水的軟化和除鹽

1、13 水的軟化和除鹽水的軟化和除鹽 硬度硬度是水質的一個重要指標。生活用水與生產用水均對硬度指標硬度指標有一定的要求，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，要進行水的軟化處理軟化處理；對于中、高壓鍋爐，則要求進行水的軟化與脫鹽軟化與脫鹽處理。一、軟化的目的與方法概述一、軟化的目的與方法概述l什么是軟化？什么是軟化？l軟化的目的軟化的目的l硬度的概念硬度的概念l硬度的種類及區(qū)別硬度的種類及區(qū)別l硬度的表示方法和單位硬度的表示方法和單位l硬度表示方法之間的換算關系硬度表示方法之間的換算關

2、系l硬水與軟水硬水與軟水l水中離子的假想結合水中離子的假想結合l目前水的軟化處理的幾種主要方法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。第一章第一章 軟軟 化化軟 化目的：（1）避免鍋爐水由于硬度而生垢浪費燃料、燒浪費燃料、燒損部件、爆炸損部件、爆炸（2）避免 Ca2+ 、 Mg2+對工業(yè)冷卻設備正常運行 的影響傳熱系數低、導熱性能差傳熱系數低、導熱性能差（3）避免影響造紙、紡織等行業(yè)產品質量消除不良影響，滿足生活和工業(yè)用水的要求！消除不良影響，滿足生活和工業(yè)用水的要求！中心目的中心目的硬硬 度度 的的 概概 念念u硬度鹽類包括Ca2+、M

3、g2+、 Fe2+、Mn2+、 Fe3+、Al3+等易形成難溶難溶鹽類鹽類的金屬金屬陽陽離離子子。u 在一般天然水天然水中，主要是Ca2+和Mg2+，其它離子含量很少，通常以水中Ca2+和Mg2+的總含量總含量稱為水的總硬度總硬度HT。軟 化硬硬 度度 的的 種種 類類 及及 區(qū)區(qū) 別別總硬度非碳酸鹽硬度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，亦稱暫時硬度暫時硬度。非碳酸鹽硬度非碳酸鹽硬度(HF):由于水中含有CaSO4和MgSO4等鹽類物質而形成的硬度，經煮沸后也不能去除，這種硬度稱

4、為非碳酸鹽硬度，亦稱永久硬度永久硬度。軟 化硬硬 度度 的的 表表 示示 方方 法法 和和 單單 位位物質的量濃度物質的量濃度（法定計量單位） mol/L或mmol/L基本單元選用1/2Ca2+和1/2Mg2+（當量粒子）當量濃度當量濃度（Ca2+和Mg2+的毫克當量數/體積） meq/LCaCO3的質量濃度的質量濃度（ CaCO3的質量/體積） mg CaCO3/L德國度德國度（10mgCaO/L) d軟 化硬度的表示方法之間的換算關系硬度的表示方法之間的換算關系表示方法物質的量濃度當量濃度CaCO3的質量濃度度定義c(Ca2+)=n(Ca2+)/Vc(1/2Ca2+)=n(1/2Ca2+)

5、/VCa2+的毫克當量數/體積CaCO3的質量/體積10mgCaO/L單位mmol/Lmmol/Lmeq/Lmg/L德國度（d）換算關系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(d)0.180.360.3617.91軟化硬水與軟水硬水與軟水通常根據硬度的大小，把水分為硬水與軟水。軟水軟水：30度軟 化水水 中中 離離 子子 的的 假假 想想 結結 合合天然水（電中性）天然水（電中性）陽陽 離離 子子陰陰 離離 子子Ca2+ Mg2+

6、 Na+HCO3- SO42- Cl- 水加熱后，溶解度變小，會按一定的規(guī)律有先有后分別結合成某些化合物從水中沉淀析出，析出順序如下：軟 化水水 中中 離離 子子 的的 假假 想想 結結 合合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，便于對水質進行分析研究。軟化目

7、前水的軟化處理的幾種主要方法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+轉變成難溶化合物使之沉淀析出。離子交換軟化法離子交換軟化法 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+離子進行交換反應，達到軟化的目的。電滲析法電滲析法 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，在進行水的局部除鹽的同時，達到軟化的目的。反滲透與超濾反滲透與超濾蒸餾法蒸餾法 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 化加熱加熱二、水二、

8、水 的的 藥藥 劑劑 軟軟 化化 法法 溶度積原理溶度積原理 石灰軟化石灰軟化 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 石灰石灰-蘇打軟化蘇打軟化 石灰石灰-石膏軟化石膏軟化軟 化溶溶 度度 積積 原原 理理 在一定溫度一定溫度下，難溶電解質（假定為AmBn）飽和飽和溶液溶液中離子的相對濃度的系數方次項的乘積，為一常數Ksp ，稱為溶度積常數溶度積常數。 Ksp=A+mB-n溶度積規(guī)則：當溶液中 A+mB-nKsp 有沉淀生成，沉淀完全后，溶液呈飽和狀態(tài) A+mB-n=Ksp 無沉淀生成，溶液呈飽和狀態(tài) A+mB-nKsp 溶液不

