北京大学环境工程概论_第二章_水处理-2.pptVIP

第二章 水处理 2.3 软化 概念介绍：硬度（hardness） 硬度：所有多价阳离子浓度的总和。用于描述水的一种特征。含有硬度的水不易起泡，在澡盆内产生浮渣（主要是钙、镁与肥皂发生反应的结果）。在茶壶内会生成坚硬的、白色的粗糙沉积物（结垢）。 Ca2+ + RCOO- ? Ca(RCOO)2 (s) 由于发生此反应，肥皂无法与衣服上的污垢作用，而Ca(RCOO)2本身就是沉淀。硬度的常用单位为mg/LCaCO3或毫当量/L。水厂将水软化即是去除水中的部分硬度。通常水处理的目标是使水的硬度维持在75~120mg/L CaCO3范围内。 硬水的分类: 硬度范围 定性描述 0~75 软水 75~100 中等硬度水 100~300 硬水 300 高硬度水 虽然所有阳离子均会造成硬度,但最主要的离子是Ca2+和Mg2+。以下着重讨论Ca2+和Mg2+硬度。水中硬度的自然产生过程见下图。 水中硬度的自然产生过程 微生物的呼吸作用将增加地表上层水中CO2含量(生成碳酸)；固态CaCO3和MgCO3组成的石灰岩与碳酸反应生成碳酸氢钙与碳酸氢镁。石膏(CaSO4)和MgSO4也可能进入水中而形成硬度。 水的总硬度（total hardness, TH）：钙和镁是主要的硬度来源，水的总硬度是这两种离子硬度的总和。 TH = Ca2+硬度 + Mg2+硬度 这2种离子具有一致的浓度单位（mg/L CaCO3或毫当量/L CaCO3）。总硬度通常分为2个部分：（1）与碳酸氢根阴离子结合的部分（称为碳酸盐硬度，CH）；（2）与其它阴离子结合的部分（称为非碳酸盐硬度，NCH）。因此，总硬度为：TH = CH + NCH。碳酸盐硬度是总硬度或总碱值中的较小者。由于加热可将碳酸盐硬度从水中去除，因此碳酸盐硬度通常称为暂时硬度。 非碳酸盐硬度定义为总硬度与总碱度的差值。若总碱度大于或等于总硬度，则不存在非碳酸盐硬度。非碳酸盐硬度加热时无法去除，因此称为永久硬度。 绘制水溶液组成物的柱状图通常有助于了解软化过程。柱状图中上面为阳离子柱，下面为阴离子柱。在阳离子柱中，将钙离子置于第一位，镁离子次之。其它阳离子则没有特定的次序。阴离子柱中，碳酸氢根离子在第一位，其它阴离子也没有特定的次序。 Example: 地下水水质分析结果如下表所示，请绘制柱状图： 离子 离子浓度 CaCO3当量质量 离子浓度 （mg/L） /离子当量质量 (mg/L CaCO3 ) Ca2+ 103 2.50 258 Mg2+ 5.5 4.12 23 Na+ 16 2.18 35 HCO3- 255 0.82 209 SO42- 49 1.04 51 Cl- 37 1.41 52 碱度计算：?(mg/L) ? （CaCO3与该化合物的当量质量之比） 总阳离子浓度为316mg/L CaCO3，其中硬度为281 CaCO3 。总阴离子浓度为209 mg/L CaCO3。碳酸盐硬度等于碱度，而非碳酸盐硬度等于总硬度与碳酸盐硬度的差值。 2.3.1 石灰-苏打软化 硬度按照如下两个反应被去除： Ca2+ + CO32- ? CaCO3 (s) Mg2+ + 2OH- ? Mg(OH)2 (s) 为了产生CaCO3沉淀，则pH值则需调节至10.3左右。若要是镁离子产生沉淀，则pH值则需调节至11.0左右。如果天然水中没有足够的碳酸氢根碱度（HCO3-）用于形成CaCO3沉淀（即水的硬度为非碳酸盐硬度），则必须向水中添加CO32-