第七章 水的软化
软化水设计方案
软化水设计方案引言软化水是指将硬水中的钙、镁等离子通过特定的工艺处理，使水质变软的一种流程。
软化水可以应用于多个领域，如工业生产、家庭用水以及商业用途。
软化水设计方案的目标是有效地去除水中的钙、镁离子，减少水垢的生成，提高生活和工业用水的质量。
软化水的原理硬水中的钙、镁离子是导致水硬度的主要成分。
软化水的原理是通过树脂交换技术将水中的钙、镁离子与树脂上的钠离子进行交换，将硬水转化为软化水。
软化水设备通常由一个树脂柱组成，树脂柱内填充了具有交换能力的离子交换树脂颗粒。
当水通过树脂床时，钙、镁离子与树脂上的钠离子发生交换反应，钙、镁离子被树脂捕获，而释放的钠离子则进入水中。
这个过程可以持续进行，直到树脂饱和为止。
软化水设计方案的步骤软化水设计方案需要根据具体的需求和水质情况进行制定。
以下是一般软化水设计方案的步骤：1.水质分析：首先需要对水质进行分析，了解水中钙、镁离子的浓度以及其他可能存在的污染物。
可以通过水质检测仪器或实验室进行水质分析。
2.设计软化水设备：根据水质分析结果，选择适合的软化水设备。
软化水设备通常由树脂柱、控制阀和盐仓组成，根据需要可以选择不同规格和容量的设备。
3.安装软化水设备：将软化水设备安装在需要软化水的地方，如家庭自来水管道、工业生产线等。
确保软化水设备连接正确并安装密封。
4.选择合适的树脂：根据水质分析结果选择合适的树脂，不同的树脂具有不同的交换能力和使用寿命。
树脂的选择应考虑到树脂的交换容量、耐高温性能、耐化学腐蚀性能等因素。
5.运行软化水设备：将软化水设备连接到水源，开启水源阀门，并设置适当的流量和运行时间。
定期检查树脂的交换容量，当交换容量接近饱和时，需要进行树脂再生。
6.树脂再生：树脂饱和后，需要进行再生，将树脂上的吸附物去除。
树脂再生一般采用盐水冲洗的方式，将含有钠离子的盐水通过树脂床，使树脂重新具备交换能力。
7.维护和保养：定期清洗软化水设备，并检查设备的运行情况。
水的软化与除盐
第2节 药剂软化法
一、石灰软化法： 石灰软化法： CaO + H2O = Ca(OH)2 CO2 + Ca(OH)2 ---CaCO3↓+ H2O Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 --- 2CaCO3↓ + 2H2O Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 --- 2CaCO3↓+ Mg(OH)2↓+2H2O 若碱度>硬度，还应去除多余的 若碱度 硬度，还应去除多余的HCO3－ 硬度 若水中存在Fe离子，也要消耗 若水中存在 离子，也要消耗Ca(OH)2 离子
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二、离子交换软化系统 1．RNa 系统 ． 原水碱度低（因为 不能去除碱度）， 原水碱度低（因为RNa不能去除碱度）， 不能去除碱度 不要求降低碱度的情况。 不要求降低碱度的情况。 可采用一级或二级串联。 可采用一级或二级串联。
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2．脱碱软化系统 ． 1〕H－Na 并联 〕 － QN
QH
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16
三、离子交换平衡 离子交换也是一种化学反应，存在交换平衡。 离子交换也是一种化学反应，存在交换平衡。 RA + B- --- RB +A+ 离子交换选择系数为： 离子交换选择系数为： KAB= [RB][A+]/[RA][B+] 该值>1，有利于交换反应的进行。 该值 ，有利于交换反应的进行。 计算泄漏量、极限工作交换容量、 计算泄漏量、极限工作交换容量、再生度极限值
3
三、水的纯度 以含盐量或水的电阻率表示（单位： 厘米） 以含盐量或水的电阻率表示（单位：欧姆 厘米） 淡化水： 淡化水：高含盐量水经局部处理 脱盐水：相当于普通蒸馏水，含盐量1－5mg/L 脱盐水：相当于普通蒸馏水，含盐量 － 纯水：亦称去离子水，含盐量 纯水：亦称去离子水，含盐量<1mg/L 高纯水：含盐量 高纯水：含盐量<0.1mg/L
软化水
软化水技术什么是软水(软化)?为什么要软化?我们都知道,普通的水中含有多种可溶解的化合物，有些物质的溶解度随着温度的变化有较明显的变化，其中的碳酸钙、碳酸镁类的物质，其溶解度随着温度的升高而下降。
