软化实验专业方案加报告含硬度碱度检测基础方法.docx

化学软化试验汇报                                     试验人：  汇报整理： 9月  日 1、试验背景为节省水资源，污水厂采取RO系统对中间水池聚集水进行处理后回用。轻重、污染废水中碱度、硬度、硫酸根、钙离子浓度如表所表示：轻污染废水重污染废水碱度（mg/L）硬度（mg/L）硫酸根（mg/L）钙离子（mg/L）镁离子（mg/L）CO2（mg/L）由表中能够看出，轻、重污染废水处理后聚集于中间水池水硬度高、碱度较低，并含有一定浓度硫酸根。2、试验目标 水总硬度是指水中Ca2+、Mg2+总量，通常是以离子形式存在。含量多硬度大，反之则小。硬度又分为临时性硬度和永久性硬度。因为水中含有重碳酸钙和重碳酸镁而形成硬度，经煮沸后可把硬度去掉，这种硬度称为临时性硬度，又叫碳酸盐硬度，水中含硫酸钙和硫酸镁等盐类物质而形成硬度，经煮沸后不能去除硬度，称为永久性硬度。以上两种硬度合称为总硬度。在反渗透过程中，纯净水会经过半透膜，而水中钙镁离子就会被截留在浓水一端，一部分会伴随浓水排放而冲走，一部分会滞留在半透膜表面上，难溶盐在超出其饱和极限时，会以固体或胶体形式析出，比如碳酸钙、碳酸镁等。在膜面上形成结垢，降低 RO 膜通量，增加运行压力和压力降， 并造成回收率下降、产品水质下降。这种在膜面上形成沉积层现象叫做膜污染。所以必需降低RO系统进水硬度，预防CaCO3、CaSO4等难溶盐结垢。 本试验目标降低垢产生，确保膜通量和产水量，延长设备清洗周期和使用寿命。为实现此目标，采取化学软化方法降低RO系统进水硬度、碱度，经过试验确定药剂投加量，加药反应时间、沉淀时间，并优化反应参数。3、试验方法石灰软化法通常对硬度高、碱度高水适用，且只适适用于暂硬高、永硬低水质处理。为避免投加生石灰（CaO）产生灰尘污染，通常先将生石灰制成消石灰Ca(OH)2（即熟石灰）使用。对硬度高、碱度低水，即永硬高水，采取石灰-纯碱软化法，加石灰同时再投加适量纯碱（NaCO3又称苏打）。而对硬度低、碱度高负硬水则采取石灰-石膏处理法。3.1、方法选择因为本项目中RO系统进水水质硬度高、碱度较低，所以选择石灰-纯碱软化法，其反应以下去除永久硬度CaSO4+Na2CO3=CaCO3+Na2SO4CaC12+Na2CO3=CaCO3+2NaC1MgSO4+Na2CO3=MgCO3+Na2SO4MgC12+Na2CO3= MgCO3+2 NaC1MgCO3+Ca(OH)2=CaCO3+Mg(OH)2在较高pH值时，MgCO3很快水解：MgCO3+H2O=Mg（OH）2+CO2去除临时硬度Ca(HCO3)2+ Na2CO3=CaCO3+2 NaHCO3Mg(HCO3)2+ Na2CO3= MgCO3+2 NaHCO3MgCO3+H2= Mg（OH）2+CO2经石灰-纯碱软化后水，其硬度可降为0.15-0.2mmol/L。另外，永硬也能够直接用离离子交换法除去。3.2、理论投加量计算石灰-纯碱加入量可按下列计算式估算。（1） 石灰用量估算CaO=（CO2+A0+HMg+）mg/L（2） 纯碱用量估算Na2C03=  (H永+) mg/L式中CaO需投加工业石灰量，mg/L；CO2原水中CO2浓度（ CO2计），mmol/L；A0原水总碱度（H+计），mmol/L；HMg原水镁硬度（Mg2+计），mmol/L；Na2C03纯碱投加量，mg/L；H永原水永久硬度（Ca2+Mg2+计），mmol/L；石灰过剩量（Ca（OH）2计），mmol/L(通常为0.20.4mmol/L)；纯碱过剩量Na2C03计，mmo1/L(通常取1.0-1.4mmol/L)；28 CaO摩尔质量，g/mol；53  Na2C03摩尔质量，g/mol；工业石灰纯度，%；工业纯碱纯度，%。3.3、试验过程需要指标和方法： 水中CO2浓度（估算） 钙离子浓度、镁离子浓度、总硬度（EDTA-络合滴定法） 水碱度（以H计）（碱度测定方法见附表，硬度测定方法见附表）所需仪器和药剂：磁力搅拌器、烧杯、天平、蒸馏水、滴定管、移液管分析化验仪器等。