水硬度的解释

水硬度的解释 水硬度的解释!! 什麼是水的硬度？ 水中有些金屬陽離子，同一些陰離子結合在一起，在水被加熱的過程中，由于蒸發濃縮，容易形成水垢，附著在受熱面上而影響熱傳導，我們把水中這些金屬離子的總濃度稱為水的硬度。如在天然水中最常見的金屬離子是鈣離子(Ca2+)和鎂離子(Mg2+)，它與水中的陰離子如碳酸根離子(CO32-)、碳酸氫根離子(HCO3-)、硫酸根離子(SO42-)、氯離子(CI-)、以及硝酸根離子(NO3-)等結合在一起，形成鈣鎂的碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫酸鹽、氯化物、以及硝酸鹽等硬度。水中的鐵、錳、鋅等金屬離子也會形成硬度，但由于它們在天然水中的含量很少，可以略去不計。因此，通常就把Ca2+、Mg2+、的總濃度看作水的硬度。 水的硬度對鍋爐用水的影響很大，因此，應根據各种不同參數的鍋爐對水質的要求對水進行軟化或除鹽處理。 水的硬度有哪幾種？ 水的硬度分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度兩種。 主要是由鈣、鎂的碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度兩種。 （1） 碳酸鹽硬度 主要是由鈣、鎂的碳酸氫鹽[Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2]所形成的硬度，還有少量的碳酸鹽硬度。碳酸氫鹽硬度經加热之後分解成沉淀物從水中除去，故亦稱為暫時硬度，其反應式如下： Ca(HCO3)2 CaCO3↓+ CO2↑+ H2O Mg(HCO3)2 Mg(OH)2↓+2CO2↑ （2） 非碳酸鹽硬度 主要是由鈣鎂的硫酸鹽、硝酸鹽和氯化物等鹽類所形成的硬度。這類硬度不能用加熱分解的除去，故也稱為永久硬度，如CaSO4、MgSO4、CaCI2、MgCI2、Ca(NO3)2 、Mg(NO3)2、等。 碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度之和稱為總硬度。 水中Ca2+的含量稱為鈣硬度。 水中Mg2+的含量稱為鎂硬度。 當水中的總硬度小于總鹼度時，它們之差，稱為負硬度。 硬度的單位是如何示的？ 硬度的常用單位是mmol/L或mg/L。過去常用的mg•N/L現用[H+]mmol/L代替，即1mg•N/L＝1[H+]mmol/L＝0.5 mmol/L。 由于硬度并非是由單一的金屬離子或鹽類形成的，因此，為了有一個統一的比較標準，有必要換算為另一種鹽類。通常用CaO或者是CaCO3的質量濃度來表示。當硬度為0.5 mmol/L時，等于28mg/L的CaO，或等于50mg/L的CaCO3。此外，各國也有的用德國度、法國度來表示硬度。1德國度等于10mg/L 的CaO，1法國度等于10mg/L的CaCO3，1德國度等于1.79法國度。0.5 mmol/L相當于2.8德國度、5.0法國度。常用硬度單位之間關係如下表所示： 硬度單位 Mg/L CaO Mg/L CaCO3 德國度 法國度 1[H+]mmol/L (0.5 mmol/L) 28 50 2.8 5.0 硬水對工業生產有什麼危害？ 硬水作為工業生產用的冷卻水，會使熱交換器結水垢，嚴重的不僅會阻礙水流通道，使熱交換效果大大降低，影響生產的順利進行，甚至被迫停產。