华北理工水质工程学教案07水的软化.docx

课程名称：水质工程学I第周，第21讲次摘要授课题目（章、节）第七章水的软化§7-1水软化的目的与方法概述§7-2水的药剂软化法【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】§7-1水软化的目的与方法概述属工业给水处理，某些工业用水，对水质有特殊的要求：如：硬度；蒸发残渣；纯度；温度；腐蚀性；结垢的缓解等。包括：水的软化；水的淡化和除盐；水的冷却；循环水水质稳定。§71、水软化的目的与方法概述1悬浮物胶体状物质A混凝，沉淀，过滤，天然水中含<菌类消毒处理。有的杂质溶解盐类一软化和除盐处理。气体（C02、02）一曝气，化学处理。一、天然水中溶解的盐类及其析出的规律：1、溶解于水中的盐以离子态存在，阴、阳离子当量数相同，水呈电中性。水中：阳离子：主要Ca2,Mg2,Na,K1少量Fe2+Mn2+Sr2+Fe3+Al3+阴离子：主要：HCO3-SO42-C少量：CO32-SiO32-2、水中溶解离子的加热蒸发组合规律：水中的多种阴阳离子说不上结合成了那些化合物，但加热后，有析出的先后顺序。阳离子析出的顺序为：Ca2+-Mg*fNa+->K+阴离子析出的顺序为：HCO3-fS012->C注：HCO3一的析出是反应后析出，2HC03MC03+C02t+H2O假设化合物一一将水中各种离子加热水蒸发，按其沉淀折出的先后顺序，假想组成某些结合物。«<I3C*,*>-J.4(l2lt')1.3t21-1.)r(HOK).J«(l9i*>l.e<,1.84(MIXS)1I代尔)f>*)<(a)-1.1-1-1t-.水中鼻,第IC里纳今隹；7A¼Wr)SC.It.应用：(1)可以拟定水的处理方案；(2)可知物质析出的先后顺序；(3)可以写出化学方程式。注意：水质分析的阴阳离子当量数应相等，如不相等时，误差不可超过5%。二、硬度：硬度物质：Ca2+Mg"Fe?'M'S/'Fe"Al*等1、(总)硬度一一把水中能生成水垢的钙、镁离子的总含量称为水的总硬度，用Ht表示。2、硬度分类：总硬度又分为：(1)碳酸盐硬度(暂时硬度)He：加热后可以析出CaCo3;MgCO3;Mg(OH)2沉淀的硬度。Ca2+2HCO；-CaCO3J+CO2+H2OMg2+2HCO；-MgCO3J+CO2÷H2OMgCo3+H20Mg(OH)2J+CO2(2)非碳酸盐硬度(永久硬度)Hn：加热后不析出沉淀物，如MgS04按离子种类分：钙硬度：Hca镁硬度：HMg复习化学单位：一、物质的量n：1、使用物质的量n所表达的是：基于某一物系中所包含某特定种类粒子数多少而给出的一个量。2、物质的量n是Sl的基本量，因而它不可能有意义。(因为一切基本量都没有定义)3、表达式：系统中有N个基本单元X,其基本单元X的量n(X)为：MX)=冷L-阿伏加德罗常数，L=6.0221376×1023mo1X基本单元，基本单元可以是原子、分子、离子、电子及其它粒子，或是这些粒子的“特定组合”。12如：2C()2；MnO4；e；N；C-C(碳一碳键)。例：m(S)和口(SJm(S)一是以1个S做基本单元。m(SJ一是以8个S做基本单元。若：KS)=Wl=咤1=8拉)/.(S)=8(S8)通式：n1f-xl=zn(X)-X称为当量粒子。Z常用：Z一等于离子电荷数。二、摩尔质量M：1、摩尔质量M：是联系物质的量n与其质量In的一个量。2、定义：某一基本单元X在一物系中的总质量为m(x),其量为n(x),则其摩尔质量M(X)为：M(X)=”(X)单位：g/mol对于给定的基本单元X,其摩尔质量M(X)是一物理常量。