軟化水技術及軟化水設備技術資料
2018-7-10 15:16:01點擊：
軟化水技術及軟化水設備
本篇文章來源：軟水器 //qztptp.com
水中鈣鎂離子的存在是當水溫變化時形成水垢的主要原因。目前在國內常用的軟化水設備主要有手動式、國產組合式、國產多閥式、進口多路閥式幾種，其中進口多路閥式軟化水是目前市場上的主要產品，這種設備以進口的多路閥及控制器為核心，配用國產的樹脂罐、鹽箱、管道等材料構成全自動軟化水設備。
進口多路閥主要品牌有阿圖祖(GE/Autotrol，又譯為奧特洛)、富萊(Pentair/Fleck，也譯為弗萊克)、康科(Kentenico)、伊瑞(Erice)、怡口(Ecowater，也曾叫北極星)等，占據主要市場的是前三位，其中前兩個品牌為工業、商業中的主要選擇，可以提供最小0.5t/h，最大達200t/h左右的處理量(為避免名稱不同引起誤解，在本站中將盡量采用英文名稱，所有專用名稱及LOGO等版權均屬相關企業所有) 。
國產多路閥很早也有定型產品，早期的多通道平面閥或后來的錐形閥實際上都是多路閥，只不過其控制與驅動方式與進口不同，一般業內將其稱為“組合式軟化水系統”而不是稱為多路閥系統(我們了解到的主要廠家有成都富華、山西、蘭州、山東等地的廠家，但是網上資料很少)；近些年來在北京、上海、浙江等地也出現了不少仿制或自主開發的與進口產品同樣思路的多路閥，有些品牌的產品設計思路已超過進口產品，但是市場銷售及質量穩定性還不是非常理想。目前我們所了解的國產多路閥(仿制或自主研發)主要有：北京潔明、溫州潤新、上海等廠家。
軟化水技術
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，其溶解度隨著溫度的升高 而下降。當溫度升高時，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是硬度，總的說來，水的硬度主要由鈣(Ca2 +)、鎂(Mg2+)離子構成的，其具體指標是同類離子折合為碳酸鈣來計時的數值，目前標準單位是mmol/L(毫摩爾每升)。傳統的單位有mgN/L (毫克當量每升)、德國度、美制(英制)等，目前在國內常用的硬度單位是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即可換算為國標的數值mmol/L(毫摩爾每升)，如果采用美制的Grain/Gallon(格令每加 侖)，需要對單位進行多次算換，此處不細講。
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，并沒有標準的量的概念，在生活中，行內一般把硬度低于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。
(工業上采用截然不同的標準，工業上一般只有硬度<1的水稱作軟水，1-10之間都經常籠統地稱為硬水，硬度>10的水也多稱為高硬水)
北京地區的普通情況是(以市政供水及常見自備井為例)：
城中、城北、城西(五環以內)地區：大部分地區硬度在6-8之間；
城東北部(水源較好的使館及周邊地區)：硬度多在4-6之間；
城南(南三環以南)、城西南：硬度約在8-12間，部分地區硬度為10-15左右。
周邊地區：南部、西部、北部山區硬度較高，多數在8以上，
東部及北部非山區多數在6-9之間。
(上述只是大概情況，清華曾有個自備井，硬度高達15之多)
由于水垢的沉積對人們的生活及生產均有很明顯的影響，所以生產用水和生活用水均對硬度指標有一定的要求,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、引起爆炸。因此對于低壓鍋爐要進行水的軟化處理；對于中、高壓 鍋爐要進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”(一般是指采用設備)，相應的設備叫“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。這種方法是目前常用的標準方式。主要優點是：效果穩定準確，工藝成熟。可以將硬度降至0。采用這種方式的軟化水設備一般也叫做“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:效果明顯而穩定，處理后的水適用范圍廣；但是對進水壓力有較高要求，設備投資、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合的特性，從而使水垢不能析出、沉積。目前工業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，適應性廣；但水量軟大時運行成本偏高，由于加入了化學物質，所以水的應用受到很大限制，一般情況下不能應用于飲用、食品加工、工業生產等方面。在民用領域中也很少應用。由于加藥法只是從化學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：設備投資小，安裝方便，運行費用低；但是效果不夠穩定性，沒有統一的衡量標準，而且由于主要功能僅是影響一定范圍內的水垢的物理性能，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(如中央空調等)循環冷卻水的處理，不能應用于工業生產及鍋爐補給水的處理(同時由于該種設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，所以一般不應歸入軟化方式中，而是應該稱為防垢或阻垢。
根據實際使用經驗及特點，在工業鍋爐及工業生產中常用的方式是離子交換法(目前基本上是標準設備)，普通情況下所說的“軟水器”一般均指這種設備。
在餐飲、食品、化工、醫藥等領域、空調、工業循環水等應用中,也多采用離子交換法對補水進行處理。
小型熱水鍋爐、換熱器等應用中，多采用加藥法。
商業領域的中央空調及工業上溫度較低(最高溫度在60度左右)的冷卻循環水,多采用電磁法進行全流量處理，即對所有循環水進行處理，同時多數情況下配合補充水采用離子交換法處理或循環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，與標準工具書的說法可能不盡一致(但不會出現技術性錯誤)。
離子交換樹脂是一種聚合物，帶有相應的功能基團。一般情況下，常規的鈉離子交換樹脂帶有大量的鈉離子。
當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合，這樣水中的鈣鎂離子含量降低，水的硬度下降。硬水就變為軟水，這是軟化水設備的工作過程。
當樹脂上的大量功能基團與鈣鎂離子結合后，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合，這樣樹脂就恢復了交換能力，這個過程叫作“再生”。
由于實際工作的需要，軟化水設備的標準工作流程主要包括：
工作(有時叫做產水，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的軟化水設備都是在這五個流程的基礎上發展來的(其中，全自動軟化水設備會增加鹽水重注過程)。
反洗：工作一段時間后的設備，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，傳統設備是采用鹽泵將鹽水注入，全自動的設備是采用專用的內置噴射器將鹽水吸入(只要進水有一定的壓力即 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，根據實際經驗，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，用原水對樹脂進行沖洗，這個過程的最后出水應為達標的軟水。一般情況下，快沖洗過程為5-15分鐘。
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