软化水的四种方法和特点

　　软化水的四种方法和特点，通常对硬度高、碱度高的水采用石灰软化法;对硬度高、碱度低的水采用石灰-纯碱软化法;而对硬度低、碱度高的负硬水则采用石灰-石膏处理法。

　　(一) 软化方法

　　通常对硬度高、碱度高的水采用石灰软化法;对硬度高、碱度低的水采用石灰-纯碱软化法;而对硬度低、碱度高的负硬水则采用石灰-石膏处理法。

　　1. 石灰软化法

　　为避免投加生石灰(CaO)产生的灰尘污染，通常先将生石灰制成消石灰Ca(OH)2(即熟石灰)使用，其反应如下

　　CaO+H2O====Ca(OH)2

　　消石灰投入高硬水中，会产生下列反应

　　Ca(OH)2+CO2====CaCO3$+H2O

　　Ca(OH) 2+Ca(HCO3) 2====2CaCO3$+2H2O

　　2Ca(OH) 2+Mg(HCO3) 2====2CaCO3$+Mg(OH) 2+2H2O

　　形成的CaCO3和Mg(OH)2都是难溶化合物，可从水中沉淀析出。

　　但水中的永硬和负硬却不能用石灰处理的方法除去，因为镁的永硬与负硬和消石灰会产生下列反应

　　MgSO4+Ca(OH) 2====Mg(OH) 2$+CaSO4

　　MgCl2+Ca(OH) 2====Mg(OH) 2$+CaCl2

　　NaHCO3+Ca(OH) 2====CaCO3$+NaOH+H2O

　　由反应式可看出，镁的永硬全部转化为等量的溶解度很大的钙的永硬，而负硬则转化为等量的氢氧化钠、碱度，所以水中的碱度没有除去。

　　石灰加入量可按下式估算

　　[CaO]=28/Z1{[CO2]+[Ca(HCO3) 2]+2[Mg(HCO3)2+B]}

　　式中 [CaO]——需投加的工业石灰量，mg/L;

　　[CO2]——原水中CO2的浓度(1/2CO2计)，mmol/L;

　　[Ca(HCO3) 2]——原水中Ca(HCO3) 2的浓度[1/2Ca(HCO3) 2计]，mmol/L

　　[Mg(HCO3) 2]——原水中Mg(HCO3) 2的浓度[1/2 Mg(HCO3) 2计]mmol/L;

　　Z1——工业石灰纯度，%;

　　28——1/2CaO的摩尔质量，g/mol;

　　B——石灰过剩量(1/2CaO计)，mmol/L(一般为0.2—0.4mmol/L)。

　　2.石灰-纯碱软化法

　　石灰软化法只适用于暂硬高、永硬低的水质处理。对硬度高碱度低即永硬高的水，可采用石灰-纯碱软化法，即加石灰的同时再投加适量的纯碱(NaCO3又称苏打)。其反应如下

　　CaSO4+Na2CO3====CaCO3$+Na2SO4

　　CaC12+Na2CO3====CaCO3$+2NaC1

　　MgSO4+Na2CO3====MgCO3$+Na2SO4

　　MgC12+Na2CO3==== MgCO3$+2 Na2 C1

　　MgCO3+Ca(OH)2====CaCO3$+Mg(OH)2

　　经石灰-纯碱软化后的水，其硬度可降为0.15-0.2mmol/L。此外，永硬也可以直接用离离子交换法除去。

　　石灰-纯碱加入量可按下列计算式估算。

　　(1) 石灰用量估算

　　[CaO]=28/Z1{[CO2]+M总+HMg+B} mg/L

　　(2) 纯碱用量估算

　　[Na2C03]=53/Z2 (H永+B) mg/L

　　式中 M总——原水总碱度(H+计)，mmol/L;

　　HMg——原水镁硬度(1/2Mg+计)，mmol/L;

　　[Na2C03]——纯碱投加量，mg/L;

　　H永——原水永硬(1/2Ca2++1/2Mg+计)，mmol/L;

　　B——纯碱过剩量[1/2Na2C03计]，mmo1/L(一般取1.0-1.4mmol/L);

　　53——1/2 Na2C03的摩尔质量，g/mol;