如：M(Ca)=40.08g/molM(H)=L0079g/molM(H*)=1.0074gmolM(l2Ca2+)=20.04gmol3、摩尔质量M(X)与M(LX)的关系：zM-XU-M(X)zJz三、物质的量浓度C：1、定义：C(X)=也LVM(X)VV溶液的体积，常用单位升(L)或亳升(ml)。2、同一溶液，X与当量粒子LX的浓度关系：zCx)=zC(x)c(x)=-cf-x13、硬度的单位与度量：(1)物质的量浓度：i法定：mmol/L1/2Ca2+的摩尔浓度，以电子数为粒子量单位。ii常用：mmol/LCa2,摩尔浓度，以Ca粒子量单位。(2)当量浓度：meq/L毫克当量.(3)德国度：1OmgCaO/L为一度d。(4)折算CaCO3的量浓度：美日等国用。mg(CaC03)/L换算关系：1(Ca2+)mmol/L=2.0(1/2Ca2+)mmol/L=2.0megL=5.6do=IOOmg(CaCO3)/L覆及寰示方法及89*美泰a*tCMTHft*S(Ct,)«<C,)/Vc(IW)»(l,)/Vc依京广0*/体网CaCOl的l4(XVLmnO/Lmk4L<<L修复厦Ci)<c<,:.EWLIDO9.美C(l/ac?*).OJOI-；I24U.M1Iso2.S7L(M)01.osMSCd)IIIe.M.0»7.14、天然水据硬度分类；极软水：<4do<1.5mmol(l2Ca2+)L软水：48d°1.5-3.Ommol(l2Ca2+)L中硬水:8中do3.06.Ommol(l2Ca2+)L硬水：1630d06.011.0mmol(l2Ca2+)L极硬水：>30do>11.Ommol(l2Ca2+)L5、硬度与碱度的关系：两者单位相同。碱度：水中所含能与强酸发生中和作用的全部物质。”氢氧化物碱度（天然水中含量极小）0旷离子含量（2）碱度分类:Y碳酸盐碱度（天然水中含量极小）CO32-重碳酸盐碱度（天然水中含量高HCO3一（3）关系：同一水样中的碱度和硬度，i总碱度总硬度时：水中有碳酸盐和非碳酸盐硬度。则：总硬度一总碱度二非碳酸盐硬度。总碱度二碳酸盐硬度。ii总碱度总硬度时：除Ca*M-'外，还有Na+,K+重碳酸盐。总碱度一总硬度二负硬度（钠盐碱度）iii总碱度二总硬度时：水中只有碳酸盐硬度。即：总硬度二总碱度二碳酸盐硬度三、软化的目的：1、硬度的危害：锅炉用水：硬度大，使锅炉结垢，水垢的传热系数是钢铁的1/50,所以造成燃料的浪费；传热不均匀时，使金属烧损，引起锅炉爆炸。冷凝器中水硬度高：会结垢，堵管，增加水管阻抗一一增加能耗。印染造纸等工业对水的硬度都有一定要求（产品质量）。日常生活：洗涤费肥皂，水壶结垢，2、软化的目的：消除上述危害。3、软化与除盐的区别：（1）软化：去除或降低水中C/,Mg"离子的过程。这个过程，有可能使阴离子也降低，即含盐量相应降低。也有可能阴离子不降低,即有别的阳离子NA,K'替代C/,Mg2+O（2）除盐：是减少水中盐类总量的过程。不特别指去除某种离子，只要非H'阳离子，即去除。但只要减少阳离子，必然有CaOMg"的减少一一包含着软化。所以除盐起到了软化作用。但软化不能代替除盐。四、软化方法：1、基于溶度积原理：加入药剂，使C/,Mg*转化为难溶物质使其析出沉淀，称为药剂软化法或称沉淀法。2、基于离子交换原理：用离子交换剂，用Na',H离子将水中的Ca",Mg*离子交换出来。称离子交换法。3、基于电渗析原理：利用离子交换膜的选择透过性，使Ca*Mg*浓缩去除。称为电渗析法。4、加热法：因加热后可使碳酸盐浓度积降低，重碳酸盐分解成碳酸盐沉降,以去除Ca.,Mg2（少用。）§7-2水的药剂软化法向水中加入药剂，降低水中的Ca?Mg离子。