CN111153509A - 硬水软化剂及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水处理领域，具体发明了一种硬水软化剂及其应用方法，一种硬水软化剂包括硼酸、草酸、丙二酸中的一种或者两种以上。本发明还提供了一种硬水软化的方法，包括以下步骤：将硼酸、草酸、丙二酸中的一种或者两种以上的软化剂溶于蒸馏水中，制备软化剂母液；取软化剂母液加入硬水中，搅拌均匀，制备混合溶液；向所述混合溶液曝气，完成硬水软化。本发明提供的软化剂，是一种无毒，且易得的化学物质，能够去除水体中的暂时性硬度和永久性硬度。本发明提供的硬水软化的方法，其应用过程简单、易于控制，是一种更简便、高效、环保的硬水软化方法。

Description

硬水软化剂及其应用方法
技术领域
本发明属于水处理领域，具体发明了一种硬水软化剂及其应用方法。
背景技术
硬水是指水体中含有较多的可溶性钙镁化合物。当水体中的钙镁离子以碳酸氢根形式存在时，我们将其称之为暂时性硬水。这些盐在水被煮沸时便会生成碱式碳酸盐沉淀析出，严重损害加热设备与管路，影响仪器使用寿命。当钙镁离子以硫酸盐、氯化物、硝酸盐的形式存在时，我们将其称之为性永久性硬水。永久性硬水虽然不会随着煮沸而产生沉淀，但也会对人类健康和生活产生影响。如人类长期饮用硬水，会引起消化、泌尿、造血系统的病变，增加人体过滤系统结石的得病率。不仅如此，硬水也会影响肥皂和清洁剂的去污能力，给我们日常生产和生活造成不便。因此，对于硬水的使用，水质软化是必须的前处理过程。
软化剂是硬水软化的有效途径之一。目前应用于硬水软化的软化剂主要包括碳酸钠、氢氧化钠、硫酸铝、丙烯酰胺、短分子链有机酸、双氧水、绿矾、聚氯乙烯、聚丙烯酰胺、乙二胺四乙酸钠、硅酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、苯并异噻唑啉酮、膦酰基丁烷三羧酸等化学物质，也包括硅藻土、活性炭、沙棘籽、粕甜菜粕等天然物质。但目前已有的软化剂都包括多种化学物质的混合，或者天然物质的预处理，这使得目前的软化剂制作过程繁琐，使用多有不便。
为了解决上述问题，本发明提供了一种硬水软化剂及其应用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种硬水软化剂及其应用方法，与现有技术相比，本发明在添加量合适的情况下，不会在硬水中二次引入杂质，从而使硬水软化过程真正绿色无污染。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明提供了一种硬水软化剂，其包括硼酸、草酸、丙二酸中的一种或者两种以上；
其中，将所述软化剂溶于蒸馏水，制备成软化剂母液，所述软化剂母液的浓度为20-50g/L。
本发明提供的软化剂，是一种无毒，且易得的化学物质，能够去除水体中的暂时性硬度和永久性硬度。
优选的是，所述软化剂母液的浓度为30g/L。
软化剂母液的浓度为上述浓度时，软化剂的效果最好。
本发明还提供了一种硬水软化的方法，包括以下步骤：
将硼酸、草酸、丙二酸中的一种或者两种以上的软化剂溶于蒸馏水中，制备软化剂母液；
取软化剂母液加入硬水中，搅拌均匀，得到混合溶液；
以一定的气流量向所述混合溶液曝气，完成硬水软化。
本发明所用工艺简便，仅通过搅拌和曝气工艺，就能有效去除硬水中的钙镁离子，使硬水软化。
优选的是，所述软化剂母液浓度为20-50g/L。
优选的是，所述软化剂母液浓度为30g/L。
优选的是，取软化剂母液加入硬水中，以搅拌速度为200-600r/min，搅拌5-25分钟，得到混合溶液。
优选的是，取软化剂母液加入硬水中，以搅拌速度为400r/min，搅拌5分钟，得到混合溶液。
优选的是，以一定的气流量向所述混合溶液曝气，完成硬水软化具体包括：
