的药剂软化水的药剂软化原理：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 向水中加CaCO3 →Ca2++CO32-（向水中加CO32-） 当KspHC水中HC仅以Ca(HCO3)2形式出现（2）HCa>HC水中HC仅以Ca(HCO3)2形式出现 ρ（CaO）=56[c(CO2)+c(Ca(HCO3)2)+c(Fe2+)+K+α],(mg/L) c(CO )——源水中游离二氧化碳浓度mmol/Lc(CO2)源水中游离二氧化碳浓度mmol/L c(Ca(HCO3)2)——源水中Ca(HCO3)2浓度mmol/L c(Fe2+)——源水中Fe2+浓度mmol/Lc(Fe )源水中Fe浓度mmol/L K——混凝剂投量mmol/L α——CaO过剩量0 1~0 2mmol/Lα——CaO过剩量0.1 0.2mmol/L [CaO]=[CO2] +[Ca(HCO3)2]+[Fe2+]+K+α, meq/L [CO ]源水中游离二氧化碳浓度meq/L[CO2]——源水中游离二氧化碳浓度meq/L [Ca(HCO3)2]——源水中Ca(HCO3)2浓度meq/L [F2+]源水中F2+浓度/L[Fe2+]——源水中Fe2+浓度meq/L K——混凝剂投量meq/L C O过剩量0 02~0 04/L青岛理工大学给水排水青岛理工大学给水排水α——CaO过剩量0.02 0.04meq/L 水质工程学水质工程学二石灰苏打软化二、石灰－苏打软化原理： CaSO4+ Na2CO3= CaCO3+ Na2SO4 CaCl2+ Na2CO3= CaCO3+ 2NaCl MgSO4+ Na2CO3= MgCO3+ Na2SO4 MgCl2+ Na2CO3= MgCO3+ 2NaCl MgCO3+ Ca(OH)2= Mg(OH)2 + CaCO3特点：1、可以同时去除水的碳酸盐硬度和非碳酸盐 硬度。

2、该法适合于硬度大于碱度的水含非碳 酸盐硬度）青岛理工大学给水排水青岛理工大学给水排水水质工程学水质工程学A、HCa>HCCaCa2+2+MgMg2+2+NaNa+ +CaCaMgMgNaNa HCOHCO3-3-SOSO42-42-SOSO42-42-Cl-Cl-CaO=28([CO2]+HcCa+HnMg+K+α)(g/T) B、HCa0 2mm ，国产的一般都d>0.2mm ，国产的般都 在0.3~1.2mm青岛理工大学给水排水青岛理工大学给水排水水质工程学水质工程学3交联度3、交联度 树脂结构骨架的交联程度取决于制造过程 苯乙烯系树脂的交联度是指二乙烯苯的质苯乙烯系树脂的交联度是指二乙烯苯的质 量占苯乙烯和二乙烯苯总量的百分率交联度 ＝%100二乙烯苯苯乙烯二乙烯苯交联度对树脂的主要指标具有很大影响， 如交换容量，含水率，溶胀度，机械强度等如交换容量，含水率，溶胀度，机械强度等 水处理用的离子交换树脂，交联度以7~10 ％为宜此时树脂网架中的平均孔隙亦即孔道％为宜此时，树脂网架中的平均孔隙亦即孔道 宽度为20~40i青岛理工大学给水排水青岛理工大学给水排水水质工程学水质工程学4含水率4、含水率 指每克湿树脂所含水分的百分数。

含水率 = 溶涨水重/（干树脂重+溶涨水重）％交联度越小，孔隙率越大，含水率越高如下图青岛理工大学给水排水青岛理工大学给水排水水质工程学水质工程学5溶胀性5、溶胀性 树脂的溶胀性是指干树脂浸水后（绝对溶胀）或 树脂转型后（相对溶胀）体积发生变化的现象树脂转型后（相对溶胀）体积发生变化的现象 溶胀度与树脂的交联度、活性基团有关 树脂的溶胀性也是树脂用量计算和树脂维护应注树脂的溶胀性也是树脂用量计算和树脂维护应注 意的一个方面通常树脂应在湿式条件下保存以防 溶胀破裂溶胀破裂 交联度越小，交换基团越易离解，可交换离子水 合半径越大，则溶涨率越大 树脂周围溶液电解质浓度越高，渗透压越大，溶 涨率越小青岛理工大学给水排水青岛理工大学给水排水水质工程学水质工程学一般强酸性阳离子树脂由Na型变为H型，其体积约增加5%一般强碱性阴离子树脂由Cl型变为OH型，其体积约增加 5%~10% 在交换再生过程中会发生涨缩多次涨缩会使颗粒破碎在交换、再生过程中会发生涨缩，多次涨缩会使颗粒破碎生产中应尽量加长工作周期，减少再生次数，以延长树脂 的使用寿命的使用寿命实际中总是先将树脂溶胀，然后再装青岛理工大学给水排水青岛理工大学给水排水水质工程学水质工程学6密度6、密度 湿真密度＝湿树脂质量/树脂颗粒的净体积（g/mL)实用意义实用意义： 一般在1.04~1.30 g/ml左右 反洗强度的确定混合床树脂的选择反洗强度的确定，混合床树脂的选择。

在用于混合床和双层床操作工艺时，为了使两种树脂能 借真密度的不同而分层必须使搭配树脂的湿真密度有足够借真密度的不同而分层，必须使搭配树脂的湿真密度有足够 的差值湿视密度＝湿树脂质量/树脂的堆积体积（g/mL) 实用意义：实用意义： 一般在0.6~0.85 g/ml ，用来计算树脂用量，是设计离 子交换装置时的重要参考数据青岛理工大学给水排水青岛理工大学给水排水子交换装置时的重要参考数据水质工程学水质工程学7交换容量7、交换容量 交换容量是指树脂的交换能力的大小 交换容量分为全交换容量和作交换容量交换容量分为：全交换容量和工作交换容量 全交换容量代表树脂的所具有的活性基团的总 数量是树脂最大的交换能力数量，是树脂最大的交换能力 工作交换容量是指在实际工作条件下的交换能 力般只有总交换容量的与作力，一般只有总交换容量的６０～７０％与工作 参数如接触时间、交换器形式、再生方式、树脂层 高度原水含盐量等有关高度、原水含盐量等有关 交换容量的单位为mmol/L(湿树脂）mmol/g(干 树脂）树脂） 国产：强酸树脂 4~5 meq/g 弱酸树脂9 12/l青岛理工大学给水排水青岛理工大学给水排水弱酸树脂9~12meq/ml水质工程学水质工程学8有效PH值8、有效PH值 此范围与树脂内活性基团的解离常数有关。

由于树脂活性基团分为强酸弱酸强碱和弱碱水由于树脂活性基团分为强酸、弱酸、强碱和弱碱，水 的PH值势必对它们的交换容量产生影响强酸、强碱树 脂的活性基团电离能力强，其交换容量基本与PH值无关脂的活性基团电离能力强，其交换容量基本与PH值无关 弱酸树脂在水PH值低时不电离或只部分电离，因而 只能在碱性溶液中，才含有较高的交换能力弱碱性树只能在碱性溶液中，才含有较高的交换能力弱碱性树 脂相反，在PH值高时不电离或只部分电离只是在酸性 溶液中才含有较高的交换能力因此我们得出各种类型 树脂的使用有效P。