1、难溶物质的溶度积(25°C)表:某溶化畲物的度取(25t)化令CeOOfC皿C(0H)M1(UH，及a4.7ml2.5»i,5×M4.m*V.90b9a0(HmdkwClMRinBlfurMatWMVTmMMtf)(LD(HeliW?2、药剂软化：据溶度积原理，投加药剂(石灰，苏打等)使水中CaOMg"离子反应生成CaCO,和Mg(OH)2沉淀物。3、工艺：投药混合，絮凝，沉淀，过滤。一、石灰软化法：1、软化原理：(1)生石灰消化：CaO+H2O=Ca(OH)2(2)Ca(OH)2Ca2+2OH2HCO3+2OH2CO32+2H2O+)Ca2+CO32CaCO3;Ca(OH)2+2HCo3CaCChl+CO32+2H2O+Ca2+CaCO3加入ImOlCa(OH)2可去除ImolCa2*石灰软化过程中其它的反应：CO2+Ca(OH)2CaCO3+H2OCa(HCO3)2+Ca(OH)22Ca3i+2H2OMg(H3)2+Ca(OH)22Ca3l+Mg3+H2O+)MgCO3+Ca(OH)2CaCO31+Mg(OH)21还有：MgSo什Ca(OH)2TMg(OH)21+CaSOQ>变成了永久硬度。MgCI2+Ca(OH)2Mg(OH)21+CaCI2>4Fe(HCO3)2+8Ca(OH)2+O2Fe(OH)31+8CaCO31+6H2OH2SiO3+Ca(OH)2CaSiO31+2H2O主要是：生成难溶的Caeo3、Mg(OH)2沉淀，减少水中Ca:Mg24o去除水中碳酸盐硬度和降低水的碱度。2、特点：(1)C02也要消耗一定量的石灰，但对后续反应有益。2H3C02+32+H2O减少了HCO3-(2)去除重碳酸钙是等摩尔进行的；去除重碳酸镁是用2倍摩尔的石灰用量。(3)仅能去除重碳酸盐硬度，不能去除非碳酸盐硬度。因此出水水质硬度高。水的剩余碳酸盐硬度可降到：0.250.5mmolL。剩余碱度：0.81.2mmolL0(4)可以去除部分Fe"和SiOl等：硅化物可去除30-35%；铁残留量约0.Img/L；有机物可去除25%o(5)不可投加过量，否则会增加水的硬度。3、适用条件：碳酸盐硬度高，非碳酸盐硬度低的水质，并且要求水的硬度不太高的情况下，一般用作预处理。4、石灰用量计算：(1)当Hca>Hc:(钙硬度>碳酸盐硬度时)水中无Mg(HCO3)2仅有Ca(HCO3)2其质量浓度p(molL)P(CaO)=56(C(CO2)+C(Ca(HCO3)2)+C(Fe2÷)+K+mg/L(2)当HCaVHC：水中有Mg(HCO3)2P(CaO)=56CC(CO2)+C(Ca(HCO3)2)+2C(Mg(HCo3)2)+C(Fe2÷)+K+Jmg/L式中：P(Ca0)一氧化钙(生石灰)的质量浓度mg/L；C(CO2)一原水中游离CO2浓度；mmol/L；C(Fe2+)原水中铁离子浓度；mmol/L；K混凝剂投加量；mmol/L；aCaO过剩投量，取0.10.2mmolL;二、石灰一苏达软化：苏达：Na2CO31、适用条件：原水硬度大于碱度。(水中有非碳酸盐硬度)2、加苏达的目的：去除水中非碳酸盐硬度。3、反应原理：(1) CaSO4+Na2CO3÷CaCO3X+Na2SO4(2) CaCI2+Na23CaCO31+2NaCI(3) MgSO4+Na2CO3MgCO3+Na2SO4(4) MgCI2+Na2CO3MgCO3+2NaCI(5) Mg3+Ca(OH)2Mg(OH)2X+Ca3i4出水剩余硬度可降到0.150.2mmolL0【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】课程名称：水质工程学1»第周，第2讲次摘要授课题目（章、节）§7-3离子交换基本原理【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】§7-3离子交换基本原理原理：交换剂在不同浓度下，对不同离子的亲和力不同。