软化试验需要测定待软化水样碱度，钙硬度，镁硬度，预先估算工业石灰和工业纯碱投加量大致范围，再由软化试验深入优化工业石灰和工业纯碱投加量。具体试验过程以下：3.3.1试验药剂配制碱度试验药剂：盐酸标准滴定溶液C(HCl)约0.05mol/L，酚酞指示剂：5g/L（乙醇溶液），溴甲酚绿甲基红指示液。硬度试验药剂：10%NaOH溶液,PH=10缓冲溶液（ 氨氯化铵缓冲液(pH10.0) 取氯化铵5.4g，加蒸馏水20ml溶解后，加浓氨水溶液35ml，再加水稀释至100ml，即得。），铬黑T指示剂（将1g铬黑T指示剂和100g分析纯NaCl混合、磨细，装瓶备用），EDTA标准溶液（先按10mmol/L配，试验过程中，发觉未软化前水样硬度较高，后将EDTA标准溶液按0.1mol/L配置），钙指示剂（1g钙指示剂和100g分析纯NaCl混合、磨细，装瓶备用）。软化试验药剂：配置5%石灰乳，称取5g石灰，加水定容至100mL。配置5%碳酸钠，称取5g碳酸钠，加水定容至100mL。1、 碱度测定（以软化前水样为例）试验中测定水样(V0=100ml)酚酞碱度为0，总碱度测定时盐酸（C=0.05mol/L），抵达滴定终点盐酸消耗量V=4.05(前期到滴定终点消耗盐酸3.8mL，加热煮沸后又消耗2.5ml）。VC1000总碱度A0（以H+计）= -=2.025mmol/L                            V03、硬度测定（以软化前水样为例）用移液管吸收水样50.00ml于250ml三角瓶中，加5ml PH=10缓冲溶液，再加少许（约0.1g）铬黑T混合指示剂，用EDTA标准溶液滴定至酒红色变为纯蓝色。统计EDTA用量V1(取五组水样滴定取平均值)。另取50.00ml水样于250ml锥形瓶中，加入5ml10%NaOH溶液摇匀，加入少许（约0.1g）钙指示剂，用EDTA标准溶液滴定至酒红色变为纯蓝色。统计EDTA用量V2（ml）(取五组水样滴定取平均值)。按下式计算：             C(EDTA)V2M(Ca)1000Ca(mg/L)= -=453                     50.00C(EDTA)(V1-V2)M(Mg)1000Mg(mg/L)= -=98.66                        50.00C(EDTA)V1M(CaO)1000总硬度（mg/L）= -=861.7                       50.00式中C(EDTA)- EDTA标准溶液浓度（mol/L）      V1- 铬黑T终点EDTA用量（mL）      V2- 钙指示剂终点EDTA用量（mL）      M(Ca)- Ca摩尔质量（g/mol）      M(Mg)- Mg摩尔质量（g/mol）      M(CaO)- CaO摩尔质量（g/mol）经上述检测，第一批水样软化前碱度=2.025mmol/L，钙硬度（以Ca2+计）=453mg/L，镁硬度（以Mg2+计）=98.66mg/L，总硬度（以CaO计）=861.7mg/L。3.3.2工业石灰、纯碱理论用量试验水样软化前总碱度A0（以H+计）=2.025mmol/L；原水中二氧化碳浓度取值范围0-30mmol/L（在通常范围取值）；通常为0.20.4mmol/L，取0.3；通常取1.0-1.4mmol/L，取1.2；取90%；取90%；钙硬度Ca（以Ca2+计）=453 mg/L=（以Ca2+计）=22.65 mmol/L；镁硬度Mg（以Mg2+计）=98.66 mg/L=（HMg、以Mg2+计）=8.22 mmol/L；原水永久硬度H永（Ca2+Mg2+计）=22.65+8.22 mmol/L；28 CaO摩尔质量，g/mol；53  Na2C03摩尔质量，g/mol；（Ca）摩尔质量为20 g/mol，（Mg）摩尔质量为12.15 g/mol。