以200-1000mL/min的气流量向所述混合溶液曝气，曝气时间1-6分钟，完成硬水软化。
优选的是，以800mL/min的气流量向所述混合溶液曝气4分钟，完成硬水软化。
优选的是，取软化剂母液加入硬水中，搅拌均匀，得到混合溶液具体包括：
取软化剂母液加入硬水中，制备浓度分别为45-135mg/L的混合溶液。
本发明的优点
1、本发明提供的硬水软化剂，其为无毒、易得的化学物质，其可同时与硬水中的碳酸钠氢根和钙镁离子反应，同时去除水体中的暂时性硬度和永久性硬度；
2、本发明提供的硬水软化剂，其由于该软化剂与钙镁离子所形成的的沉淀物解离常数非常小，因此，在添加量合适的情况下，不会在硬水中二次引入杂质，从而使硬水软化过程真正绿色无污染；
3、本发明提供的硬水软化剂，其可使水中略微超标的氟离子有部分沉降，从而达到引用水的标准；
4、本发明提供的硬水软化的方法，其应过程简单、易于控制，是一种更简便、高效、环保的硬水软化方法。
附图说明
图1是本发明的硬水软化的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明提供了一种硬水软化剂，其包括硼酸、草酸、丙二酸中的一种或者两种以上；
其中，将所述软化剂溶于蒸馏水，制备成软化剂母液，所述软化剂母液的浓度为20-50g/L。
本发明提供的软化剂，是一种无毒，且易得的化学物质，能够去除水体中的暂时性硬度和永久性硬度。
具体的，所述软化剂母液的浓度为30g/L。
本发明的方法以硼酸、草酸、丙二酸中的一种或两种以上混合物为软化剂，与现有软化剂组分相比，毒性更低，且软化剂中的阳离子与阴离子可分别与硬水中的碳酸氢根离子和钙镁离子反应，通过鼓气或沉淀方式从硬水中去除。另外，硼酸、草酸及丙二酸为无毒，易得的化学物质，其可同时与硬水中的碳酸钠氢根和钙镁离子反应，分别生成二氧化碳和钙镁沉淀物，同时去除水体中的暂时性硬度与永久性硬度。其次，由于该软化剂与钙镁离子所形成的的沉淀物解离常数非常小，因此，在添加量合适的情况下，不会再硬水中二次引入杂质，从而使硬水软化过程真正绿色无污染。
除此之外，使用本软化剂后，可使水样中略微超标的氟离子部分沉降，达到饮用水标准。
本发明还提供了一种硬水软化的方法，包括以下步骤：
步骤001，将硼酸、草酸、丙二酸中的一种或者两种以上的软化剂溶于蒸馏水中，制备软化剂母液；
其中，所述软化剂母液的浓度为20-50g/L；
步骤002，取软化剂母液加入硬水中，以搅拌速度为200-600r/min，搅拌5-25分钟，制备浓度分别为45-135mg/L的混合溶液；如果制备浓度低于45mg/L，则达不到软化的目的，如果制备浓度高于135mg/L，则会增加成本，更重要的是在处理后的水中引入过量的硼酸、草酸或者丙二酸，引起二次污染。在本发明的范围内，无论软化效果还是成本，是最佳的选择。
步骤003，以200-1000mL/min的气流量向所述混合溶液曝气，曝气时间1-6分钟，完成硬水软化。
本发明所用工艺简便，仅通过搅拌和曝气工艺，就能有效去除硬水中的钙镁离子，使硬水软化。
本发明通过曝气控制溶液pH，从而使硬水中的碳酸氢根离子与部分钙镁离子去除，同时在碳酸氢根离子与钙镁离子沉降过程中，沉淀部分氟离子，使水中氟离子达到饮用水标准。
本发明所述实施例所涉及的水样均为含氟高硬水，其水质指标如表1所示：
表1原水水质分析
Figure BDA0002357435020000051
为了更好的说明本发明的技术方案，本发明提供了一下的具体的实施例。
实施例1
本发明提供了一种硬水软化剂，其为硼酸，将所述硼酸溶于蒸馏水，制备成软化剂母液，所述软化剂母液的浓度为20g/L、30g/L和50g/L。
实施例2
