软水法

软化水质的方法

水质的硬度是由水质中钙盐和镁盐的含量而定的。如果水质的硬度大则是由于接触地质岩层，使水质中的钙盐和镁盐（碳酸盐、硫酸盐、氯化盐等的含量增加。如果水质过硬会对人体造成伤害，所以需要软化水质，而软水法则是软化水质的方法，通常分为石灰-碳酸钠软水法和离子交换软水法等。

水质软化

水的硬度多由于接触地质岩层，使水质中增加了钙盐和镁盐(碳酸盐、硫酸盐、氯化盐等)的含量。水的硬度可分为碳酸盐硬度(暂时硬度)及非碳酸盐硬度(永久硬度) 两种。两种硬度之和为水的总硬度。碳酸盐硬度系指水中含有钙、镁的碳酸盐及碳酸氢盐形成的硬度。当水经煮沸，水中碳酸氢盐放出二氧化碳变成碳酸盐而沉淀，使硬水软化。非碳酸盐硬度则指水中含有硫酸盐、硝酸盐、氯化盐等盐类形成的硬度。非碳酸盐硬度不能用煮沸法去除。

人们能接受的水硬度随各地个人的习惯而不同。中等硬度的水一般为60～120mg/L，有些人对150mg/L的水就不能接受，而另一些人则认为300～500mg/L是硬度的最高接受限额。用硬度高的水洗衣服浪费肥皂，而使用合成洗涤剂则不受硬度影响。此外，硬水能使煮水的壶底结水垢，减低壶的导热性；热水管内结水垢后，能使管内水流不畅，为了避免锅炉内结水垢，造成经济损失，其用水必须预先软化。

软化水质主要用化学软化剂，即向水中投加石灰和碳酸钠以去除溶解于水中的钙和镁，石灰同时有杀菌、除铁作用和协助澄清水质的作用。软化水质的另一种方法是离子交换法，将硬水通过某种阳离子交换剂滤层，使水中钙、镁离子与交换剂中钠离子交换而使水软化。

石灰-碳酸钠软水法

常用软水剂有石灰、碳酸钠、苛性钠等。生石灰一般含90%的氧化钙(CaO)和少量的氧化镁等杂质。使用时先将生石灰熟化为浆状熟石灰，调成约含5%氢氧化钙的石灰乳向水中投加，碳酸钠的纯度一般可达98%。水中投加的熟石灰与水中钙盐或镁盐作用变为碳酸钙或氢氧化镁等难溶解的盐类，再用沉淀池和过滤池处理。

水中投加的苛性钠与重碳酸盐硬度起化学反应，变为碳酸盐，在反应过程中所产生的碳酸钠，又可与一部分非碳酸盐硬度相互作用，最后对难溶解的盐类再用沉淀池和过滤池处理。水中含有非碳酸盐的镁盐时，可同时投加碳酸钠和熟石灰处理。投加熟石灰能使水的pH值增加到10左右，从而水中的钙离子得到有效地去除。镁离子的去除则要求水的pH值更高一些，同时水中将出现多余的熟石灰。用石灰软化后的水还含有少量能结为水垢的物质。因此，根据用水情况，有时对经石灰法软化过的水进行再度碳化处理，以减轻其潜在的结垢性。方法是投加二氧化碳以中和水中多余的熟石灰，成为碳酸钙而下沉。用压缩泵把二氧化碳直接送至水池底部经小孔射出。反应池中水的pH值应在9.5以上。

离子交换软水法

将硬度较高的水通过一个由阳离子交换剂所组成的过滤池，阳离子交换剂中的Na、H+或NH4离子与水中Ca、Mg等形成硬度的离子交换，使硬度较高的水变为硬度较低的水。当滤池中离子交换剂的可交换离子耗尽后，可用含高浓度原有离子的再生溶液通过滤层，补充被消耗的离子，使之恢复原有的交换能力。