一、离子交换：不溶性的电解质（离子交换剂）与水中溶解的电解质所进行的化学反应（或离子交换反应）如：R-S03H+Na0H-÷R-SO3Na+H2O（中和反应）R-S03H+NaCWR-SO3Na+HCl（中性盐分解反应）2RS03Na+CaCl2（R-SO3）2Ca+2NaCl（复式分解反应）是交换剂上可交换的活动离子与溶液中的同性离子进行交换。二、交换剂分类：，无机一天然沸石，合成沸石（如铝式硅酸盐）,碳质一磺化煤L苯乙烯系<c据单体种类分类，酚醛系离子交换剂I丙烯酸系凝胶型据结构分类，大孔型I等孔型I有机'强酸一SO?一合成阳离子中酸一P（V-离子据化学交换树月"弱酸一COO交换性质分阴离子强碱一CKW树脂,交换树月前_弱碱一NFr三、离子交换树脂的构成：“骨架（母体）：固定部分，不能自由移动，构成固定离子。两部分固定离子：如一s（rJ活性基团:YI活动离子：如H'活性基团：活动部分，能在一定空间内自由移动，并同溶液中同性离子进行交换反应。四、交换树脂的命名与型号：例：D001×7D一大孔型，可有可无；0一第一位数代表分类代号;分代号（Ir-(4®T>代电OI2S.分史行陈一ft叫*ft牝任0一第二位数代表骨架代号表；份代（东二也必孑）92MI12j4I*6I乙果MS乙*t更乙01顺序号7交联度（后面介绍）五、离了交换树脂的基本性能1、外观：形状：球形0.31.2mm（1650目筛）颜色：乳白，淡黄，棕褐色，半透明状。2、交联度：指交联剂在树脂中所占的比例。不加交联剂的树脂为胶状体，交联剂一般为二乙烯苯。交联度-二乙烯苯（重量）乂联度-苯乙烯+二乙烯苯%水处理应用，一般为710%为宜，一使孔道宽度为24nm.交联度影响着树脂的：交换容量，含水率，溶胀性，机械强度等性能。3、含水率：以每克湿树脂所含水份的百分比表示（约50%）交联小f孔隙率大f含水率大。4、溶胀性：干树脂浸水后体积膨胀一一称绝对溶胀。树脂转型号时（如由钠型转换为氢型）体积也有变化一一称为相对溶胀。溶胀原因：活性基团遇水而电离出的离子起水合作用生成水合离子，使交联网孔胀大。5、密度：湿真密度：树脂溶胀后的重量和本身所占体积之比（不包括粒间空隙）（计算树指体积用）强酸约为1.3gml强碱约为1.lg/ml源吉宓由湿树脂质量Z/八湿具密度二-I，一I，（g/M）树脂颗粒本身所占体积湿视密度：树脂溶胀后的重量和其堆积体积之比（包括粒间空隙）（也称堆密度）一般为0.60-0.85gml（计算填装数量用）汨如电社湿树脂质量/八湿视蜜度=树脂堆积体积加6、交换容量：表示树脂离子交换能力大小的量度，单位：mmo1/g（干树脂）或mmol/L（湿树脂）（1）总交换容量：单位重量或体积的树脂，所具有的全部可交换离子（交联度占去8%）的mol数。qv=mmol/L或q,“=-tnnolgVm以当量粒子为基本单元。qv=qs×（1-含水率）X湿视密度（2）工作交换容量：q®树脂在给定工作条件下的实际交换能力。与工作条件有关：再生方式，原水含盐量组成，水流速度，树脂层高度，再生剂用量等。一般由模拟实验确定。或参考相似工作环境数据。7、有效PH范围：强酸、强碱型电离能力强，对PH无要求。弱酸型在PH值低时，不易离解：要求PH=514弱碱型在PH值高时，不易离解：要求PH二07传«ItttMMfT1728、其它性能：耐腐性，耐热性，抗氧化性等。六、离子交换平衡：1离子交换平衡式：R-A+B4R-B+A4（1）离子交换所遵循的规律:i反应等当量地进行。（电子数的平衡）ii反应是可逆的。（2）离子交换进行的条件：i只有降低生成物离子的浓度，反应才进行彻底。