7第二十一章水的软化(一节课版本)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二十一章 水的软化,21.1,软化的目的和方法概述,软化的必要性,硬度的定义,硬度的表示方法,碳酸盐硬度（暂时硬度）,非碳酸盐硬度（永久硬度）,1meq/l=2.8,德国度（,1,度,=10mgCaO/l,）,=50mgCaCO,3,/l,21.1,软化的目的和方法概述,软化处理的几种常用方法,基于溶度积原理,基于离子交换原理,交换剂上的离子和水中离子进行“等当量”的交换。,基于电渗析原理,21.2,水的药剂软化法,石灰软化,缺点：,单纯的石灰软化只能降低水的碳酸盐硬度和碱度,过量投加反而会增加硬度,适用于碳酸盐硬度高、非碳酸盐硬度低且不要求深度软化的场合,21.2,水的药剂软化法,石灰,-,苏打软化,石灰降低碳酸盐硬度,苏打（,Na,2,CO,3,）降低非碳酸盐硬度,21.3,离子交换基本原理,应用,给水处理,硬水软化、脱盐,纯水、高纯水的制备,废水处理,金属离子：,Zn2+,、,Cu2+,、,Cr6+,、,Cr3+,工业生产,产品的提纯,21.3,离子交换基本原理,特点,去除率高，净化效果好,可做到污染物的回收利用,对来水的预处理要求较高,树脂再生液需要进一步处置,21.3,离子交换基本原理,交换树脂的分类,按结构特征,凝胶型：,孔隙小、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。,大孔型：,孔大，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。,等孔型：,孔大、均匀，抗有机污染能力强。,按单体种类,苯乙烯系、酚醛系、丙烯酸系等,按活性基团,强酸型、弱酸型、强碱型、弱碱型,21.3,离子交换基本原理,离子交换树脂的基本性能,外观,不透明或半透明球状颗粒,乳白色、淡黄色或棕褐色等,0.31.2mm,21.3,离子交换基本原理,离子交换树脂的基本性能,交联度,（交联剂质量,/,总量）,100%,取决于制造过程,710%,为宜,含水率,反映树脂网架中的孔隙率,交联度越小,孔隙率越大,含水率越大,21.3,离子交换基本原理,离子交换树脂的基本性能,溶胀性,干树脂浸泡水中,绝对溶胀度,湿树脂转型时,相对溶胀度,密度,通常是指湿密度,湿真密度：仅考虑树脂内的孔隙,湿视密度：考虑了树脂颗粒间的空隙,21.3,离子交换基本原理,离子交换树脂的基本性能,交换容量,树脂交换能力,分为全交换容量和工作交换容量,有效,PH,值范围,树脂类型,强酸性,弱酸性,强碱性,弱碱性,有效,PH,值范围,114,514,112,07,21.3,离子交换基本原理,离子交换平衡,R,-,A,+,+,B,+,R,-,B,+,+,A,+,A,离子交换选择系数,k,大于,1,，说明树脂对,B,+,的亲合力大于对,A,+,的亲合力，有利于进行离子交换反应,21.3,离子交换基本原理,离子交换过程,树脂颗粒,水膜,B,B,(1),(2),(3),(A),(4),(5),(6),A,外 扩 散,薄膜扩散,内 扩 散,21.3,离子交换基本原理,离子交换速度,离子扩散过程步骤,外部溶液中待交换的Ca,2+,向树脂颗粒表面迁移并通过树脂表面的边界水膜；,待交换的Ca,2+,在树脂孔道里移动，直到到达某有效交换位置上；,Ca,2+,与树脂上可交换Na,+,进行交换反应；,被交换下来的Na,+,从有效交换位置上通过孔道向外面移动；,Na,+,通过树脂表面的边界水膜进入外部的溶液中。,21.3,离子交换基本原理,离子交换,指上述五步骤全过程，其中：,1、2、4、5,属,离子扩散，速度较慢且受外界条件影响较大；,3,属化学反应，瞬间完成；,15,每一步都影响了离子交换的速度，其中,1,、,5,步膜扩散和第,2,、,4,步的孔道扩散有可能成为控制步骤。,21.3,离子交换基本原理,外界条件对离子交换速度的影响：,溶液浓度（,C,）：,浓度梯度理论：,C,是扩散的推动力，,C,大，扩散快,C0.1mol/L,时，,V,M,大，孔道扩散成为控制因素，树脂再生时即为这种情况；,C0.003mol/L,时，,V,M,小，膜扩散成为控制因素，交换时即为这种情况。,21.3,离子交换基本原理,外界条件对离子交换速度的影响：,流速（,V,）,边界水膜厚度,反比于,V,，而孔道扩散不受,V,影响。,树脂粒径（,d,）：,膜扩散过程：离子交换速度反比于,d,；,孔道扩散过程：离子交换速度反比于,d,2,。,交联度（,DVB,）,DVB,对孔道扩散,影响,大，,对,膜扩散,影响,小。,21.3,离子交换基本原理,交换过程分析方法：,在离子交换柱中装填,Na,型树脂，从上而下通过含有一定浓度,Ca,2+,的硬水。交换反应进行一段时间后，停止运行，逐层取出树脂样品，并测定其所吸附的钙离子含量，以,“,饱和程度,”,表示。,饱和程度：单位体积树脂所吸附钙、镁离子量与其全交换容量之比，以百分比表示,21.3,离子交换基本原理,树脂层离子交换过程,交换带形成阶段：饱和程度曲线形状不断变化随即形成一定形式的曲线。,交换带推移阶段,“,交换带,”,：在某时刻正在进行交换反应的软化工作层。,“,交换带厚度,”,：可理解为处于动态的软化工作层厚。沿水流方向，以一定形式每刻都在推移。,当硬度开始泄露时，树脂层分为两部分,饱和层：交换容量得到充分利用；,保护层：交换容量得到部分利用，相当于交换带厚度,21.3,离子交换基本原理,树脂层离子交换过程,“,交换带厚度,”,的影响因素：,流速：正比于,V,0.50.8,Ca,2+,：,硬度,树脂再生程度,“,交换带厚度,”,对树脂层的有效利用是有影响的。如原水硬度高、采用流速偏大，则交换带厚度大，降低树脂层的利用率,。,21.3,离子交换基本原理,树脂层离子交换过程,交换操作步骤,软化,反洗,再生,正洗,