软化水质的阳离子交换剂有海绿石、含硅胶体沸石和聚苯乙烯等树脂。天然海绿石经过加工和化学处理，成为一种墨绿色的无机化合物，有较持久的离子交换性能。合成含硅胶体沸石可在干燥后压碎成颗粒状，制成柱状滤床，用以软化水质。近来上述两种软化水质的材料使用逐渐减少，而主要被聚苯乙烯树脂代替，人工合成的树脂多制成0.5mm直径的圆形颗粒，使用方便，效果良好。离子交换软水过程中的化学反应见“离子交换”条。软化水质的离子交换过程中，处理的水量一般为每立方米离子交换剂每小时处理硬水16～48m。在反冲再生时可用80～320mg/L的盐水反冲25～45min，反冲速度一般为204～224L/m。

作用机理

电去离子软化法是一种利用电来除去水中部分离子杂质Ca、Mg等达到水软化的新方法。这种软水新方法将电渗析与离子交换有机地结合在一起，使水部分脱盐，并达到深度软化，用它可代替口前广泛使用的钠离子交换软水法。

电渗析是在直流电场的作用下，利用离子交换膜对溶液中离子的选择透过性，将水中的电解质溶质分离出来的一种膜分离脱盐方法。电渗析脱盐法在水中含盐量过低时，因发生极化现象和逆向泄漏等，脱盐不彻底。用电渗析脱盐一般能除去原水含盐量的6000~9500，而在电渗析器出水残余盐分中，钙镁离子盐分仍占有一定的比例，结果使经电渗析处理的水的硬度依然超过低压锅炉水质标准（GB1576-1996 ）所规定的水质硬度标准，所以经电渗析处理后的水，不能作为低压锅炉的补给水使用，必须采用离子交换法作进一步的软化处理。在低压锅炉化学补给水处理中，一般单独采用Na型阳离子交换处理;或在高含盐量、高硬度的原水的情况下，用它作为电渗析的后续处理。后者，Na型离子交换与电渗析这种外表的串联结合只起延长离子交换器的工作周期，减少再生次数，大幅度降低再生剂消耗总量，从而降低制水成本的作用。但这不是电去离子软化处理。

电去离子软化法从外表上看，两者变成一体，要将离子交换剂填充于淡水室内，为此，国内称该法为填充床电渗析法。从本质上看，这种结合使内在过程发生本质的变化，这是由于电渗析和离子交换相互作用，激发和抑制某些过程进行的结果。

电去离子软化器是由普通的电渗析器填装了阳离子交换剂（颗粒、纤维或编织物）构成。在运行时，电渗析与离子交换同在这一个容器中进行。此时，两者由于相互影响，出现许多变化，这些变化有如下方面：

(1)从电渗析方而看，极化现象减弱，极限电流提高，从而能达到深度软化。这是由于纯水中离子交换剂的导电能力比所接触的水要高2 -3个数量级，由于交换剂颗粒不断发生吸附一解析作用，构成了“离子通道”，结果使电渗析淡水室（溶液、交换剂和膜）体系的电导率大大增加。同时，淡水室中装填了离子交换剂，使液流速度提高，而且交换剂本身起搅拌作用，促进离子扩散，改善水力学状态，从而也导致淡水室体系电导率增大。

(2)从离子交换方而看，发生水电离产生H对阳离子交换剂的自再生作用。在纯水中离子浓度极低使运行电流超过极限电流时，膜和树脂附近的界而层会发生极化，它促进水的电离，产生OH和H。这些离子，除一部分被迁移至浓水室外，其中部分H使淡水室中阳离子交换剂再生，恢复其交换能力。同时，离子交换剂的水解作用也会使其本身得到部分再生。离子交换剂的自再生作用，不仅使电去离子软水器中一部分交换剂得到自行再生，底层交换剂一直保持Na型（由于水中Na量>Cat量，Na置换H所致），使出水得到深度软化，而且再也没有中断运行来再生的必要，使电去离子软化器自动连续运行，不必再有人去看管，为此，国外称这类电去离子净水处理为连续去离子处理。

工作过程

依据我们提出的描述电去离子过程的反应叠加实用模型，再来讨论原水通过电去离子软水器的过程，从而可看出电渗析与离子交换各自的和共同的作用，进而可更深刻地理解电去离子软化的原理。

