自来水虽是经过某些处理的天然水,但仍有一定的硬度,对某些用途来说还需进行软化处理,以降低水中钙、镁等离子的含量。目前,水的软化方法主要有两种,一种是用离子交换法直接生产软水,另一种是在水中加入软水剂降低水的硬度。
(一)软水剂软化法
在水中加入纯碱、磷酸三钠或六偏磷酸钠、乙二胺四乙酸钠等化学药品(软水剂),它们能与水中的钙、镁离子作用,或生成不溶性沉淀,使之从水中去除,或与钙、镁离子螯合,形成稳定的可溶性络合物而达到软化水的目的。
1.沉淀法
在硬水中加入纯碱,与钙、镁离子作用生成CaCO3、MgCO3沉淀将钙、镁盐从水中去除。但由于MgCO3在水中尚有一定的溶解度,故软化程度不高。如200mg/L的硬水,加入1.5%的纯碱,硬度仅降至90mg/L左右。
磷酸三钠也是常用的软水剂,能与硬水中的钙、镁离子作用生成磷酸钙、磷酸镁沉淀,具有较好的软化效果。200mg/L的硬水,加入0.3%磷酸三钠,硬度可降低至84mg/L左右。
2.络合法
多聚磷酸钠如六偏磷酸钠作软水剂时,能与水中的钙、镁离子形成稳定的水溶性络合物,在温度不高的情况下(不超过70℃)不再具有硬水的性质,不会使肥皂、染料发生沉淀,具有比较好的软水作用,是最常用的软水剂。如200mg/L的硬水,加入0.3%的六偏磷酸钠,硬度可降低至60mgg/L左右。
络合法的软水剂效果最好的是胺的醋酸衍生物,如乙二胺四乙酸钠(EDTA,即软水剂B或BW)和氨三乙酸钠(软水剂A),它们能与钙、镁离子及铜、铁离子生成水溶性络合物,稳定性非常好,用量很少就有很好的软化效果,但成本较高。
(二)离子交换树脂软化法(www.xing528.com)
离子交换树脂又称有机合成离子交换剂,一般由苯乙烯和对二乙烯基苯合成的体型网状高聚物,在它们的分子结构中含有酸性基或碱性基等化学活性基团。离子交换树脂中的活性基团在水溶液中是离子化的,活性基团上的离子能够与水溶液里的同性离子发生交换作用,即溶液里的同性离子与离子交换树脂中的活性基团结合,而活性基团上的离子能够进入水溶液。离子交换树脂具有高度的化学稳定性,和不易破碎的机械强度,不溶于水、酸、碱、盐等溶液中,也不溶于有机溶剂,外形为颗粒状,似鱼子般大小。
离子交换树脂按它所带活性基团的性质可以分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。
阳离子交换树脂分子结构中含有活泼的酸性基,常用的有磺酸型强酸性阳离子交换树脂和羧酸型弱酸性阳离子交换树脂,它们能够与水溶液中的阳离子进行交换。例如磺酸型阳离子交换树脂在溶液中按下式离解,阳离子交换树脂放出氢离子,与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换:
常用的732型阳离子交换树脂是带有磺酸基团的强酸型阳离子交换树脂,其分子结构如下:
阴离子交换树脂分子结构中含有活泼的碱性基,常用的有季铵型强碱性阴离子交换树脂和伯胺型弱碱性阴离子交换树脂,它们能够与水溶液中的阴离子进行交换:
常用的717型阴离子交换树脂是带有季铵基团的强碱型阴离子交换树脂,其分子结构如下:
通过阴阳离子的交换,水中的钙、镁、钾、钠、铁、铜、铝、锰等阳离子和氯化物、硫酸根、碳酸根等阴离子就能去除,水质就能得到软化。软化处理时,原水自上而下流过树脂层,先通过阳离子交换塔交换,再经过阴离子交换塔交换。
阳离子或阴离子交换树脂使用一定时间后会逐渐失效。阴离子交换树脂可用4%的烧碱溶液进行再生,阳离子交换树脂可用4%的盐酸溶液进行再生。
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