本发明提供了一种硬水软化剂，其选择草酸，将所述草酸溶于蒸馏水，制备成软化剂母液，所述软化剂母液的浓度为30g/L。
实施例3
本发明提供了一种硬水软化剂，其选择草酸和丙二酸，将草酸和丙二酸分别溶于蒸馏水，制备成浓度为30g/L的储备液，然后按照体积比为9:1的比例制备成软化剂母液。
实施例4
本发明提供了一种硬水软化剂，其选择草酸和硼酸中，将草酸和硼酸分别溶于蒸馏水，分别制备成浓度为50g/L的储备液，然后按照体积比为7:3的比例制备成软化剂母液。
实施例5
本发明提供了一种硬水软化剂，选择硼酸、草酸和丙二酸，将硼酸、草酸和丙二酸分别溶于蒸馏水，分别制备成浓度为30g/L的储备液，然后按照体积比为6:3:1的比例制备成软化剂母液。
实施例6
本发明提供了一种硬水软化剂，选择硼酸、草酸和丙二酸，将硼酸、草酸和丙二酸分别溶于蒸馏水，分别制备成浓度为30g/L的储备液，然后按照体积比为7:2:1的比例制备成软化剂母液。
实施例7
本发明提供了一种硬水软化剂，选择硼酸、草酸和丙二酸，将硼酸、草酸和丙二酸分别溶于蒸馏水，分别制备成浓度为30g/L的储备液，然后按照体积比为8:1:1的比例制备成软化剂母液。
实施例8
本发明还提供了一种硬水软化的方法，其使用实施例1中的软化剂，包括以下步骤：
将硼酸作为软化剂，溶于蒸馏水中，制备浓度为20g/L、30g/L和50g/L的软化剂母液；
取软化剂母液加入硬水中，使其浓度为90mg/L；
以搅拌速度为400r/min，搅拌10分钟，混合均匀；
以800mL/min的气流量向所述混合溶液曝气，曝气时间1.5分钟，完成硬水软化。
参照标准方法测定水样的总硬度、碳酸氢根浓度、暂时性硬度等。
检测结果为：当软化剂母液的浓度分别为20、30和50g/L时，处理后水样的总硬度分别为305、301和306mg/L；碳酸氢根浓度分别为4.3、4.2和4.4mmol/L；暂时性硬度分别为9.5、9和10.5mg/L。
由以上结果可知，硼酸母液初始浓度对硬度的去除略有影响，30g/L的母液浓度可较好去除暂时性硬度与永久性硬度。此外，意想不到的是，水样中的氟离子浓度也由初始的1.31mg/L分别降至0.97、0.95、0.93mg/L，低于饮用水国标GBT5750-2006中的1.2mg/L。
实施例9
本发明还提供了一种硬水软化的方法，包括以下步骤：
将实施例2中的软化剂(草酸)溶于蒸馏水中，制备浓度为30g/L软化剂母液；
取软化剂母液加入硬水中，使其终浓度分别为45、60、90、105、120和135mg/L；
以搅拌速度为300r/min，搅拌5分钟，混合均匀；
以600mL/min的气流量向所述混合溶液曝气，曝气时间4分钟，完成硬水软化。
参照标准方法测定水样的总硬度、碳酸氢根浓度、暂时性硬度等。
检测结果为：当草酸在水样中的终浓度分别为45、60、90、105、120和135mg/L时，处理后水样的总硬度分别为305、293、268、245、238、225mg/L；碳酸氢根浓度分别为4.65、4.4、3.75、3.65、3.55、3.4mmol/L；暂时性硬度分别为9.5、5、0、0、0、0mg/L。
此外，水样中的氟离子浓度也由初始的1.31mg/L分别降至1.01、0.98、0.97、0.95、0.95、0.94mg/L，达到国家饮用水标准GBT5750-2006的要求。
由以上结果可知，草酸的添加量为90mg/L时，可有效去除水体中的暂时性硬度，且可使氟离子达到国家饮用水标准。
实施例10
本发明还提供了一种硬水软化的方法，包括以下步骤：
将实施例3中的丙二酸和草酸作为软化剂溶于蒸馏水中，制备浓度为30g/L的储备液，然后按照体积比为9:1的比例制备成软化剂母液；
取软化剂母液加入硬水中，使其终浓度为105mg/L；
以搅拌速度为200、300、400、500、600r/min，搅拌5分钟，混合均匀；
