含有鈣、鎂離子等雜質的水叫做硬水,硬水軟化的目的就是根據需要采用適當的方法降低水中的鈣、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方法進行,經常使用的有軟水劑法和離子交換法。

一、軟水劑法

該法是用化學藥品作為軟水劑,與水中的鈣、鎂離子作用,或生成不溶性沉澱使之從水中去除,或形成穩定的可溶性絡合物,降低水的硬度。

1.沉澱法

通常使用石灰和純堿,使水中的鈣離子形成CaCO3沉澱、鎂離子形成Mg(OH)2沉澱而從水中除去,從而降低水的硬度,稱為石灰—純堿法,較經濟實用。

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,水中的鐵、錳鹽等也可以轉變成不溶性的氫氧化物沉澱而除去。

硬水中隻加純堿(Na2CO3),經煮沸也可以降低水的硬度,但由於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,僅可直接用於堿性條件下的練漂、染整加工。

工業上采用石灰—純堿法進行軟水處理時,是將水與需要量的化學藥品在反應器中混合,處理後放出軟水,沉澱物由反應器底部排出,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.絡合法

無機型絡合劑如六偏磷酸鈉,是染整加工中常使用的絡合型軟水劑,它能與水中的鈣、鎂離子形成穩定的水溶性絡合物,而將鈣、鎂鹽雜質去除,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+

由於六偏磷酸鈉在軟水過程中不會產生不溶性沉澱物,更適合於在染整工作液中直接作為軟水劑添加使用,但價格相對偏高。

有機型絡合劑如乙二胺四醋酸鈉和氨三乙酸鈉及一些複合型有機螯合分散劑、有機絡合劑,是更優秀的絡合型軟水劑,少量使用既有良好的軟水效果,生成的水溶性絡合物又穩定,在工業上已有廣泛應用。

二、離子交換法

利用具有一定化學反應活性的離子交換型材料將硬水中的鈣、鎂離子吸附到固體材料中,從而降低水的硬度,達到軟水的目的。常用的離子交換型材料有泡沸石、磺化煤、離子交換樹脂三種,由於離子交換樹脂具有機械強度較好、化學穩定性優良、交換效率高、使用周期長等突出優點,成為工業中大量生產軟化水的主要處理方法。

離子交換樹脂有陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩種。

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732型聚苯乙烯強酸性陽離子交換樹脂,出廠時多為鈉型,這種高分子材料中帶有磺酸基反應官能團,可吸收掉水中的絕大部分Ca2+、Mg2+等,從而使水質軟化。其作用原理如下:先將比較穩定的鈉型樹脂用酸轉型為活性較高的氫型樹脂:

R—SO3Na+H+R-SO3H+Na+

然後將硬水緩慢通過氫型樹脂層,產生離子交換作用,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717型聚苯乙烯強堿性陰離子交換樹脂,出廠時多為氯型,這種高分子材料中帶有季銨基反應官能團,可吸收掉水中的Cl-、SO42-,可使經陽離子交換樹脂軟化後的水由酸性變為中性,並使軟水進一步得以淨化。其作用原理如下:

首先也將比較穩定的氯型用堿轉型為活性較高的氫氧型樹脂:

R—CH2N(CH3)3Cl+OH-R—CH2N(CH3)3OH+Cl-

然後與已經陽離子交換樹脂軟化的水或硬水緩慢接觸,產生離子交換作用,使軟水變為中性或進一步淨化水質:

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間後,樹脂吸附能力飽和,失去化學反應活性。需經必要的再生處理,使其重新具有吸附反應活性。

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-

再生後的陽、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期內反複交替、再生、循環使用,而不需要經常更換。

電滲析法是一種更先進的離子交換軟水法,但設備投資較高、維護繁雜、耗電量大,一般的染廠很少采用。

另外,如果直接使用江、河、湖等地麵水作為水源,在進行水質軟化之前,需預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、透明後,再進入硬水軟化工序過程。使用地下水或自來水作為水源,一般可直接進入硬水軟化階段。水質常用測定方法可參見相關工具書。

關鍵字：染廠,染整,水處理方法