水的软化方法

水的软化几种方法

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。

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、氢氧化镁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。

六、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-对细菌等微生物有极强的杀灭作用。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，水中余氯最较高，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。

活性炭脱氯不完全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。

硬水的软化方法

水的硬度是由什么引起的：

水的硬度是由碳酸氢钙或碳酸氢镁引起的，这种硬度叫作暂时硬度。这种水经过煮沸以后，水里所含的碳酸氢钙就分解成不溶于水的碳酸钙，水里所含的碳酸氢镁就生成难溶于水的碳酸镁沉淀。这些沉淀物析出，水的硬度就可以降低，从而使硬度较高的水得到软化。

水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物引起的，这种硬度就叫作永久硬度。永久硬度不能用加热的方法软化。天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度，因此，一般所说水的硬度是指上述两种硬度的总和。

所谓"硬水"是指水中所溶的矿物质成分多，尤其是钙和镁。硬水并不对健康造成直接危害，但是会给生活带来很多麻烦，比如用水器具上结水垢、肥皂和清洁剂的洗涤效率减低等。

水是一种很好的溶剂，能有效去除污物杂质。纯水--无色、无味、无臭，被称作是"通用溶剂"。当水和二氧化碳结合生成微量的碳酸时，水的溶解效果更好。当水流过土地和岩石时，它会溶解少量的矿物质成分，钙和镁就是其中最常见的两种成分，也就是它们使水质变硬。水中含钙、镁等矿物质成分越多，水的硬度越大。

在英国一般用以下指数表示水硬度：

硬度范围软轻硬度中硬度高硬度超强硬度

所溶矿物质（毫克/升水）0-17.117.1-6060-120120–180180&以上

所谓硬水，就是含有大量钙盐和镁盐离子的水。这种水在家庭使用时，不能使肥皂产生泡沫，还会在所洗涤的衣物上沉淀一层水垢；在烧开水时会在壶底和热水瓶底部渐渐地结上一层坚硬的白色水垢。如果这种硬水使用在锅炉或蒸汽机车上，会在锅炉底部和管道壁上形成一层硫酸钙或二氧化硅的“硬垢”，或一层碳酸钙的软垢，因而使管壁过热变形，导致锅炉和管道发生爆炸的危险。这是很令人讨厌和十分可怕的。

当然，水中的铁盐和锰盐离子也是使水变硬的原因之一。含有此离子的水会把肥皂沉淀出来的水垢在织物上产生锈斑，若再漂白却使污斑变得更糟。这种水用来泡茶时，茶水面上会显出一层“水皮”，且茶的清香味儿也不翼而飞。水中的镁的硬度会使水带有腐蚀性和明显的酸性，还会有一种会刺激眼睛的金属味。镁盐是一种轻泻剂。但是镁离子仅仅使人讨厌，而不会威胁人的健康。

尽管一定硬度的水，能降低金属的毒性及心血管病的发生率，但是，居民饮用的水还需进行软化处理，以免让硬水带来不良后果。

硬水变为软水，最简单的办法是在盛水的容器中加入足量的熟石灰(即是氢氧化钙)，水中的镁盐以氢氧化镁的形式沉淀出来，然后再加入足量的苏打(不纯的碳酸钠)，使所有的钙以碳酸钙(包括已加入的熟石灰)

的形式沉淀出来。经过两次处理的混合沉淀物便慢慢地沉淀到容器的底部(容器的底部最好呈圆锥形状，以便清除沉淀物)。这样，容器上部则是清洁的饮水了。

实际上，用石灰和苏打处理水并不能使水净化，只是把水中的钙离子和镁离子换成了钠离子。因此，对这种处理后的水，应加入一点稀硫酸，使水的P H值为 6.5左右，促其稳定。

硬水的软化

1．沉淀法：用石灰、纯碱处理，使水中C a2+、M g2+生成沉淀析出，过滤后即得软水，其中的锰、铁等离子也可除去。

2．软水剂

（1）N a3P O4：3C a S O4+2N a3P O4→C a3(P O)4↓+3N a2S O4

（2）六偏磷酸钠：N a4[N a2(P03)6]+C a2+→N a4[C a(P03)6]+2N a+（3）胺的醋酸衍生物（E D T A）：与C a2+、F e2+、C u2+等离子生成螯合物

3.离子交换法：

（1）原理：用无机o r有机物组成一混合凝胶，形成交换剂核，四周包围两层不同

电荷的双电层，水通过后可发生离子交换。

阳离子交换剂：含H+、N a+固体与C a+、、、、、、、、M g2+离子交换

阴离子交换剂：含碱性基因，能与水中阴离子交换

（2）常用交换剂：

a.泡沸石：水化硅酸钠铝

N a2O·Z+C a(H C O3)→C a O·Z+2N a H C O3

N a2O·Z+C a S O4→C a O·Z+N a2S O4

b.磺化煤：

2N a(K)+C a S O4→C a(K)2+N a S O4

2H(K)+C a S O4→C a(K)2+N a S O4

c.离子交换树脂

4．电渗析法：

用直流电源作动力，使水中的离子选择性地透过树脂交换膜而获得软水。

5．磁化法：

使水流过一个磁场，钙、镁盐类分子间引力减小，不易产生坚硬水垢