結垢還會產生垢下腐蝕，會使熱交換器穿孔而損壞，不僅物料漏損，而且增加設備投資費用，浪費鋼材。硬水用于洗滌，也往往影響產品質量，如紡織印染會造成織物的斑點，不僅影響美觀，而且影響強度。硬水作為鍋爐用水，在鍋內加熱后，經過蒸發濃縮過程，使鍋爐受熱面結水垢，而水垢的導熱性能差。水垢和鋼材的導熱糸數如表所示： 名稱熱導率名稱熱導率 W/(m•K)Kcal/ (m•h•c)W/(m•K)Kcal/ (m•h•c) 碳鋼34.9~52.330~45硅酸鹽水垢0.08~0.230.07~0.20 鑄鋼29.1~58.225~50碳酸鹽水垢 (非晶體)0.23~1.160.2~1.0 含油水垢0.120.1碳酸鹽水垢 (晶體)0.58~5.820.5~5.0 硫酸鹽水垢0.23~2.330.2~2.0 由上表可見，水垢的導熱性能只有鋼材的二百分之一。在鍋爐內結垢之後，如果仍要達到無水垢時同樣的爐水溫度，勢必要提高受熱面的壁溫，例如1.01Mpa(10 atm)的鍋爐，壁溫為280℃，當結硅酸鹽水垢1mm厚時，要達到同樣的爐水溫度，壁溫要提高到680℃，此時鋼板的強度自3.92Mpa(40kgf/cm2)降至0.98Mpa(10kgf/cm2)，嚴重的會引起爆裂事故。金屬溫度升高還會使金屬伸長，1m長的鋼板，每升高100℃，伸長1.2mm，增加材料應力，導致損壞。此外，結垢之後，使受熱面的傳熱情況變坏，燃燒熱也不能很好的傳給水，降低了鍋爐的熱效率，從而白白浪費燃料，如結有1.5mm厚硫酸鹽水垢，就要浪費燃料10%以上，并使鍋爐的出力大為降低。結水垢之後，還得經常清洗，不僅影響生產，而且降低鍋爐使用壽命，還要耗費人力物力。因此，硬水對工業生產的危害很大，必須根據產品或設備對水質的要求，對硬水進行軟化、除鹽或其他有效的水處理。 什麼是水的鹼度？水中的鹼度有哪幾種形式存在？ 水的鹼度是指水中能夠接受[H+]離子與強酸進行中和反應的物質含量。水中產生鹼度的物質主要由碳酸鹽產生的碳酸鹽鹼度和碳酸氫鹽產生的碳酸氫鹽鹼度，以及由氫氧化物存在而產生的氫氧化物鹼度。所以，鹼度是表示水中CO32－、HCO3－、OH－及其他一些弱酸鹽類的總合。這些鹽類的水溶液都呈鹼性，可以用酸來中和。然而，在天然水中，鹼度主要是由HCO3－的鹽類所組成。 形成水中鹼度的物質碳酸氫鹽可以共存，硫酸鹽和氫氧化物也可以共存。然而，碳酸氫鹽與氫氧化物不能同時存在，它們在水中能起如下反應： HCO3－ + OH－ ＝ CO32－ + H2O 由此可見，碳酸鹽、碳酸氫鹽、氫氧化物可以在水中單獨存在之外，還有兩種鹼度的組合，所以，水中的鹼度有五種形式存在，即： （1） 碳酸氫鹽鹼度HCO32－； （2） 碳酸鹽鹼度CO32－； （3） 氫氧化物鹼度OH－； （4） 碳酸氫鹽和碳酸鹽鹼度HCO3－ + CO32－； （5） 碳酸鹽和氫氧化物鹼度CO32－ + OH－。 水中各種鹼度的相互關係如何？ 水中的鹼度是用鹽酸中和的方法來測定的。在滴定水的鹼度時釆用兩種指示劑來指示滴定的終點。 用酚酉太作指示劑時，滴定的終點為PH8.2~8.4，稱為酚酉太鹼度或P鹼度。此時，水中的氫氧化物全部被中和，并有一半的碳酸鹽轉化為碳酸氫鹽。即P鹼度＝1/2 CO32－ + 全部OH－。 用甲基橙作指示劑時，滴定的終點pH為4.3~4.5，稱為甲基橙鹼度或M鹼度。此時，水中的氫氧化物、碳酸鹽及碳酸氫鹽全部被中和，所測得的是水中各種弱酸鹽類的總和，因此又稱為總鹼度。即M鹼度＝全部HCO32－ + 全部CO32－ + 全部OH－ 。 