含有鈣、鎂離子等雜質(zhì)的水叫做硬水,硬水軟化的目的就是根據(jù)需要采用適當(dāng)?shù)姆椒ń档退械拟}、鎂等離子的含量,使硬水軟化為軟水,這種處理過程叫做水的軟化。
目前,水的軟化主要采用化學(xué)方法進(jìn)行,經(jīng)常使用的有軟水劑法和離子交換法。
一、軟水劑法
該法是用化學(xué)藥品作為軟水劑,與水中的鈣、鎂離子作用,或生成不溶性沉淀使之從水中去除,或形成穩(wěn)定的可溶性絡(luò)合物,降低水的硬度。
1.沉淀法
通常使用石灰和純堿,使水中的鈣離子形成CaCO3沉淀、鎂離子形成Mg(OH)2沉淀而從水中除去,從而降低水的硬度,稱為石灰—純堿法,較經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 Ca(HCO3)2+Ca(OH)22CaCO3↓+2H2O
Mg(HCO3)2+Ca(OH)2MgCO3+CaCO3↓+2H2O
MgCO3+Ca(OH)2Mg(OH)2↓+CaCO3↓
CaCl2+Na2CO3CaCO3↓+2NaCl
MgCl2+Ca(OH)2Mg(OH)2↓+CaCl2
CaSO4+Na2CO3CaCO3↓+Na2SO4
MgSO4+Ca(OH)2Mg(OH)2↓+CaSO4
在去除鈣、鎂離子的同時(shí),水中的鐵、錳鹽等也可以轉(zhuǎn)變成不溶性的氫氧化物沉淀而除去。
硬水中只加純堿(Na2CO3),經(jīng)煮沸也可以降低水的硬度,但由于碳酸鎂在水中仍有一定的溶解度,故軟化程度不高。
磷酸三鈉也是常用的軟水劑,具有較好的軟水效果。
3Ca(HCO3)2+2Na3PO4Ca3(PO4)2↓+6NaHCO3
3CaSO4+2Na3PO4Ca3(PO4)2↓+3Na2SO4
經(jīng)純堿或磷酸三鈉處理的軟水,往往含有較高的堿度,僅可直接用于堿性條件下的練漂、染整加工。
工業(yè)上采用石灰—純堿法進(jìn)行軟水處理時(shí),是將水與需要量的化學(xué)藥品在反應(yīng)器中混合,處理后放出軟水,沉淀物由反應(yīng)器底部排出,而純堿和磷酸三鈉往往是在練漂、印染工作液中適量添加,起到軟水劑的作用。
2.絡(luò)合法
無機(jī)型絡(luò)合劑如六偏磷酸鈉,是染整加工中常使用的絡(luò)合型軟水劑,它能與水中的鈣、鎂離子形成穩(wěn)定的水溶性絡(luò)合物,而將鈣、鎂鹽雜質(zhì)去除,起到軟化的作用:
Na4[Na2(PO3)6]+Ca2+Na4[Ca(PO3)6]+2Na+
Na4[Na2(PO3)6]+Mg2+Na4[Mg(PO3)6]+2Na+
由于六偏磷酸鈉在軟水過程中不會(huì)產(chǎn)生不溶性沉淀物,更適合于在染整工作液中直接作為軟水劑添加使用,但價(jià)格相對(duì)偏高。
有機(jī)型絡(luò)合劑如乙二胺四醋酸鈉和氨三乙酸鈉及一些復(fù)合型有機(jī)螯合分散劑、有機(jī)絡(luò)合劑,是更優(yōu)秀的絡(luò)合型軟水劑,少量使用既有良好的軟水效果,生成的水溶性絡(luò)合物又穩(wěn)定,在工業(yè)上已有廣泛應(yīng)用。
二、離子交換法
1.陽離子交換樹脂
陽離子交換樹脂可交換水中的各種陽離子,如Ca2+、Mg2+等,目前廣泛采用國產(chǎn)732型聚苯乙烯強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂,出廠時(shí)多為鈉型,這種高分子材料中帶有磺酸基反應(yīng)官能團(tuán),可吸收掉水中的絕大部分Ca2+、Mg2+等,從而使水質(zhì)軟化。其作用原理如下:先將比較穩(wěn)定的鈉型樹脂用酸轉(zhuǎn)型為活性較高的氫型樹脂:
R—SO3Na+H+R-SO3H+Na+
然后將硬水緩慢通過氫型樹脂層,產(chǎn)生離子交換作用,使水軟化:
2R—SO3H+Ca2+(R—SO3)2Ca+2H+
2.陰離子交換樹脂
