第二十一章 水的软化（一节课版本）

1、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

2、低碳酸盐硬度 苏打（Na2 CO3 ）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

3、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

4、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

5、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； 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，VM大，孔道扩散成为控制因素，树脂再生时即为

6、这种情况； C0.003mol/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V0.50.8 C