按3.2节公式计算：（1） 石灰用量估算CaO=（030）+2.025+8.22+0.3）mg/L=0.331.26 g/L（3） 纯碱用量估算Na2C03=  (（22.65+8.22）+1.2) mg/L=1.89 g/L石灰理论用量范围0.331.26g/L，纯碱用量1.89g/L。软化加药量试验取5份0.5L水样，根据0.6g/L加药量加入石灰乳，分别加入0.8倍1.6倍理论加药量碳酸钠。将5个水样同时置于磁力搅拌器上，加药时搅拌1分钟，转速300r/min；然后转速逐步降到200r/min进入反应阶段，转速由200 r/min逐步降低到50 r/min，搅拌5分钟。静置沉淀10分钟。取上清液测钙硬度、镁硬度、总硬度。 取5份0.5L水样，分别加入0.8g/L加药量石灰乳，分别加入0.8倍1.6倍理论加药量碳酸钠。反复、。水样软化前钙硬度（以Ca2+计）=453mg/L，镁硬度（以Mg2+计）=98.66mg/L，总硬度（以CaO计）=861.17mg/L。软化后水样钙硬度、镁硬度、总硬度结果以下表所表示：表1、理论投加量试验结果石灰用药量g/L纯碱用药量g/L钙硬度（mg/L)镁硬度（mg/L)总硬度（mg/L)原水0.60.40.60.450.60.50.60.550.60.60.60.650.60.70.60.750.60.80.80.40.80.450.80.50.80.550.80.60.80.8a钙硬度改变曲线b镁硬度改变曲线c总硬度改变曲线图1、石灰投加量为0.6、0.8g/L时钙硬度、镁硬度、总硬度改变曲线 依据初步软化试验结果显示：软化后钙硬度和总硬度伴随碳酸钠投加量增加而降低，但在投加量范围内总硬度降低不到50%，而且降低幅度不大，所以碳酸钠投加量需要加大，为提升试验效率，还需要扩大投加量梯度，方便找到最好药品投加量。而石灰投加量在g/L时软化后出水比g/L时，钙硬度和总硬度反而较高，说明需要降低石灰投加量。3.3.3工业石灰、纯碱投加量优化试验重新取水样，测得钙硬度=653mg/L，镁硬度=71.93mg/L，总硬度=1080.5mg/L。按石灰投加量分别固定为，纯碱投加量分别从1.5g/L增加到4g/L，测得软化后钙硬度、镁硬度、总硬度。结果以下：表2、投加量优化试验结果1石灰用药量g/L纯碱用药量g/L钙硬度（mg/L)镁硬度（mg/L)总硬度（mg/L)软化前0.41.50.41.50.41.750.420.42.250.42.50.43图2、石灰投加量分别固定为时，钙硬度、镁硬度、总硬度随纯碱投加量改变曲线由表格和曲线图可分析出，钙硬度、镁硬度、总硬度均随纯碱投加量增加而降低。当纯碱投加量小于2g/L时，石灰投加量从0.4g/L增加到0.6g/L，总硬度去除率均在90%以内，当纯碱投加量大于2g/L时，石灰投加量从0.4g/L增加到0.6g/L，总硬度去除率均大于90%，不过伴随纯碱投加量继续增加，总硬度下降有限。按纯碱投加量分别固定为，石灰投加量分别从0.2g/L增加到0.8g/L，测软化后钙硬度、镁硬度、总硬度。结果以下：表3、投加量优化试验结果2石灰用药量g/L纯碱用药量g/L钙硬度(mg/L)镁硬度(mg/L)总硬度（mg/L)原水0.21.50.31.50.41.50.41.50.41.50.51.5    图3、纯碱投加量分别固定为时，钙硬度、镁硬度、总硬度随石灰投加量改变曲线在一定范围内，钙硬度，镁硬度，总硬度，伴随石灰和纯碱投加量增加而降低；石灰投加量大于，纯碱投加量在以上时，总硬度均低于10mg/L，去除率均大于90%。此时，继续投加石灰或纯碱，钙硬度，镁硬度，总硬度下降趋势不显著。 纯碱投加量固定为时，伴随石灰投加量增加, 总硬度比钙硬度下降缓慢，而镁硬度有缓慢上升趋势。纯碱投加量固定为时，伴随石灰投加量超出0.5g/L,钙硬度，总硬度下降缓慢，镁硬度有缓慢上升趋势。3.3.5试验结论综合考虑试验数据中钙硬度，镁硬度，总硬度实际降低效果和经济原因，可免去投加石灰，钙硬度、镁硬度、总硬度去除率分别约为94.5%、45.4%、84.6%。 4、技术经济分析市场上片碱2500元/t,纯碱3000元/t，则根据试验得出投加量范围进行计算天天药剂需要量、天天运行费用、吨水运行费用。