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1、课程名称:水质工程学I第周,第21讲次摘要授课题目(章、节)第七章水的软化7-1水软化的目的与方法概述7-2水的药剂软化法【目的要求】通过本讲课程的学习,学会建立的方法,特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】7-1水软化的目的与方法概述属工业给水处理,某些工业用水,对水质有特殊的要求:如:硬度;蒸发残渣;纯度;温度;腐蚀性;结垢的缓解等。包括:水的软化;水的淡化和除盐;水的冷却;循环水水质稳定。71、水软化的目的与方法概述1悬浮物胶体状物质A混凝,沉淀,过滤,天然水中含K+阴离子析出的顺序为:HCO3-fS012-C注:HCO3一的析出是反应后析出,2HC03MC03+
2、C02t+H2O假设化合物一一将水中各种离子加热水蒸发,按其沉淀折出的先后顺序,假想组成某些结合物。-J.4(l2lt)1.3t21-1.)r(HOK).J(l9i*l.e*)(a)-1.1-1-1t-.水中鼻,第IC里纳今隹;7AWr)SC.It.应用:(1)可以拟定水的处理方案;(2)可知物质析出的先后顺序;(3)可以写出化学方程式。注意:水质分析的阴阳离子当量数应相等,如不相等时,误差不可超过5%。二、硬度:硬度物质:Ca2+MgFe?MS/FeAl*等1、(总)硬度一一把水中能生成水垢的钙、镁离子的总含量称为水的总硬度,用Ht表示。2、硬度分类:总硬度又分为:(1)碳酸盐硬度(暂时硬度
3、)He:加热后可以析出CaCo3;MgCO3;Mg(OH)2沉淀的硬度。Ca2+2HCO;-CaCO3J+CO2+H2OMg2+2HCO;-MgCO3J+CO2H2OMgCo3+H20Mg(OH)2J+CO2(2)非碳酸盐硬度(永久硬度)Hn:加热后不析出沉淀物,如MgS04按离子种类分:钙硬度:Hca镁硬度:HMg复习化学单位:一、物质的量n:1、使用物质的量n所表达的是:基于某一物系中所包含某特定种类粒子数多少而给出的一个量。2、物质的量n是Sl的基本量,因而它不可能有意义。(因为一切基本量都没有定义)3、表达式:系统中有N个基本单元X,其基本单元X的量n(X)为:MX)=冷L-阿伏加德罗
4、常数,L=6.02213761023mo1X基本单元,基本单元可以是原子、分子、离子、电子及其它粒子,或是这些粒子的“特定组合”。12如:2C()2;MnO4;e;N;C-C(碳一碳键)。例:m(S)和口(SJm(S)一是以1个S做基本单元。m(SJ一是以8个S做基本单元。若:KS)=Wl=咤1=8拉)/.(S)=8(S8)通式:n1f-xl=zn(X)-X称为当量粒子。Z常用:Z一等于离子电荷数。二、摩尔质量M:1、摩尔质量M:是联系物质的量n与其质量In的一个量。2、定义:某一基本单元X在一物系中的总质量为m(x),其量为n(x),则其摩尔质量M(X)为:M(X)=”(X)单位:g/mol
5、对于给定的基本单元X,其摩尔质量M(X)是一物理常量。如:M(Ca)=40.08g/molM(H)=L0079g/molM(H*)=1.0074gmolM(l2Ca2+)=20.04gmol3、摩尔质量M(X)与M(LX)的关系:zM-XU-M(X)zJz三、物质的量浓度C:1、定义:C(X)=也LVM(X)VV溶液的体积,常用单位升(L)或亳升(ml)。2、同一溶液,X与当量粒子LX的浓度关系:zCx)=zC(x)c(x)=-cf-x13、硬度的单位与度量:(1)物质的量浓度:i法定:mmol/L1/2Ca2+的摩尔浓度,以电子数为粒子量单位。ii常用:mmol/LCa2,摩尔浓度,以Ca粒
6、子量单位。(2)当量浓度:meq/L毫克当量.(3)德国度:1OmgCaO/L为一度d。(4)折算CaCO3的量浓度:美日等国用。mg(CaC03)/L换算关系:1(Ca2+)mmol/L=2.0(1/2Ca2+)mmol/L=2.0megL=5.6do=IOOmg(CaCO3)/L覆及寰示方法及89*美泰a*tCMTHft*S(Ct,)C,)/Vc(IW)(l,)/Vc依京广0*/体网CaCOl的l4(XVLmnO/Lmk4LL修复厦Ci)c,:.EWLIDO9.美C(l/ac?*).OJOI-;I24U.M1Iso2.S7L(M)01.osMSCd)IIIe.M.07.14、天然水据硬度分