以600mL/min的气流量向所述混合溶液曝气，曝气时间4分钟，完成硬水软化。
参照标准方法测定水样的总硬度、碳酸氢根浓度、暂时性硬度等。
检测结果为：当搅拌速度分别为200、300、400、500、600r/min时，处理后水样的总硬度分别为303、294、290、292、300mg/L；碳酸氢根浓度分别为4.85、4.78、4.55、4.62、4.74mmol/L；暂时性硬度分别为19、16、12、12.5、15mg/L。此外，水样中的氟离子浓度也由初始的1.31mg/L分别降至0.98、0.98、0.95、0.95、0.97、0.97mg/L，达到国家饮用水标准GBT5750-2006的要求。
由以上结果可知，搅拌速度为400r/min时，可有效去除水体中的暂时性硬度与氟离子。
实施例11
本发明还提供了一种硬水软化的方法，包括以下步骤：
将实施例3中的丙二酸和草酸作为软化剂溶于蒸馏水中，制备浓度为30g/L的储备液，然后按照体积比为9:1的比例制备成软化剂母液；
取软化剂母液加入硬水中，使其终浓度为90mg/L；
以搅拌速度为400r/min，搅拌时间分别为5、10、15、20、25min搅拌，混合均匀；
以600mL/min的气流量向所述混合溶液曝气，曝气时间4分钟，完成硬水软化。
参照标准方法测定水样总硬度、碳酸氢根浓度、暂时性硬度等。
检测结果：当搅拌时间分别为5、10、15、20、25min时，处理后水样的总硬度分别为294、305、311、312、309mg/L；碳酸氢根浓度分别为4.45、4.2、4.4、4.25、4.2mmol/L；暂时性硬度分别为13.3、9、12、9.5、10.5mg/L。
此外，水样中的氟离子浓度也由初始的1.31mg/L分别降至0.99、0.97、0.98、0.97、0.97mg/L，达到国家饮用水标准GBT5750-2006的要求。
由以上结果可知，搅拌时间为5-25分钟，均可去除达到除硬的效果，考虑到搅拌过程的能耗，选择5min为较佳的搅拌时长。
实施例12
本发明还提供了一种硬水软化的方法，包括以下步骤：
将实施例4中的草酸和硼酸作为软化剂溶于蒸馏水中，制备成浓度为50g/L的储备液，然后按照体积比为7:3的比例制备成软化剂母液；
取软化剂母液加入硬水中，使其终浓度分别为100mg/L；
以搅拌速度为400r/min，搅拌5分钟，混合均匀；
以200、400、600、800、1000mL/min的气流量向所述混合溶液曝气，曝气时间4分钟，完成硬水软化。
参照标准方法测定水样的总硬度、碳酸氢根浓度、暂时性硬度等。
检测结果：当曝气流量分别为200、400、600、800、1000mL/min时，处理后水样的总硬度分别为307、305、304、302、304mg/L；碳酸氢根浓度分别为4.5、4.35、4.25、4.15、4.2mmol/L；暂时性硬度分别为15、12、10、7.5、8.5mg/L。氟离子的浓度从开始的1.31mg/L分别降至0.95、0.95、0.94、0.92、0.93mg/L，达到国家饮用水标准GBT5750-2006的要求。
由以上结果可知，曝气流量对软化剂的除硬效果具有一定影响，当曝气流量为800mL/min时，可以获得较好的除硬效果。
实施例13
本发明还提供了一种硬水软化的方法，包括以下步骤：
将实施例5、实施例6和实施例7中的软化剂(草酸、硼酸、丙二酸)溶于蒸馏水中，分别制备浓度为30g/L储备液，分别以6:3:1、7:2:1、8:1:1的体积比制备软化剂母液；
取软化剂母液加入硬水中，使其终浓度分别为100mg/L；
以搅拌速度为400r/min，搅拌5分钟，混合均匀；
以800mL/min的气流量向所述混合溶液曝气，曝气时间4分钟，完成硬水软化。