表6：片碱和纯碱需药量及运行费用单价（元/t）投加量（g/L）吨水药剂费（元/t）水量（t/d）需药量（t/d）运行费用（元/d）片碱Min纯碱Min累计经技术经济分析，附表碱度测定 附表水中钙镁离子含量及总硬度测定原理工业中将含有较多钙、镁盐类水称为硬水，水硬度是将水中Ca2+、Mg2+总量折合成CaO或CaCO3来计算。每升水中含1mgCaO定为1度，每升水含10mgCaO称为一个德国度（）。水硬度用德国度（）作为标准来划分时，通常把小于4水称为很软水，48水称为软水，816水称为中硬水，1632水称为硬水，大于32水称为很硬水。      用EDTA进行水总硬度及Ca2+、Mg2+含量测定时可先测定Ca2+、Mg2+总量，再测定Ca2+量，由总量和Ca2+量差求得Mg2+含量，并由Ca2+、Mg2+总量求总硬度。Ca2+、Mg2+总量测定：用NH3-NH4Cl缓冲溶液调整溶液PH=10，在此条件下，Ca2+、Mg2+均可被EDTA正确滴定。加入铬黑T指示剂，用EDTA标准溶液滴定。在滴定过程中，将有四种配合物生成即CaY、MgY、MgIn、CaIn，它们稳定性次序为：CaYMgYMgInCaIn（略去电荷）由此可见，当加入铬黑T后，它首先和Mg2+结合，生成红色配合物MgIn，当滴入EDTA时，首先和之结合是Ca2+，其次是游离态Mg2+，最终，EDTA夺取和铬黑T结合Mg2+，使指示剂游离出来，溶液颜色由红色变为蓝色，抵达指示终点。设消耗EDTA体积为V1。Ca2+含量测定：用氢氧化钠溶液调整待测水样PH=12，将Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀，使其不干扰Ca2+测定。滴加少许钙指示剂，溶液中部分Ca2+立即和之反应生成红色配合物，使溶液呈红色。当滴定开始后，伴随EDTA不停加入，溶液中Ca2+逐步被滴定，靠近计量点时，游离Ca2+被滴定完后，EDTA则夺取和指示剂结合Ca2+使指示剂游离出来，溶液颜色由红色变为蓝色，抵达指示终点。设滴定中消耗EDTA体积为V2。仪器及药品仪器：50ml酸式滴定管，50ml移液管，250ml锥形瓶，10ml量桶。药品：10%NaOH溶液,PH=10缓冲溶液（ 氨氯化铵缓冲液(pH10.0) 取氯化铵5.4g，加蒸馏水20ml溶解后，加浓氨水溶液35ml，再加水稀释至100ml，即得。），铬黑T指示剂（将1g铬黑T指示剂和100g分析纯NaCl混合、磨细，装瓶备用），EDTA标准溶液（先按10mmol/L配），钙指示剂（1g钙指示剂和100g分析纯NaCl混合、磨细，装瓶备用）。内容及步骤用移液管吸收水样50.00ml于250ml三角瓶中，加5ml PH=10缓冲溶液，再加少许（约0.1g）铬黑T混合指示剂，用EDTA标准溶液滴定至酒红色变为纯蓝色。统计EDTA用量V1（ml）。反复12次。另取50.00ml水样于250ml锥形瓶中，加入5ml10%NaOH溶液摇匀，加入少许（约0.1g）钙指示剂，用EDTA标准溶液滴定至酒红色变为纯蓝色。统计EDTA用量V2（ml）。反复12次。按下式计算：             C(EDTA)V2M(Ca)1000Ca(mg/L)= -                     50.00C(EDTA)(V1-V)2M(Mg)1000Mg(mg/L)= -            ;            50.00C(EDTA)V1M(CaO)1000总硬度（）= -                       50.0010式中C(EDTA)- EDTA标准溶液浓度（mol/L）      V1- 铬黑T终点EDTA用量（mL）      V2- 钙指示剂终点EDTA用量（mL）      M(Ca)- Ca摩尔质量（g/mol）      M(Mg)- Mg摩尔质量（g/mol）      M(CaO)- CaO摩尔质量（g/mol）（1德国度=10mg/L总硬度）