　　Z2——工业纯碱的纯度，%。

　　其他符号同前。

　　软化水的四种方法和特点，通常对硬度高、碱度高的水采用石灰软化法;对硬度高、碱度低的水采用石灰-纯碱软化法;而对硬度低、碱度高的负硬水则采用石灰-石膏处理法。

　　3. 石灰-石膏处理法

　　对于高碱度的负硬水，即水中总碱度大于总硬度的水，此时水中多余的总碱度常以Na2 HC03或KHCO3形式存在，对这些多余的碱度常以石灰-石膏处理法除去，因为

　　2 Na2HC03+ CaSO4+ Ca(OH) 2====2 CaCO3$+ Na2SO4+2H2O

　　2KHCO3+ CaSO4+ Ca(OH) 2====2 CaCO3$+ K2SO4+2H2O

　　(二)软化的设备

　　石灰软化设备包括制备消石灰的设备、投加消石灰与原水充分混合的设备，以及生成的碳酸钙、等沉淀物的沉淀和过滤分离设备。图2-20、图2-21和图2-22为一般常

　　见的石灰软化系统的流程图。

　　除氯

　　原水经过混凝、沉淀、澄清、过滤后，即可作为工业用水使用。如果作为饮用水，还必须进行消毒处理，以防止疾病传播。通常在水中通入氯气作为杀死细菌等微生物的消毒方法。氯气通入水中后，极易溶于水，产生下列反应

　　C12+H2O====HC1+HOC1

　　次氯酸还会进一步电离，生成次氯酸根

　　HOC1====H++OC1-

　　氯气在水中生成的HOC1和OC1-对细菌等微生物有的杀灭作用。但在起杀生作用前，由于水中溶有各种有机物等杂质，这些杂质会首先与C12反应，耗去溶入水中的C12，只有满足这些耗氯需要后，才会有多余的C12来杀灭细菌，这部分氯称为余氯。为维持杀灭细菌的效果，管网水中始终要保持余氯量的在0.5-1mg/L,在管网末端也要保持0.05-0.1mg/L的余氯。当采用经过消毒处理的自来水作锅炉给水时，必须除去自来水中的余氯。因为余氯的存在会破坏离子交换树脂的结构，使其强度变差，容易破碎。特别是在靠近自来水厂附近时，水中余氯高，更需注意除氯。

　　目前常用的除氯方法有活性炭脱氯法和添加化学药剂除氯法。

　　(一) 活性炭脱氯法

　　活性炭由木炭、沥青炭和果壳、果核、动物骨头等经高温焙烧和活化制成。活性炭中有很多毛细孔相互连通，因此，比表面积极大。据测试，1克活性炭有500-1000m2的表面积，图2-23为活性炭内部气孔分布情况。过滤用活性炭是颗粒状的，粒径一般为1-4mm。这些微孔可以起吸附作用。

　　活性炭脱氯不是由于物理吸附作用，它还有催化作用，使余氯进一步转化成碳的化合物，其反应机理为

　　C12+H2O====HC1+HOCl

　　HOCl====HCl+[O](活性炭)

　　C+[O]====CO#

　　C+2[O]====CO2#

　　因此，活性炭在整个吸附脱氯过程中不存在吸附饱和问题，只是损失少量的炭。所以活性炭脱氯可以运行相当长的时间。例如用19.6m3的活性炭粒料作滤料，处理余氯量为4mg/L的自来水时，可连续处理265万m3，使其余氯量小于0.01mg/L。在相同条件下，处理余氯量为2mg/L的自来水时，可使用6年之久。

　　活性炭除能脱氯外，还能除去水中臭味、色度、有机物以及残留的浊度。因此，活性炭使用一定时期后，仍会丧失其吸附能力，需要再生。再生方法较多，有的将失效活性炭在500-10000C高温条件下焙烧，将吸附的有机物分解和挥发;也可用高压蒸汽吹洗或用CaOH、NaCl等溶液再生清洗，将吸附的杂质解吸下来;也可用有机溶剂萃取。但这些再生方法的经济效益尚有待定论，因此，有些地方对失效活性炭弃之不用，换用新的。

　　活性炭脱氯的设备常使用压力过滤器。即在过滤器中以粒状活性炭作滤料，其他功能与前述压力过滤器相似。

　　(二) 化学药剂脱氯法

　　化学药剂脱氯法是利用投加还原性药剂如二氧化硫和亚硫酸钠等，将余氯还原。其反应分别为：

　　SO2+ HOC1+ H2O ====3H-+C1-+SO42-

　　Na2SO3+HOC1====Na2SO4+HC1

　　二氧化硫脱氯效果好，但水的pH值会因反应中生成强酸而下降;而亚硫酸钠法要好一些。后者比较简单，操作方便，同时亚硫酸钠还可以与水中的溶解氧作用，达到除氧的目的。