水的软化节课本.ppt

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 50mgCaCO3 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 Na2CO3 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 3 1 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7 10 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 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Ca2 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Ca2 在树脂孔道里移动 直到到达某有效交换位置上 Ca2 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 1 5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C 0 1mol L时 VM大 孔道扩散成为控制因素 树脂再生时即为这种情况 C 0 003mol L时 VM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d2 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Ca2 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V0 5 0 8 Ca2