参照标准方法测定水样的总硬度、碳酸氢根浓度、暂时性硬度等。
检测结果为：处理后水样的总硬度分别为306、300、294mg/L；碳酸氢根浓度分别为4.08、4.25、4.28mmol/L；暂时性硬度分别为8.7、9.5、9.7mg/L。氟离子的浓度从开始的1.31mg/L分别降至0.95、0.96、0.95mg/L，达到国家饮用水标准GBT5750-2006的要求。
本发明还做了相关的对比试验，选择几种软化水的常见的酸来作为软化剂和本发明选择的草酸、硼酸和丙二酸来做对比试验，过程如下：
将盐酸、柠檬酸以及实施例5中的软化剂(草酸、硼酸、丙二酸)分别溶于蒸馏水中，制备浓度为30g/L储备液，实施例5中的草酸、硼酸、丙二酸以体积比为6:3:1制备软化剂母液；
取软化剂母液加入硬水中，使其终浓度分别为100mg/L；
以搅拌速度为400r/min，搅拌5分钟，混合均匀；
以800mL/min的气流量向所述混合溶液曝气，曝气时间4分钟，完成硬水软化。
参照标准方法测定水样的总硬度、碳酸氢根浓度、暂时性硬度等。
检测结果为：处理后水样的总硬度分别为359、300、354mg/L；碳酸氢根浓度分别为4.08、4.05、4.08mmol/L；暂时性硬度分别为0、0、8.7mg/L。氟离子的浓度从开始的1.31mg/L分别降至1.08、0.68、0.95mg/L。
由上述结果可知，与本发明所用软化剂相比，使用盐酸与柠檬酸作为软化剂，虽可去除硬水中的碳酸氢根离子，使硬水暂时性硬度降低，但这两种软化剂对硬水的总硬度几乎无改善作用，盐酸作为软化剂也无法使氟离子达标，且会在软化后的水体中引入氯离子或者柠檬酸根离子，所以，综合上述各种指标，本发明选择的草酸、硼酸和丙二酸作为软化剂具有突出的特点和意想不到的有益效果。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种硬水软化剂，其特征在于，包括硼酸、草酸、丙二酸中的一种或者两种以上；
其中，将所述软化剂溶于蒸馏水，制备成软化剂母液，所述软化剂母液的浓度为20-50g/L。
2.如权利要求1所述的硬水软化剂，其特征在于，所述软化剂母液的浓度为30g/L。
3.一种硬水软化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将硼酸、草酸、丙二酸中的一种或者两种以上的软化剂溶于蒸馏水中，制备软化剂母液；
取软化剂母液加入硬水中，搅拌均匀，得到混合溶液；
以一定的气流量向所述混合溶液曝气，完成硬水软化。
4.如权利要求3所述的硬水软化的方法，其特征在于，所述软化剂母液浓度为20-50g/L。
5.如权利要求4所述的硬水软化的方法，其特征在于，所述软化剂母液浓度为30g/L。
6.如权利要求3所述的硬水软化的方法，其特征在于，取软化剂母液加入硬水中，以搅拌速度为200-600r/min，搅拌5-25分钟，得到混合溶液。
7.如权利要求6所述的硬水软化的方法，其特征在于，取软化剂母液加入硬水中，以搅拌速度为400r/min，搅拌5分钟，得到混合溶液。
8.如权利要求3所述的硬水软化的方法，其特征在于，以一定的气流量向所述混合溶液曝气，完成硬水软化具体包括：
以200-1000mL/min的气流量向所述混合溶液曝气，曝气时间1-6分钟，完成硬水软化。
9.如权利要求8所述的硬水软化的方法，其特征在于，以800mL/min的气流量向所述混合溶液曝气4分钟，完成硬水软化。
10.如权利要求3所述的硬水软化的方法，其特征在于，取软化剂母液加入硬水中，搅拌均匀，得到混合溶液具体包括：
取软化剂母液加入硬水中，制备浓度分别为45-135mg/L的混合溶液。
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