1)电渗析起真正去除离子的作用，在电渗析后期离子交换剂构成的“离子通道”，促使软化彻底。淡水室中Ca和部分Na通过阳离子交换膜迁移至浓水室而被除去，部分Cl则通过阴离子交换膜而被除去。

2)阳离子交换剂起截留住硬度Ca离子的作用，而在稳定工况下离子交换本身仅仅起去离子的中间过渡作用，离子交换剂是转运离子的中间体。

3)在稳定工况下，建立离子交换层谱，只要有保护层存在，就能保证出水水质，不发生硬度离子穿透现象。

4)在稳定工况下，只要进入淡水室中的离子都能靠电渗析迁移到浓水室除去，不断进入，不断除去，达到平衡状态，就不发生离子交换剂的再生。

5)利用停止进水，使得有充分的时间来进行电渗析除去离子，或提高电压，加速电渗析离子迁移过程，从而使淡水室某些部分水中的离子浓度很低而发生极化时，发生水电离产生H，实现离子交换剂的自再生。再生后离子交换剂转为H型，在运行时很快就建立起失效层、工作层和保护层的正常离子交换层谱，并由于水中Na十离子浓度很高，保护层转为Na型。

应用

电去离子软水法是电去离子净水法中的一种，它们都是一种精处理方法。在电去离子软水过程中，电渗析与离子交换的相互激发和抑制作用，在水中离子浓度很低时才体现出来。为充分利用电去离子软化水的特点，建议采用将它与电渗析或反渗透（特别是纳滤）组合使用，这也解决了电渗析或反渗透不能单独用于锅炉补给水处理的问题。

电磁法

采用在水中加上一定的电场或磁场来改变离子的特性，从而改变碳酸钙（碳酸镁）沉积的速度及沉积时的物理特性来阻止硬水垢的形成。其特点是：设备投资小，安装方便，运行费用低；但是效果不够稳定性，没有统一的衡量标准，而且由于主要功能仅是影响一定范围内的水垢的物理性能，所以处理后的水的使用时间、距离都有一定局限。多用于商业（如中央空调等）循环冷却水的处理，不能应用于工业生产及锅炉补给水的处理。

加药法

向水中加入专用的阻垢剂，可以改变钙镁离子与碳酸根离子结合的特性，从而使水垢不能析出、沉积。如今工业上可以使用的阻垢剂很多。这种方法的特点是：一次性投入较少，适应性广；但水量较大时运行成本偏高，由于加入了化学物质，所以水的应用受到很大限制，一般情况下不能应用于饮用、食品加工等方面。在民用领域中也很少应用。

膜分离法

纳滤膜（NF）及反渗透膜（RO）均可以拦截水中的钙镁离子，从而从根本上降低水的硬度。这种方法的特点是，效果明显而稳定，处理后的水适用范围广；但是对进水压力有较高要求，设备投资、运行成本都较高。

膜分离法是利用一种特殊的半透膜把溶液隔开，使溶液中的某些溶质或水渗透出来，从而达到分离溶质的目的。凡是把溶液中一种或几种成分不能透过，而其他成分能透过的膜，都叫作半透膜。

膜分离法的共同优点是：可在一般温度下操作；不消耗热能，没有相的变化；设备可工厂化生产；较易操作等。缺点是处理能力小；除扩散渗析外，均需消耗相当的能量；对预处理要求高。

在废水处理领域中，膜分离法是用特殊的薄膜对水中污染物进行选择性分离，从而使废水得到净化的技术。膜分离法主要包括电渗析、反渗透、超滤等分离技术。这些方法使用的膜各不相同，膜的功能也不同。

石墨软水法与磺化煤软水法相比

石墨软水法与磺化煤软水法相比有如下优点：

1.效果好，显著地减轻了炉壁结垢。

2.操作简便，在自来水硬度变化不大的情况下，每班按一定数量投入石墨即可。

3.检修、除垢方便，用磺化煤软水仍免不了有结垢，每次清垢时须进炉内操作，且非得用铁器敲打才能下来，现用石墨软水后，只需冲洗或打扫即能解决问题。

4.应用范围广，石墨软水设施简单，操作容易，大企业能用，小单位也适用。

5.节省大量人力、物力、财力。