水质工程学
第8章 药剂与离子交换软化
第一节 水中的杂质
一、水的循环
水汽 风
蒸发
海洋 地下水
图1 水的自然循环
城市生活饮用水 工业用水
给水处理
污水处理
城市生活饮用水 工业用水
回用
给水处理
污水处理
取水
排水
取水
排水
天然水体
天然水体
图2 水的社会循环
二、水中杂质的分类
按杂质来源性质分： 有机物：粪便、腐殖酸、油类、细菌 无机物：气体、泥砂粘土、盐类
二、硬度的分类：
水中化合物： 以离子状态存在，加热时，呈现不同规
律： 温度 ，溶解度 ； 温度 ，溶解度 或分解转化。
硬度成份主要是: 阳离子： Na+、Ca2+、Mg2+ 阴离子：SO42- 、Cl-、 HCO3-
水中假想化合物：对水加热时，水中阴阳离子便按一定 规律以化合物的形式先后析出，根据这一现象，把水中 有关离子假想的结合起来，写成化合物的形式。
水中离子的假想组合:
Ca2+(2.0)
Mg2+(1.5)
Na+(2.5)（K+）
HCO3-(3.0)
SO42-(1.5)
Cl-(1.5)
Ca(HCO3)2(2.0)
Mg(HCO3)2MgSO Na2SO4 (1.0) 4 (0.5) (1.0)
注:括号内数字表示浓度,以 meq/L 计。
1，水中阴阳离子当量浓度总和相等；
最佳西方财富酒店，锅炉水处理。
五、工业水处理的主要内容
1. 软化和除盐：药剂软化、离子交换、电渗 析、反渗透等
2.循环水冷却：冷却塔工艺 3.水质调整：缓蚀剂和阻垢剂
六、主要意义
1.提高用水的水质，减少结垢和腐蚀，降低 维护和重建，避免事故；
2. 尽可能利用循环冷却水，节约水资源； 3. 毕业后可能涉及到这方面的工作。
…………..
四、腐蚀与结垢
工业用水中最常见的危害： 水对管道和容器的腐蚀 产生沉积物，即结垢。
1、腐蚀
2、结垢 水垢的成分？ 管壁结垢的影响？
美国新英格兰区19个城市，沥青衬里铸铁 管30年后，输水能力损失52%。
锅炉 水垢的导热系数远低于锅炉，而成为很
大的热阻。 钢材导热系数为39kcal/m2·h·℃，而厚度
三、工业给水与城市给水 服务对象不同： 去除对象不同：
城市给水: 浊度、色度、部分有机物、细菌
？ 病毒等；主要是d>1µm的悬浮质和1nm
<d<1µm的胶体。
工业水处理：是为了调整和改善水质，以 防在使用过程中产生危害。主要去除d<1nm 的溶解性物质。
工业用水水质标准 食品、饮料 医药卫生 造纸、纺织 电子 锅炉
中的Ca2+ ，Mg2+形成难溶盐。 利用离碳子酸钙和固氢体氧化固镁液溶分解离度低的特点 —离子交换法：
利用树脂中的可交换离子，置换水中 硬度。
利用钠离盐子溶解交度换高体的中特的点离子 分离
—掩蔽剂法： 利用络合物的掩蔽性去除原水中硬度的方
法。 离子 络合物中的离子
一、药剂软化法
溶度积原理： 几种化合物溶度积：（15℃） Ca(OH)2：3.1× 10-5 CaSO4：6.1× 10-5 MgCO3：1.0× 10-5 Ca CO3：4.8× 10-9 Mg(OH)2：5.0× 10-12 Ca3(PO4)2：1.0× 10-25
2-3mm的水垢为1.5 kcal/m2·h·℃
热传导率为1.2×105-1.8×105 kcal/m2·h， 炉水温度177℃，而金属温度为480℃，此时， 金属开始蠕变，逐渐会胀鼓、破裂；结垢的 危害主要是引起锅炉钢材的破坏，引起的燃 料消耗则在其次。
哈工大材料学院实验室循环冷却水的处理。
结论
1、石灰只能去除暂时硬度，而保留永久 硬度；
2、去除等当量钙暂时硬度的石灰耗量是 去除镁暂时硬度的一半；
3、石灰可去除碱度； 4、石灰可减少含盐量； 5、经软化后水的硬度为永久硬度+0.4— 0.6mg/L。
反应池旁立柱上 栖息的摇蚊
沉淀池池壁上栖息的摇蚊
花翅摇蚊
软铗小摇蚊
德永雕翅摇蚊
141.1 51.4 痕量 530.9
85.9 7.1
要求： 1、残余硬度<0.04mmol/1 2、选择合理的处理方法； 3、计算药剂用量。
二、离子交换法
（一）交换剂和离子交换
按杂质颗粒大小或存在形态分：
悬浮物：d>1μ m的颗粒（泥砂废渣）。在流动 的水中受水流的影响，随水流运动，在静水中易沉， 特别>0.1mm，很易去除。
胶体：1nm<d<1μ 。胶体是造成水浑浊的主要原 因。
悬浮物和胶体是城市给水处理的主要对象
溶解杂质（溶液）：d<1nm。光线可以完全通 过，表面看清澈透明。
暗绿二叉摇蚊
花翅摇蚊雄成虫
花翅摇蚊雌成虫
花翅摇蚊卵块和 其中螺旋状排列
三龄花翅摇蚊幼虫
②石灰—苏打法 ③磷酸盐法
作业题：处理水量为240吨/日，原水情况如下表
离子
Na + Ca2+ Mg 2+ Fe2+
Cl－ SO42－ NO3 － HCO3－
CO2 pH
浓 度 （ mg/l ）
36.5 176.8 48.0 1.5
NaCl(1.5)
碳酸盐硬度煮 沸后分解并形 成沉淀故名暂 时硬度
钙硬度
暂时硬度 （碳酸盐硬度）
Ca(HCO3)2
镁硬度 Mg (HCO3)2
永久硬度 （非碳酸盐硬度）
Ca(SO4)2 CaCl2
煮沸后不形成沉淀， 故名永久硬度
MgSO4 MgCl2
第三节 软化方法
—药剂软化法： 投加某种药剂提供OH-，CO32-，与水
What is hard water?
第二节 水的软化
一、水的硬度及其表示方法 硬度：Ca2+、Mg2+总浓度： 单位：国内：meq/1， mmol/1 国外：德国度：1°＝10mgCaO/l 法国、美国：mgCaCO3/l 1meq=2.8度=50mgCaCO3/l 软化：去除硬度的工业过程。
①石灰软化法 石灰生产过程：
石灰石 生石灰 熟石灰（石灰乳）
反应式
适用场合
石灰价格低、来源广。 石灰软化法适用于原水的碳酸盐硬度高、 非碳酸盐硬度低且对软化要求不高的场合。
原 水
石灰投加量的确定
1 排 污 原 水
石 灰 6
2
3 清
45 水
石灰软化的设备
7
7
9
排 渣
8 排 渣
螺旋形反应器 spiractor 特殊石灰软化设备