目前,水的软化主要采用化学方法进行,经常使用的有软水剂法和离子交换法。
一、软水剂法
该法是用化学药品作为软水剂,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,或形成稳定的可溶性络合物,降低水的硬度。
1.沉淀法
通常使用石灰和纯碱,使水中的钙离子形成CaCO3沉淀、镁离子形成Mg(OH)2沉淀而从水中除去,从而降低水的硬度,称为石灰—纯碱法,较经济实用。 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
在去除钙、镁离子的同时,水中的铁、锰盐等也可以转变成不溶性的氢氧化物沉淀而除去。
硬水中只加纯碱(Na2CO3),经煮沸也可以降低水的硬度,但由于碳酸镁在水中仍有一定的溶解度,故软化程度不高。
磷酸三钠也是常用的软水剂,具有较好的软水效果。
3Ca(HCO3)2+2Na3PO4Ca3(PO4)2↓+6NaHCO3
3CaSO4+2Na3PO4Ca3(PO4)2↓+3Na2SO4
经纯碱或磷酸三钠处理的软水,往往含有较高的碱度,仅可直接用于碱性条件下的练漂、染整加工。
工业上采用石灰—纯碱法进行软水处理时,是将水与需要量的化学药品在反应器中混合,处理后放出软水,沉淀物由反应器底部排出,而纯碱和磷酸三钠往往是在练漂、印染工作液中适量添加,起到软水剂的作用。
2.络合法
无机型络合剂如六偏磷酸钠,是染整加工中常使用的络合型软水剂,它能与水中的钙、镁离子形成稳定的水溶性络合物,而将钙、镁盐杂质去除,起到软化的作用:
Na4[Na2(PO3)6]+Ca2+Na4[Ca(PO3)6]+2Na+
Na4[Na2(PO3)6]+Mg2+Na4[Mg(PO3)6]+2Na+
由于六偏磷酸钠在软水过程中不会产生不溶性沉淀物,更适合于在染整工作液中直接作为软水剂添加使用,但价格相对偏高。
有机型络合剂如乙二胺四醋酸钠和氨三乙酸钠及一些复合型有机螯合分散剂、有机络合剂,是更优秀的络合型软水剂,少量使用既有良好的软水效果,生成的水溶性络合物又稳定,在工业上已有广泛应用。
二、离子交换法
阳离子交换树脂可交换水中的各种阳离子,如Ca2+、Mg2+等,目前广泛采用国产732型聚苯乙烯强酸性阳离子交换树脂,出厂时多为钠型,这种高分子材料中带有磺酸基反应官能团,可吸收掉水中的绝大部分Ca2+、Mg2+等,从而使水质软化。其作用原理如下:先将比较稳定的钠型树脂用酸转型为活性较高的氢型树脂:
R—SO3Na+H+R-SO3H+Na+
然后将硬水缓慢通过氢型树脂层,产生离子交换作用,使水软化:
2R—SO3H+Ca2+(R—SO3)2Ca+2H+
2.阴离子交换树脂
阴离子交换树脂可交换水中的各种阴离子,如Cl-、SO42-等,目前广泛采用国产717型聚苯乙烯强碱性阴离子交换树脂,出厂时多为氯型,这种高分子材料中带有季铵基反应官能团,可吸收掉水中的Cl-、SO42-,可使经阳离子交换树脂软化后的水由酸性变为中性,并使软水进一步得以净化。其作用原理如下:
首先也将比较稳定的氯型用碱转型为活性较高的氢氧型树脂:
R—CH2N(CH3)3Cl+OH-R—CH2N(CH3)3OH+Cl-
然后与已经阳离子交换树脂软化的水或硬水缓慢接触,产生离子交换作用,使软水变为中性或进一步净化水质:
2R—CH2N(CH3)3OH+SO42-+2H+[R—CH2N(CH3)3]2SO4+2H2O
3.树脂再生处理
通常,离子交换树脂使用一段时间后,树脂吸附能力饱和,失去化学反应活性。需经必要的再生处理,使其重新具有吸附反应活性。
失去活性的阳离子交换树脂可用HCl溶液使其再生:
(R—SO3)2Ca+2H+2R—SO3H+Ca2+
失去活性的阴离子交换树脂可用NaOH溶液使其再生:
[R—CH2N(CH3)3]2SO4+2OH-2R—CH2N(CH3)3OH+SO42-
再生后的阳、阴离子交换树脂又可以重新投入软水处理过程。由上可见,离子交换树脂可以在很长时期内反复交替、再生、循环使用,而不需要经常更换。
电渗析法是一种更先进的离子交换软水法,但设备投资较高、维护繁杂、耗电量大,一般的染厂很少采用。
另外,如果直接使用江、河、湖等地面水作为水源,在进行水质软化之前,需预先完成水中悬浮物的去除工作,常采取砂层过滤、凝聚剂吸附、活性炭层过滤等处理方式,使水源无色、无味、澄清、透明后,再进入硬水软化工序过程。使用地下水或自来水作为水源,一般可直接进入硬水软化阶段。水质常用测定方法可参见相关工具书。