ii当树脂失效时，可再生（逆反应原理）。2、离子交换的选择性：（1）定义：树脂对水中浓度大致相同的两种同性离子，有不同的结合能力，对其中一种优先交换，这就叫树脂的选择性。（2）离子交换选择性系数：aRA+bB、cRB+dA据质量作用定律：一-心A.K-A+FWj一价对一价离子交换：R-A'+B,R-B*+A,（B4）一浓度,mmol/L（R-B+）一树脂相中离子浓度。-称为B换A'的选择系数。大于1：对B,亲合力对A'亲合力，反应向右进行;小于1：对E亲合力对A，亲合力，反应向左进行。(3)用离子浓度分率表示选择系数：令：C0=(A+)+(B+)溶液中两交换离子总浓度mmol/LCb=(B)溶相中(B+)浓度mmol/Lq0=(R-A+)+(RB)树脂全交换容量mmol/Lq=(R-B')固相中(B+)浓度mmol/L则：代入上式中得：式中:树脂中B'离子浓度与其全部交换容量之比。溶液中B'离子浓度与其总离子浓度之比。交换平衡曲线：二价对一价离子交换反应通式：2RA+B2+R2-B24+2A,选择系数：交换平衡曲线(4)交换选择性顺序：强酸性树脂：(位于前边的离子可以从树脂上交换出后序离子)Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>NH4+>Na+>H+>Li+规律：i离子化合价高对树脂亲合力强（注：适用稀溶液）ii同族元素，原子序数大不被吸附的能力强。3、浓度的影响：当增大液相中被置换离子浓度时，可使离子交换向相反方向进行。可再生。（因可逆反应的平衡常数不变）4、离子交换出水泄漏量的计算：在离子交换初期，出水的组成与树脂底层处离子交换剂的组成处于平衡状态，出水有一定的离子泄漏量。其计算用式：（上述两式）其中：qu一代入树脂底层再生后仍残留的B离子浓度mmo/L；Cb即求出的交换初期出水的B'离子浓度，即出水离子泄漏量mmol/L。5、树脂极限工作交换容量计算：在离子交换最后节段，出水离子组成接近等于进水离子组成。这时，离子交换剂中的B-离子浓度达到最大值，视为极限工作交换容量一Qb即式中：qm一树脂极限工作交换容量即树脂吸附B离子浓度的最大值mmol/L。Cb一用进水中的B'离子浓度mmol/Lo6、再生度根限值的计算：树脂再生度极限值一用已知浓度的再生液，无限量地进行再生而达到的树脂最大再生程度。式中各符号：q.一经再生后树脂上仍残留的B'离子浓度mmol/L°CU-新鲜再生液中含有的B'离子浓度mmol/Lo七、离子交换速度树脂上有层水膜1、离子交换过程分为五个步骤：（1）溶液中待交换的离子迁移通过树脂的边界水膜。（2）待交换离子在树脂孔道内移动达到有效交换位置上。（3）进行离子交换反应。（4）交换下来的离子在树脂孔道向外移动。（5）交换下来年离子通过树脂的边界水膜进入溶液中。2、离子交换速度：离子交换非常快，可瞬间完成。对交换速度起控制作用的是（1）（5）通过水膜和（2）（4）孔道迁移的扩散过程。两者有一种对离子交换反应适度起控制作用。影响两种扩散的因素：（1）溶液离子浓度：离子浓度梯度是扩散的推动力。高时：当浓度20.ImoI/L时，膜扩散快，孔道扩散控制反应速度。属再生过程。当浓度V0.003molL时，膜扩散慢，膜扩散控制反应速度。属交换过程。（2）水流速度或搅拌速度：边界水膜的厚度反比于流速或搅拌速率，孔道扩散不受此影响。（3）树脂粒径：膜扩散速度与粒径成反比。粒径小对交换再生都孔道扩散速度与粒径的平方成反比。有利。（4）交联度：交联度小一孔道直径大一孔道扩散加快。八、树脂层离子交换过程：1、离子交换柱中的工作树脂分三部分:（1）完全被Ca,Mg"离子饱和部分;（2）正在交换工作部分一交换带。（3）未进行交换区段。