陰離子交換樹脂可交換水中的各種陰離子,如Cl-、SO42-等,目前廣泛采用國產(chǎn)717型聚苯乙烯強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂,出廠時(shí)多為氯型,這種高分子材料中帶有季銨基反應(yīng)官能團(tuán),可吸收掉水中的Cl-、SO42-,可使經(jīng)陽離子交換樹脂軟化后的水由酸性變?yōu)橹行?并使軟水進(jìn)一步得以凈化。其作用原理如下:
首先也將比較穩(wěn)定的氯型用堿轉(zhuǎn)型為活性較高的氫氧型樹脂:
R—CH2N(CH3)3Cl+OH-R—CH2N(CH3)3OH+Cl-
然后與已經(jīng)陽離子交換樹脂軟化的水或硬水緩慢接觸,產(chǎn)生離子交換作用,使軟水變?yōu)橹行曰蜻M(jìn)一步凈化水質(zhì):
2R—CH2N(CH3)3OH+SO42-+2H+[R—CH2N(CH3)3]2SO4+2H2O
3.樹脂再生處理
通常,離子交換樹脂使用一段時(shí)間后,樹脂吸附能力飽和,失去化學(xué)反應(yīng)活性。需經(jīng)必要的再生處理,使其重新具有吸附反應(yīng)活性。
失去活性的陽離子交換樹脂可用HCl溶液使其再生:
(R—SO3)2Ca+2H+2R—SO3H+Ca2+
失去活性的陰離子交換樹脂可用NaOH溶液使其再生:
[R—CH2N(CH3)3]2SO4+2OH-2R—CH2N(CH3)3OH+SO42-
再生后的陽、陰離子交換樹脂又可以重新投入軟水處理過程。由上可見,離子交換樹脂可以在很長時(shí)期內(nèi)反復(fù)交替、再生、循環(huán)使用,而不需要經(jīng)常更換。
電滲析法是一種更先進(jìn)的離子交換軟水法,但設(shè)備投資較高、維護(hù)繁雜、耗電量大,一般的染廠很少采用。
另外,如果直接使用江、河、湖等地面水作為水源,在進(jìn)行水質(zhì)軟化之前,需預(yù)先完成水中懸浮物的去除工作,常采取砂層過濾、凝聚劑吸附、活性炭層過濾等處理方式,使水源無色、無味、澄清、透明后,再進(jìn)入硬水軟化工序過程。使用地下水或自來水作為水源,一般可直接進(jìn)入硬水軟化階段。水質(zhì)常用測定方法可參見相關(guān)工具書。
目前,水的軟化主要采用化學(xué)方法進(jìn)行,經(jīng)常使用的有軟水劑法和離子交換法。
一、軟水劑法
該法是用化學(xué)藥品作為軟水劑,與水中的鈣、鎂離子作用,或生成不溶性沉淀使之從水中去除,或形成穩(wěn)定的可溶性絡(luò)合物,降低水的硬度。
1.沉淀法
通常使用石灰和純堿,使水中的鈣離子形成CaCO3沉淀、鎂離子形成Mg(OH)2沉淀而從水中除去,從而降低水的硬度,稱為石灰—純堿法,較經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 Ca(HCO3)2+Ca(OH)22CaCO3↓+2H2O
Mg(HCO3)2+Ca(OH)2MgCO3+CaCO3↓+2H2O
MgCO3+Ca(OH)2Mg(OH)2↓+CaCO3↓
CaCl2+Na2CO3CaCO3↓+2NaCl
MgCl2+Ca(OH)2Mg(OH)2↓+CaCl2
CaSO4+Na2CO3CaCO3↓+Na2SO4
MgSO4+Ca(OH)2Mg(OH)2↓+CaSO4
在去除鈣、鎂離子的同時(shí),水中的鐵、錳鹽等也可以轉(zhuǎn)變成不溶性的氫氧化物沉淀而除去。
硬水中只加純堿(Na2CO3),經(jīng)煮沸也可以降低水的硬度,但由于碳酸鎂在水中仍有一定的溶解度,故軟化程度不高。
磷酸三鈉也是常用的軟水劑,具有較好的軟水效果。
3Ca(HCO3)2+2Na3PO4Ca3(PO4)2↓+6NaHCO3
3CaSO4+2Na3PO4Ca3(PO4)2↓+3Na2SO4
經(jīng)純堿或磷酸三鈉處理的軟水,往往含有較高的堿度,僅可直接用于堿性條件下的練漂、染整加工。
工業(yè)上采用石灰—純堿法進(jìn)行軟水處理時(shí),是將水與需要量的化學(xué)藥品在反應(yīng)器中混合,處理后放出軟水,沉淀物由反應(yīng)器底部排出,而純堿和磷酸三鈉往往是在練漂、印染工作液中適量添加,起到軟水劑的作用。