9、飽和，尚可溶解少量固體軟 化溶溶 度度 積積 原原 理理水中常見難溶化合物溶度積(25C)之間的關系 Mg(OH)2CaCO3Ca(OH)2MgCO3 碳酸鹽硬度碳酸鹽硬度，此時水中碳酸鹽硬度僅以Ca(HCO3)2形式出現(xiàn)(13) (CaO)=56c(CO2)+c(Ca(HCO3)2+c(Fe2+)+K+, mg/L鈣硬度鈣硬度堿度軟 化但純堿太貴，此法一般不用。但純堿太貴，此法一般不用。（1） 適用條件：適用條件：當原水的堿度大于硬度，即當原水的堿度大于硬度，即負硬度負硬度（有堿度存在時）出現(xiàn)時。（有堿度存在時）出現(xiàn)時。（2） 目的：去除硬度的同時去除堿度目的：去除硬度的同時去除堿度（3）

10、反應原理：（石膏也可用反應原理：（石膏也可用CaCl2代替）代替）2NaHCO3+CaSO4+Ca(OH)22CaCO3+Na2SO4+H2O練習題：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。用石灰法對原水進行軟化，混凝劑投量為0.3meq/L，試求石灰用量（以g CaO /（T原水）計）。 石灰石灰石膏軟化石膏軟化三、三、 水的除鹽水的除鹽水的除鹽與咸水淡化幾個基本概念：幾個基本概念：水的純度：以水中水的純度：以水中含鹽量含鹽量或或水的電阻率水的電阻率來衡量。來衡量。電阻率：指

11、斷面電阻率：指斷面1cmX1cm，長，長1cm體積的水所測得的體積的水所測得的電阻電阻，單位為歐姆單位為歐姆 厘米（厘米（cmcm）。）。概概 述述水的除鹽與咸水淡化分類及處理方法：分類及處理方法：分類別名含鹽量mg/L電阻率25C106cm所屬范疇處理方法淡化水將高含鹽量的水經過局部除鹽處理后，成為生活及生產用的淡水。咸水淡化蒸餾、反滲透、電滲析、冷凍脫鹽水蒸餾水150.11.0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去離子水11.010高純水超純水10概概 述述水的除鹽與咸水淡化進水水質預處理進水水質預處理是水的淡化和除鹽系統(tǒng)的一個重要組是水的淡化和除鹽系統(tǒng)的一個

12、重要組成部分，是保證處理裝置安全運行的條件。成部分，是保證處理裝置安全運行的條件。 為什么要預處理？為什么要預處理？水中雜質對膜和樹脂的危害：水中雜質對膜和樹脂的危害：（1）懸浮物和膠體）懸浮物和膠體 粘附粘附 膜表面膜表面 堵塞堵塞 樹脂微孔道樹脂微孔道 脫鹽率脫鹽率降低降低（2）微生物、細菌）微生物、細菌 膜和樹脂膜和樹脂 表面表面生長繁殖生長繁殖 降低設備性能降低設備性能（3）無機離子（高價離子，鐵或錳）能與膜和樹脂牢固）無機離子（高價離子，鐵或錳）能與膜和樹脂牢固結合，并使之結合，并使之中毒中毒，降低工作性能。鈣、鎂離子在某些情，降低工作性能。鈣、鎂離子在某些情況下能在表面況下能在表面

13、結垢沉淀結垢沉淀，在反滲透法中應采取措施調整，在反滲透法中應采取措施調整PH值值（4）水中）水中游離氯游離氯能對膜進行氧化，使樹脂降解。能對膜進行氧化，使樹脂降解。概概 述述水的除鹽與咸水淡化進水水質預處理的作用？進水水質預處理的作用？ 保證處理裝置安全運行。保證處理裝置安全運行。去除些什么？去除些什么？ 懸浮物、有機物、膠體物質、微生物、細菌及某些有懸浮物、有機物、膠體物質、微生物、細菌及某些有害物質（鐵、錳）害物質（鐵、錳）P422 膜分離裝置和離子交換起對進水水質指標的要求膜分離裝置和離子交換起對進水水質指標的要求污染指數污染指數FI：在規(guī)定壓力和時間的條件下，濾膜通過一定：在規(guī)定壓力和時間的條件下，濾膜通過一定水量的阻塞率。水量的阻塞率。越小越好越小越好概概 述述水的除鹽與咸水淡化預處理系統(tǒng)如何選擇？預處理系統(tǒng)