7、类;极软水:4do30do11.Ommol(l2Ca2+)L5、硬度与碱度的关系:两者单位相同。碱度:水中所含能与强酸发生中和作用的全部物质。”氢氧化物碱度(天然水中含量极小)0旷离子含量(2)碱度分类:Y碳酸盐碱度(天然水中含量极小)CO32-重碳酸盐碱度(天然水中含量高HCO3一(3)关系:同一水样中的碱度和硬度,i总碱度总硬度时:水中有碳酸盐和非碳酸盐硬度。则:总硬度一总碱度二非碳酸盐硬度。总碱度二碳酸盐硬度。ii总碱度总硬度时:除Ca*M-外,还有Na+,K+重碳酸盐。总碱度一总硬度二负硬度(钠盐碱度)iii总碱度二总硬度时:水中只有碳酸盐硬度。即:总硬度二总碱度二碳酸盐硬度三、软化的
8、目的:1、硬度的危害:锅炉用水:硬度大,使锅炉结垢,水垢的传热系数是钢铁的1/50,所以造成燃料的浪费;传热不均匀时,使金属烧损,引起锅炉爆炸。冷凝器中水硬度高:会结垢,堵管,增加水管阻抗一一增加能耗。印染造纸等工业对水的硬度都有一定要求(产品质量)。日常生活:洗涤费肥皂,水壶结垢,2、软化的目的:消除上述危害。3、软化与除盐的区别:(1)软化:去除或降低水中C/,Mg离子的过程。这个过程,有可能使阴离子也降低,即含盐量相应降低。也有可能阴离子不降低,即有别的阳离子NA,K替代C/,Mg2+O(2)除盐:是减少水中盐类总量的过程。不特别指去除某种离子,只要非H阳离子,即去除。但只要减少阳离子,
9、必然有CaOMg的减少一一包含着软化。所以除盐起到了软化作用。但软化不能代替除盐。四、软化方法:1、基于溶度积原理:加入药剂,使C/,Mg*转化为难溶物质使其析出沉淀,称为药剂软化法或称沉淀法。2、基于离子交换原理:用离子交换剂,用Na,H离子将水中的Ca,Mg*离子交换出来。称离子交换法。3、基于电渗析原理:利用离子交换膜的选择透过性,使Ca*Mg*浓缩去除。称为电渗析法。4、加热法:因加热后可使碳酸盐浓度积降低,重碳酸盐分解成碳酸盐沉降,以去除Ca.,Mg2(少用。)7-2水的药剂软化法向水中加入药剂,降低水中的Ca?Mg离子。1、难溶物质的溶度积(25C)表:某溶化畲物的度取(25t)化
10、令CeOOfC皿C(0H)M1(UH,及a4.7ml2.5i,5M4.m*V.90b9a0(HmdkwClMRinBlfurMatWMVTmMMtf)(LD(HeliW?2、药剂软化:据溶度积原理,投加药剂(石灰,苏打等)使水中CaOMg离子反应生成CaCO,和Mg(OH)2沉淀物。3、工艺:投药混合,絮凝,沉淀,过滤。一、石灰软化法:1、软化原理:(1)生石灰消化:CaO+H2O=Ca(OH)2(2)Ca(OH)2Ca2+2OH2HCO3+2OH2CO32+2H2O+)Ca2+CO32CaCO3;Ca(OH)2+2HCo3CaCChl+CO32+2H2O+Ca2+CaCO3加入ImOlCa(
11、OH)2可去除ImolCa2*石灰软化过程中其它的反应:CO2+Ca(OH)2CaCO3+H2OCa(HCO3)2+Ca(OH)22Ca3i+2H2OMg(H3)2+Ca(OH)22Ca3l+Mg3+H2O+)MgCO3+Ca(OH)2CaCO31+Mg(OH)21还有:MgSo什Ca(OH)2TMg(OH)21+CaSOQ变成了永久硬度。MgCI2+Ca(OH)2Mg(OH)21+CaCI24Fe(HCO3)2+8Ca(OH)2+O2Fe(OH)31+8CaCO31+6H2OH2SiO3+Ca(OH)2CaSiO31+2H2O主要是:生成难溶的Caeo3、Mg(OH)2沉淀,减少水中Ca:M
12、g24o去除水中碳酸盐硬度和降低水的碱度。2、特点:(1)C02也要消耗一定量的石灰,但对后续反应有益。2H3C02+32+H2O减少了HCO3-(2)去除重碳酸钙是等摩尔进行的;去除重碳酸镁是用2倍摩尔的石灰用量。(3)仅能去除重碳酸盐硬度,不能去除非碳酸盐硬度。因此出水水质硬度高。水的剩余碳酸盐硬度可降到:0.250.5mmolL。剩余碱度:0.81.2mmolL0(4)可以去除部分Fe和SiOl等:硅化物可去除30-35%;铁残留量约0.Img/L;有机物可去除25%o(5)不可投加过量,否则会增加水的硬度。3、适用条件:碳酸盐硬度高,非碳酸盐硬度低的水质,并且要求水的硬度不太高的情况下,一般用作预处理。4、石灰用量计算:(1)当HcaHc:(钙硬度碳酸盐硬度时)水中无Mg(HCO3)2仅有Ca(HCO3)2其质量浓度p(molL)P(CaO)=56(C(CO2)+C(Ca(HCO3)2)+C(Fe2)+K+mg/L(2)当HCaVHC:水中有Mg(HCO3)2P(CaO)=56CC(CO2)+C(Ca(HCO3)2)+2C(Mg(HCo3)2)+C(Fe2)+K+Jmg/L式中:P(Ca0)一氧化钙(生石灰)的质量浓度mg