什么是軟化水技術(shù)
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hzhongda 發(fā)布時間：2010-06-17 18:12:45
什么是軟水(軟化)?為什么要軟化?常用的軟化方法有哪些?
我們都知道,普通的水中含有多種可溶解的化合物，有些物質(zhì)的溶解度隨著溫度的變化有較明顯的變化，其中的碳酸鈣、碳酸鎂類的物質(zhì)，其溶解度隨著溫度的升高 而下降。當(dāng)溫度升高時，原來溶解于水中的碳酸鈣、碳酸鎂析出形成沉淀物，這些沉淀物可以是以絮狀、粉末狀，或沉積在容器、管道表面，形成水垢。
用來衡量鈣鎂離子總量的指標(biāo)是硬度，總的說來，水的硬度主要由鈣(Ca2 +)、鎂(Mg2+)離子構(gòu)成的，其具體指標(biāo)是同類離子折合為碳酸鈣來計時的數(shù)值，目前標(biāo)準(zhǔn)單位是mmol/L(毫摩爾每升)。傳統(tǒng)的單位有mgN/L (毫克當(dāng)量每升)、德國度、美制(英制)等，目前在國內(nèi)常用的硬度單位是mg/L(毫克每升)、mmol/L(毫摩爾每升)、mgN/L(毫克當(dāng)量每 升)，偶爾會有用戶使用德國度，用德國度除以2.8即可換算為國標(biāo)的數(shù)值mmol/L(毫摩爾每升)，如果采用美制的Grain/Gallon(格令每加 侖)，需要對單位進(jìn)行多次算換，此處不細(xì)講。
鈣鎂離子含量較多的水稱為硬水，鈣鎂離子含量較少的水稱為軟水。硬水與軟水只是通俗上的叫法，并沒有標(biāo)準(zhǔn)的量的概念，在生活 中，行內(nèi)一般把硬度低于3mmol/L的水稱為較軟的水，3-6稱為普通水，6-8稱為較硬的水，10以上稱為高硬水。
(工業(yè)上采用截然不同的標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)上一般只有硬度<1的水稱作軟水，1-10之間都經(jīng)常籠統(tǒng)地稱為硬水，硬度>10的水也多稱為高硬水)
北京地區(qū)的普通情況是(以市政供水及常見自備井為例)：
城中、城北、城西(五環(huán)以內(nèi))地區(qū)：大部分地區(qū)硬度在6-8之間；
城東北部(水源較好的使館及周邊地區(qū))：硬度多在4-6之間；
城南(南三環(huán)以南)、城西南：硬度約在8-12間，部分地區(qū)硬度為10-15左右。
周邊地區(qū)：南部、西部、北部山區(qū)硬度較高，多數(shù)在8以上，
東部及北部非山區(qū)多數(shù)在6-9之間。
(上述只是大概情況，清華曾有個自備井，硬度高達(dá)15之多)
由于水垢的沉積對人們的生活及生產(chǎn)均有很明顯的影響，所以生產(chǎn)用水和生活用水均對硬度指標(biāo)有一定的要求,特別是鍋爐用水中若含有硬度鹽類，會在鍋爐 受熱面上生成水垢，從而降低鍋爐熱效率、增大燃料消耗，甚至因金屬壁面局部過熱而損傷部件、引起。因此對于低壓鍋爐要進(jìn)行水的軟化處理；對于中、高壓 鍋爐要進(jìn)行水的軟化與脫鹽處理。
采用某種方法降低水的硬度的過程叫做“軟化”(一般是指采用設(shè)備)，相應(yīng)的設(shè)備叫“軟水器”(或叫“軟水機、軟化器”等)。
常用的軟化方法
將硬水軟化，避免水垢的沉積有很多種方法，經(jīng)常使用的方法有：
1)離子交換法：采用特定的陽離子交換樹脂，以鈉離子將水中的鈣鎂離子置換出來，由于鈉鹽的溶解度很高，所以就避免了隨溫度的升高而造成水垢生成 的情況。這種方法是目前最常用的標(biāo)準(zhǔn)方式。主要優(yōu)點是：效果穩(wěn)定準(zhǔn)確，工藝成熟?？梢詫⒂捕冉抵?。采用這種方式的軟化水設(shè)備一般也叫做“離子交換器” (由于采用的多為鈉離子交換樹脂，所以也多稱為“鈉離子交換器”)。
2)膜分離法：納濾膜(NF)及反滲透膜(RO)均可以攔截水中的鈣鎂離子，從而從根本上降低水的硬度。這種方法的特點是:效果明顯而穩(wěn)定，處理后的水適用范圍廣；但是對進(jìn)水壓力有較高要求，設(shè)備投資、運行成本都較高。一般較少用于專門的軟化處理。
3)石灰法：向水中加入石灰，主要是用于處理大流量的高硬水，只能將硬度降到一定的范圍。
4)加藥法：向水中加入專用的阻垢劑，可以改變鈣鎂離子與碳酸根離子結(jié)合的特性，從而使水垢不能析出、沉積。目前工業(yè)上可以使用的的阻垢劑 很多。這種方法的特點是：一次性投入較少，適應(yīng)性廣；但水量軟大時運行成本偏高，由于加入了化學(xué)物質(zhì)，所以水的應(yīng)用受到很大限制，一般情況下不能應(yīng)用于飲 用、食品加工、工業(yè)生產(chǎn)等方面。在民用領(lǐng)域中也很少應(yīng)用。由于加藥法只是從化學(xué)原理上阻止水垢的生成，并沒有降低水的硬度，所以一般不歸入軟化方法中，而是稱為阻垢。