2、离子交换过程：（1）交换带（稳定的）形成节段。（2）交换带，下移节段。（3）交换带达到底部一硬度开始泄漏。这时的交换带成了保护层厚度，其余为饱和层厚度。3、影响保护层（交换带）厚度的因素：（1）流速：流速大一厚度大。（2）进水硬度：硬度大一厚度大。（3）布水的均匀程度：不均匀一厚度大。4、例：图217为一组软化实验所得出的树脂层内饱和程度曲线的推移过程。操作：交换柱按逆流再生固定床方式进行操作，即再生液流向与软化时方向相反。交换柱装填强酸树脂，用食盐溶液再生。参数：树脂层高度为123cm,原水硬度c（l2Ca24）=6.15mmol/L,流速为43.3m/ho运行时间为7.5ho曲线上数字表示取样时间，以Inin计。曲线表示再生、清洗后，整个树脂层剩余硬度的情况。曲线、分别表示软化过程开始后155、245、310、395min,树脂层内树脂饱和程度的变化情况，亦即交换带不断推移的过程。曲线表示运行历时445min,硬度开始漏泄时，树脂层里树脂饱和程度的全貌。经测定，交换带厚度等于20cm。【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】P题2RNa+MgCl2R.Mg+2NaCly特点：(1)不产生酸性水一设备管道防腐简单。(2)再生剂为食盐。(二)Fr交换软化法：反应：2RH+Ca(HCO3)2R2Ca+2CO2+2H2O2RH+Mg(HCO3)2R2Mg+2C02÷2H202RH+CaCl2UR2Ca+2HCl2RH+MgCLR2Mg+2HCl特点：(1)软化过程同时去除碱度(2)产生酸，出水为酸性水一对设备有腐蚀，这种方法少用。(三)HNa'交换脱碱软化法：ffl2l9AN#宗*f文鼻帽依曾徒将H'和Na'交换柱串联或并联。出水偏酸性(有中和反应)NaHCO3+H2SO4->Na2SO4+CO2+H2O二、固定床离子交换软化装置：装置分类：»单层床r阴）固定床.双层床.L双层床离子交换装置Y混合床阳J（移动床：短暂间歇，部分交换剂移出柱L连续床<外再生。水由下向上流。b流动床L交换剂由上向下流。固定床：交换器中的树脂在交换、冲洗、再生、操作过程中，不移出交换器。C顺流再生固定床：原水与再生液按同一方向流动按原水与再生的交换器。液流动方向I逆流再生固定床：原水与再生液按相反方向流动的交换器。（一）顺流再生固定床：（用的较少）1、构造：一只离子交换柱（罐）。2、工艺过程：（1）交换（2）反洗：目的是使树脂松动一下，利于树脂再生，并排走树脂上层杂质（3）再生，（4）清洗，目的：用软化水清洗掉再生液（2）（4）为再生过程。3、优缺点：（1）再生剂用量多。（2）出水剩余硬度高。（3）交换器失效早。（4）构造简单。（5）运行方便。4、适用条件：原水硬度较低，水量也较小的场合。生液水流向上（反向较少）靠“*tdT*Q 0 i一（二）逆流再生固定床：（用的最多）常见的是：软化水流向下，再2、工艺过程:1构造:（1）交换。（2）再生:i水流上向流交换工作，再生液向下流（浮动床法，少见）水顶压法。ii水流下向流工作，再生液向上流J气顶压法。为什么顶压：防止再生时树脂乱层。（可节省再生剂）方法:.水压在交换器中间设置排水装置，在顶部加压V气压再生工艺过程:（1）小反洗：冲洗压脂层。流速：510mh,时间：1015min中间排水装置进水,顶部排水，去杂质。食遗«上部的水放掉。（2）放水：把中间排水装置(3)顶压：从交换器顶部进压缩空气，维持3050KPa.>kSH强再*液,7mh,(注:(6)（4）进再生液：由交换器底部进再生液，柱中上升流速5m/h。（5）逆向清洗：洗去再生用软化水清洗，升速5排出水达出水要求为止。不是达到运行指标）正洗：用软化水顺向清洗,U)出水水质符合运行指标止。