2.絡(luò)合法
無機(jī)型絡(luò)合劑如六偏磷酸鈉,是染整加工中常使用的絡(luò)合型軟水劑,它能與水中的鈣、鎂離子形成穩(wěn)定的水溶性絡(luò)合物,而將鈣、鎂鹽雜質(zhì)去除,起到軟化的作用:
Na4[Na2(PO3)6]+Ca2+Na4[Ca(PO3)6]+2Na+
Na4[Na2(PO3)6]+Mg2+Na4[Mg(PO3)6]+2Na+
由于六偏磷酸鈉在軟水過程中不會(huì)產(chǎn)生不溶性沉淀物,更適合于在染整工作液中直接作為軟水劑添加使用,但價(jià)格相對(duì)偏高。
有機(jī)型絡(luò)合劑如乙二胺四醋酸鈉和氨三乙酸鈉及一些復(fù)合型有機(jī)螯合分散劑、有機(jī)絡(luò)合劑,是更優(yōu)秀的絡(luò)合型軟水劑,少量使用既有良好的軟水效果,生成的水溶性絡(luò)合物又穩(wěn)定,在工業(yè)上已有廣泛應(yīng)用。
二、離子交換法
陽離子交換樹脂可交換水中的各種陽離子,如Ca2+、Mg2+等,目前廣泛采用國產(chǎn)732型聚苯乙烯強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂,出廠時(shí)多為鈉型,這種高分子材料中帶有磺酸基反應(yīng)官能團(tuán),可吸收掉水中的絕大部分Ca2+、Mg2+等,從而使水質(zhì)軟化。其作用原理如下:先將比較穩(wěn)定的鈉型樹脂用酸轉(zhuǎn)型為活性較高的氫型樹脂:
R—SO3Na+H+R-SO3H+Na+
然后將硬水緩慢通過氫型樹脂層,產(chǎn)生離子交換作用,使水軟化:
2R—SO3H+Ca2+(R—SO3)2Ca+2H+
2.陰離子交換樹脂
陰離子交換樹脂可交換水中的各種陰離子,如Cl-、SO42-等,目前廣泛采用國產(chǎn)717型聚苯乙烯強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂,出廠時(shí)多為氯型,這種高分子材料中帶有季銨基反應(yīng)官能團(tuán),可吸收掉水中的Cl-、SO42-,可使經(jīng)陽離子交換樹脂軟化后的水由酸性變?yōu)橹行?并使軟水進(jìn)一步得以凈化。其作用原理如下:
首先也將比較穩(wěn)定的氯型用堿轉(zhuǎn)型為活性較高的氫氧型樹脂:
R—CH2N(CH3)3Cl+OH-R—CH2N(CH3)3OH+Cl-
然后與已經(jīng)陽離子交換樹脂軟化的水或硬水緩慢接觸,產(chǎn)生離子交換作用,使軟水變?yōu)橹行曰蜻M(jìn)一步凈化水質(zhì):
2R—CH2N(CH3)3OH+SO42-+2H+[R—CH2N(CH3)3]2SO4+2H2O
3.樹脂再生處理
通常,離子交換樹脂使用一段時(shí)間后,樹脂吸附能力飽和,失去化學(xué)反應(yīng)活性。需經(jīng)必要的再生處理,使其重新具有吸附反應(yīng)活性。
失去活性的陽離子交換樹脂可用HCl溶液使其再生:
(R—SO3)2Ca+2H+2R—SO3H+Ca2+
失去活性的陰離子交換樹脂可用NaOH溶液使其再生:
[R—CH2N(CH3)3]2SO4+2OH-2R—CH2N(CH3)3OH+SO42-
再生后的陽、陰離子交換樹脂又可以重新投入軟水處理過程。由上可見,離子交換樹脂可以在很長時(shí)期內(nèi)反復(fù)交替、再生、循環(huán)使用,而不需要經(jīng)常更換。
電滲析法是一種更先進(jìn)的離子交換軟水法,但設(shè)備投資較高、維護(hù)繁雜、耗電量大,一般的染廠很少采用。
另外,如果直接使用江、河、湖等地面水作為水源,在進(jìn)行水質(zhì)軟化之前,需預(yù)先完成水中懸浮物的去除工作,常采取砂層過濾、凝聚劑吸附、活性炭層過濾等處理方式,使水源無色、無味、澄清、透明后,再進(jìn)入硬水軟化工序過程。使用地下水或自來水作為水源,一般可直接進(jìn)入硬水軟化階段。水質(zhì)常用測定方法可參見相關(guān)工具書。