5)電磁法：采用在水中加上一定的電場或磁場來改變離子的特性，從而改變碳酸鈣(碳酸鎂)沉積的速度及沉積時的物理特性來阻止硬水垢的形 成。其特點是：設(shè)備投資小，安裝方便，運行費用低；但是效果不夠穩(wěn)定性，沒有統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，而且由于主要功能僅是影響一定范圍內(nèi)的水垢的物理性能，所以 處理后的水的使用時間、距離都有一定局限。多用于商業(yè)(如中央空調(diào)等)循環(huán)冷卻水的處理，不能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)及鍋爐補給水的處理(同時由于該種設(shè)備的機理并未得到真正的理論證實)。另外，此種方法與加藥法類似也是阻止水垢的生成，而不是降低硬度，所以一般不應(yīng)歸入軟化方式中，而是應(yīng)該稱為防垢或阻垢。
根據(jù)實際使用經(jīng)驗及特點，在工業(yè)鍋爐及工業(yè)生產(chǎn)中最常用的方式是離子交換法(目前基本上是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備)，普通情況下所說的“軟水器”一般均指這種設(shè)備。
在餐飲、食品、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域、空調(diào)、工業(yè)循環(huán)水等應(yīng)用中,也多采用離子交換法對補水進(jìn)行處理。
小型熱水鍋爐、換熱器等應(yīng)用中，多采用加藥法。
商業(yè)領(lǐng)域的中央空調(diào)及工業(yè)上溫度較低(最高溫度在60度左右)的冷卻循環(huán)水,多采用電磁法進(jìn)行全流量處理，即對所有循環(huán)水進(jìn)行處理，同時多數(shù)情況下配合補充水采用離子交換法處理或循環(huán)水采用加藥方法以保證效果。
離子交換法的工作原理
為了使大家易于理解接受，以下的說法是盡量通俗的說法，與標(biāo)準(zhǔn)工具書的說法可能不盡一致(但不會出現(xiàn)技術(shù)性錯誤)。
離子交換樹脂是一種聚合物，帶有相應(yīng)的功能基團。一般情況下，常規(guī)的鈉離子交換樹脂帶有大量的鈉離子。
當(dāng)水中的鈣鎂離子含量高時，離子交換樹脂可以釋放出鈉離子，功能基團與鈣鎂離子結(jié)合，這樣水中的鈣鎂離子含量降低，水的硬度下降。硬水就變?yōu)檐浰?，這是軟化水設(shè)備的工作過程。
當(dāng)樹脂上的大量功能基團與鈣鎂離子結(jié)合后，樹脂的軟化能力下降，可以用氯化鈉溶液流過樹脂，此時溶液中的鈉離子含量高，功能基團會釋放出鈣鎂離子而與鈉離子結(jié)合，這樣樹脂就恢復(fù)了交換能力，這個過程叫作“再生”。
由于實際工作的需要， 軟化水設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)工作流程主要包括：
工作(有時叫做產(chǎn)水，下同)、反洗、吸鹽(再生)、慢沖洗(置換)、快沖洗五個過程。不同軟化水設(shè)備的所有工序非常接 近，只是由于實際工藝的不同或控制的需要，可能會有一些附加的流程。任何以鈉離子交換為基礎(chǔ)的軟化水設(shè)備都是在這五個流程的基礎(chǔ)上發(fā)展來的(其中，全自動軟化水設(shè)備會增加鹽水重注過程)。
反洗：工作一段時間后的設(shè)備，會在樹脂上部攔截很多由原水帶來的污物，把這些污物除去后，離子交換樹脂才能完全曝露出來，再生的效果才能得到保證。反洗過程就是水從樹脂的底部洗入，從頂部流出，這樣可以把頂部攔截下來的污物沖走。這個過程一般需要5-15分鐘左右。
吸鹽(再生)：即將鹽水注入樹脂罐體的過程，傳統(tǒng)設(shè)備是采用鹽泵將鹽水注入，全自動的設(shè)備是采用專用的內(nèi)置噴射器將鹽水吸入(只要進(jìn)水有一定的壓力即 可)。在實際工作過程中，鹽水以較慢的速度流過樹脂的再生效果比單純用鹽水浸泡樹脂的效果好，所以軟化水設(shè)備都是采用鹽水慢速流過樹脂的方法再生，這個過 程一般需要30分鐘左右，實際時間受用鹽量的影響。
慢沖洗(置換)：在用鹽水流過樹脂以后，用原水以同樣的流速慢慢將樹脂中的鹽全部沖洗干凈的過程叫慢沖洗，由于這個沖洗過程中仍有大量的功能基團上的鈣鎂 離子被鈉離子交換，根據(jù)實際經(jīng)驗，這個過程中是再生的主要過程，所以很多人將這個過程稱作置換。這個過程一般與吸鹽的時間相同，即30分鐘左右。
快沖洗：為了將殘留的鹽徹底沖洗干凈，要采用與實際工作接近的流速，用原水對樹脂進(jìn)行沖洗，這個過程的最后出水應(yīng)為達(dá)標(biāo)的軟水。一般情況下，快沖洗過程為5-15分鐘。
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