流速控制1015mh注：为了除树脂中的污物及碎粒，运行若干周期后要进行一次下反洗（可以乱层，但第一次再生要加大再生剂量）3、优点：（与顺流再生相比）（1）再生剂耗量可低20%以上。（2）出水水质显著提高。（3）原水水质适用范围扩大，对硬度较高的水，仍可保证出水水质。（4）再生废液中再生剂有效浓度明显降低，一般不超l%o（5）树脂工作交换容量有所提高。4、新技术：（1）无顶压法再生工艺：增加中间排水装置的开孔面积，小孔流速小于0.10.2ms,压脂层厚20cm,再生流速小于7mh,可不需顶压。（2）浮动床技术：交换工作时：上升水流以3040mh流速，将树脂处于悬浮状态。再生时：再生液由顶部向下流经树脂层。特点：同样具有逆流再生的特点。但工作一定时间后，需将树脂移出体外擦洗，原因是浮动床内树脂填充较满，难以在交换器内清洗。适用情况：不宜用于水量不稳定和需经常间歇的情况。原因：保持层床不乱才具有逆流再生的特点。水量不稳和经常间歇易乱层。()固定床软化设备计算：计算基本公式：4E"'=Q777'(物料平衡方程)F-离子交换器截面积，m2oh树脂层高度，moE”一树脂工作交换容量，mmolLoQ软化水的水量，m3hoT软化工作时间，hoHt原水硬度，以"+3Mg2+)表示，mmol/Lo计算步骤：(1)交换器直径d(m)(F=m2)V据圆面积公式为：d=榨(m)Q一给定流量。v一所选水流流速，强酸树脂V取1520mhoTUH(2)树脂层高度h：h=g(m)EQP(3)树脂装量Vr：(湿树脂)Vr=Fh(m3)相应于湿树脂重量Wrn(Kg)：Wm=VrDa(Kg)DH树脂湿视密度或堆密度，一般为600850Kg?实际工程中：固定软化设备台数2台以上，便于再生和检修。图2112烟出面.畿（4）树脂工作交换容量Eop:由漏出曲线来分析：图中：面积abedca为具体工作条件下交换器总的交换能力，称为饱和交换容量：与再生度有关，与具体工作条件有关。面积abdca称为工作交换容量，与再生度有关。工作条件：流速V,温度t,树脂粒径&,硬度H1现一总交换容量，交换基团总数。可用式表示为：Eop=Etn利用系数。1213*ex网。利用硬度开始泄漏时树脂层饱和程度示意图。（1）面积表示再生后，未能再生的部分。（2）面积表示交换剂工作部分。（3）面积表示泄漏时，树脂中未被交换的可工作部分。实际利用率：7=-j再生度：q=（1盟前树脂饱和度（交换后饱和程度）：%=TiBft57s=l-再生前树脂层剩余交换能力的比率：1-%=1号一-血2卜3）耳二E（+（2）+J%=6上一（1一么）三、离子交换系统的选择：选择依据：原水水质及出水水质要求。（一）Na离子交换软化系统：1、软化过程：将水中的C和Mg交换成Na'2、处理后水质：碱度不变，去除了硬度。不产生酸性水，出水硬度也高，可达O.05mmolL（l2Ca2+）3、适用条件：原水碱度低，对软化后的硬度要求不高。如要求硬度严格也可串联形式。（二）强酸H'离子交换树脂的工艺特性：1、软化过程：用H'交换水中的Ca2'、Mg*2、特点：（1）与碳酸盐硬度反应，产生CO2气体2RH+Ca（HCO3）,T_、R9Ca+2H,C03、X2co+2ho2RH+Mg(HCO3)2=R2Mg÷2H2C032C02+2H20(2)与非碳酸盐反应生成酸:2RH+CaCl22Ca+2HCl(3)与Na盐反应生成酸RH+NaClRNa+HCl一般不单独使用，因为产生了酸性，常与Na离子交换器一起使用。