如果水中單獨存在OH－鹼度，水中pH＞11.0；水中同時存在OH－、CO32－時，PH9.3~11.0；如水中只有CO32－存在時，pH＝9.4；當 CO32－、HCO3－共同存在時，PH8.3~9.4；單一的HCO3－其存在范圍是pH＝8.3；但pH＜8.3時，如水中鹼度只有HCO3－存在，此時的pH值變化只與HCO3－和游離的CO2含量有關。 所測水中鹼度的形式與各種鹼度的數量關係如下表： 鹼度存在的形式所測定鹼度 [H+]mol 當量數產生鹼度的物質及其數量，[H+]mol CO32－HCO3－OH－ 碳酸氫鹽P=00M0 碳酸鹽和碳酸氫鹽2P＜M2PM-2P0 碳 酸 鹽2P＝MM00 碳酸鹽和氫氧化物2P＞M2(M-P)02P-M 氫氧化物M＝P00M 什麼是水的酸度？ 水的酸度是指水中所含能提供H+離子與強鹼如(NaOH、KOH)等發生中和反應的物質總量。這些物質能夠放出H+，或者經過水解能產生H+。水中形成酸度的物質有三部分： （1） 水中存在的強酸能全部離解出H+，如硫酸(H2SO4)、鹽酸(HC1)、硝酸(HNO3)等； （2） 水中存在的弱酸物質，如游離的二氣化碳(CO2)、碳酸(H2CO3)、硫化氫(H2S)、醋酸(CH3COOH)和各種有機酸等； （3） 水中存在的強酸弱鹼組成的鹽類，如鋁、鐵、銨等離子與強酸所組成的鹽類等。 天然水中，酸度的組成主要是弱酸，也就是碳酸。天然水中在一般的情況下不含強酸酸度。 水中酸度的測定是用強鹼的標準溶液(如0.1mol/L NaOH)來滴定的。如用甲基橙指示劑所測得的酸度是指強酸酸度和強酸弱鹼形成鹽類的酸度；而用酚酉太指示劑所測得的酸度包括了上述三部分酸度，即稱為總酸度。 什麼是水的PH值？有什麼意義？ 水的PH值是表示水中氫離子濃度的負對數值，表示為： PH＝－1g [H+] PH值有時也稱氫離子指數。由水中氫離子的濃度，可以知道水溶液是呈鹼性、中性或是酸性。由于氫離子濃度的數值往往很小，在應用上很不方便，所以就用PH值這一概念來作為水溶液酸、鹼性的判斷指標。而且，氫離子濃度的負對數值恰能表示出酸性、鹼性的變化幅度的數量級的大小，這樣應用起來就十分方便。并由此得到； （1） 中性水溶液，PH＝－1g[H+]＝－1g10－7＝7； （2） 酸性水溶液，PH ＜7，PH值越小，表示酸性越強； （3） 鹼性水溶液，PH ＞7，PH值越大，表示鹼性越強； 如果進一步按PH值（酸、鹼度）更加詳細地把水質分類，可以得到： （1） 強酸性水溶液，PH＜5.0； （2） 弱酸性水溶液，PH＝5.0~6.4； （3） 中性水溶液， PH＝6.5~8.0； （4） 弱鹼性水溶液，PH＝8.1~10.0； （5） 強鹼性水溶液，PH＞10。 樹脂的使用對溫度有何要求？ 各種樹脂均具一定的耐熱性能，在使用中對溫度要求都有一定的界限，過高或過低都會嚴重影響樹脂的機械強度和交換容量。溫度過低如小于或等于0℃時，樹脂易涷結，使機械強度降低，顆粒破碎，從而影響樹脂的使用壽命、降低交換容量；溫度過高，要引起樹脂熱分解，也影響樹脂的交換容量和使用壽命。各種樹脂的耐熱性能應由鑒定試驗來確定。但一般來說，陽樹脂比陰樹脂的耐熱性能好。鹽型樹脂比H型或OH型好，而鹽型又以Na型樹脂耐熱性能最好。一般的陽樹脂可耐100~110℃，陰樹脂可耐50~60℃（強鹼性）。而弱鹼陰樹脂的耐熱性能要比強鹼性的好，一般可耐80~90℃。因此，樹脂在使用時，對于水溫要有嚴格的控制。