21 14 KC±¼*AC<)tMS3、出水水质变化过程：强酸树脂对水中离子的选择性顺序为：Ca2+>Mg2+>Na+所以出水中出现离子顺序为H'-Na'fMg?Ca2+S21-15 HN并联离子交换系统I-H离子交快器1 2-N肉子交换看； 3除81H； 4一水箱；5海合叁()H-Na并联离子交换系统：(1)原理：通过Na'交换器出水呈碱性：(出水含：NaHCO3；Na2SO1;NaCD通过H'交换器出水呈酸性：(出水含:C02;H2SO4;HCD混和，酸碱中和。rCO2脱气中和产物JNaSO1,软化水JNaClJ(2)流量分配计算公式：与原水水质和要求出水水质有关，与H'交换器出水失效点有关，漏失Na'为失效点。通过H，柱水量为Q11,通过Na柱水量为Qy1Q=Qtl+Qv.要求出水有剩余碱度一Ar一般约为Ar=O.5mmolLQ11-CQSO：+-)=(Q-Q/C(HCO：)-QAr式中：C(HCO3)原水碱度。可得：Q。1_QS(+ciJ÷c(co;)式中：c(EA)一总阴离子浓度mmol/Ld-SO+C÷Ar同理可得：QNa='2C(ZAj3)(3)适用范围：i原水非碳酸盐阴离子总浓度CQSQra不宜超过34mmolL,并乩/d不宜小于0.5oHC一碳酸盐硬度（暂时硬度）Ht原水硬度c（gCa2+gMg2+mnol/Lii对强酸性阳离子交换剂，不受限制。2、H-Na串联离子交换系统：（1）原理：原水（Q）-H'交换器（Qtl）Q-Q11Ca（HCO3）2+RH-*CaR2+C02+H20脱气CO21QNa'交换含悍Ca（HCO3）2+RNa-*CaR2+NaHCO3出水（少量）1P（2）计算：与并联相同图21-16H-Na串联离子交换系统I-H离子交换Sih2-N离子交换器；3除CQ2器；4一中间水箱；5混合器；6水泵（3）适用条件：适用于处理原水硬度较高的水，并且出水水质硬度较低。(4)注意：除CO?器的设置位置，在H柱和Na柱之间。如果在Na柱之后，贝IJCO?在Na柱中反应：NaR+H2CO3=HR+NaCO3产生碱度较大。(5)比较：HNa并联一一设备紧凑，投资省。HNa串联出水硬度低，安全可靠。经HNa离子交换器处理，蒸发残渣可降低1213详见书P415自学于交篌Kft票出京京星童化艮21N-W予文1*H灾h-¼<-zrcC3ftX©)l<tJt«tc(H;)X<fc金公，与R尿知，(*，arx2,)*Mr(Nb*)*<寄城望*“H),代)ho>*vC)N停包酎,儿a)K<aftt>t.r*KT>lT<<M>丁拿,Iiaadc)*a：w»r-wwwBt.M0*aA*r<(四)弱酸树脂的工艺特性及应用：丙烯酸型(111型)，弱酸性树脂一CH-CH1j¾-CHj-1、结构：人C(X)HJ起活性作用的主要是竣基、,/,一CH-CHj-CH-C-,(-COOH),所以也称竣酸树脂。*VJH2、特性：(1)主要与水中重碳酸盐硬度进行交换反应，与重碳酸盐交换反应后，生成H2CO3,离解出的H'很少。与非碳酸盐反应：如：2RC00H+CaCl2（RCOO）2Ca+2HCl可离解出许多H',对RCOOH的反应起抑制作用。（2）对H-的亲合力比强酸树脂大，容易进行再生。再生剂用量少,浓度可降低。（3）交换容量高，结合的活性基团多。如国产111,交换容量212.0InmOlg（干树脂）（4）若与Na型强酸树脂联合使用，可适用于水的脱碱软化。rHNa串联系统。两种方式,HNa同柱，HNa离子交换双层床。四、再生附属设备-r*>2tt0. >-*（一）食盐系统：食盐贮存，盐液配制，和输送设备。常用湿式贮存，存。（二）酸系统:Jl21 U配箱遇，就I-Kiaa. 2-1L 5-4<2M> 4-itt. 1"尔，用量小时，也可用干式贮贮存，输送，计量，投加等构成。安全投加问题。（三）再生剂耗量计算:QHIMBnT100(kg)Q原水流量m7hHt一进水硬度4JCa2+2+jmolLT一运行时间