当温度升高时，原来溶解于水中的碳酸钙、碳酸镁析出形成沉淀物，这些沉淀物可以是以絮状、粉末状，或沉积在容器、管道表面，形成水垢。
用来衡量钙镁离子总量的指标是硬度，总的说来，水的硬度主要由钙(Ca2 +)、镁(Mg2+)离子构成的，其具体指标是同类离子折合为碳酸钙来计时的数值，目前标准单位是mmol/L(毫摩尔每升)。
传统的单位有mgN/L (毫克当量每升)、德国度、美制(英制)等，目前在国内常用的硬度单位是mg/L(毫克每升)、mmol/L(毫摩尔每升)、mgN/L(毫克当量每升)，偶尔会有用户使用德国度，用德国度除以2.8即可换算为国标的数值mmol/L(毫摩尔每升)，如果采用美制的Grain/Gallon(格令每加仑)，需要对单位进行多次算换，此处不细讲。
钙镁离子含量较多的水称为硬水，钙镁离子含量较少的水称为软水。
硬水与软水只是通俗上的叫法，并没有标准的量的概念，在生活中，行内一般把硬度低于3mmol/L的水称为较软的水，3-6称为普通水，6-8称为较硬的水，10以上称为高硬水。
(工业上采用截然不同的标准，工业上一般只有硬度<1的水称作软水，1-10之间都经常笼统地称为硬水，硬度>10的水也多称为高硬水)北京地区的普通情况是(以市政供水及常见自备井为例)：城中、城北、城西(五环以内)地区：大部分地区硬度在6-8之间；城东北部(水源较好的使馆及周边地区)：硬度多在4-6之间；城南(南三环以南)、城西南：硬度约在8-12间，部分地区硬度为10-15左右；周边地区：南部、西部、北部山区硬度较高,多数在8以上；东部及北部非山区多数在6-9之间。
(上述只是大概情况，清华曾有个自备井，硬度高达15之多)为什么要软化?由于水垢的沉积对人们的生活及生产均有很明显的影响，所以生产用水和生活用水均对硬度指标有一定的要求,特别是锅炉用水中若含有硬度盐类，会在锅炉受热面上生成水垢，从而降低锅炉热效率、增大燃料消耗，甚至因金属壁面局部过热而损伤部件、引起爆炸。
水的软化方法
水的软化几种方法通常对硬度高、碱度高的水采用石灰软化法；对硬度高、碱度低的水采用石灰-纯碱软化法；而对硬度低、碱度高的负硬水则采用石灰-石膏处理法。
1. 石灰软化法为避免投加生石灰（CaO）产生的灰尘污染，通常先将生石灰制成消石灰Ca(OH)2（即熟石灰）使用，其反应如下CaO+H2O====Ca(OH)2消石灰投入高硬水中，会产生下列反应Ca(OH)2+CO2====CaCO3+H2OCa(OH) 2+Ca(HCO3) 2====2CaCO3+2H2O2Ca(OH) 2+Mg(HCO3) 2====2CaCO3+Mg(OH) 2+2H2O形成的CaCO3和Mg(OH)2都是难溶化合物，可从水中沉淀析出。
但水中的永硬和负硬却不能用石灰处理的方法除去，因为镁的永硬与负硬和消石灰会产生下列反应MgSO4+Ca(OH) 2====Mg(OH) 2+CaSO4MgCl2+Ca(OH) 2====Mg(OH) 2+CaCl2NaHCO3+Ca(OH) 2====CaCO3+NaOH+H2O由反应式可看出，镁的永硬全部转化为等量的溶解度很大的钙的永硬，而负硬则转化为等量的氢氧化钠、碱度，所以水中的碱度没有除去。
石灰加入量可按下式估算[CaO]=28/Z1{[CO2]+[Ca(HCO3) 2]+2[Mg(HCO3)2+B]}式中[CaO]——需投加的工业石灰量，mg/L；[CO2]——原水中CO2的浓度（1/2CO2计），mmol/L;[Ca(HCO3) 2]——原水中Ca(HCO3) 2的浓度[1/2Ca(HCO3) 2计]，mmol/L[Mg(HCO3) 2]——原水中Mg(HCO3) 2的浓度[1/2 Mg(HCO3) 2计]mmol/L；Z1——工业石灰纯度，%；28——1/2CaO的摩尔质量，g/mol；B——石灰过剩量（1/2CaO计），mmol/L(一般为0.2—0.4mmol/L)。
2．石灰-纯碱软化法石灰软化法只适用于暂硬高、永硬低的水质处理。
软化水的常用方法
软化水的常用方法软化水是指去除水中的钙、镁等硬度离子，使水变得更加柔软的过程。
硬水对于家庭和工业使用都会带来一些不便，因此软化水已经成为了现代生活中必不可少的一部分。
常用的软化水方法包括离子交换法、反渗透法、电渗析法等等。
本文将详细介绍这些方法的原理和操作步骤。
一、离子交换法离子交换法是目前应用最广泛的软化水方法之一。
它利用树脂吸附钙、镁离子的特性，通过交换树脂上的钠或氢离子来实现软化水的效果。
1. 原理树脂是一种高分子物质，它具有吸附性能。
在水处理中，树脂主要用于去除水中的硬度离子和有机物质。
离子交换树脂通常是以二烷基苯基磺酸为主要成分制成。
当硬度离子进入到树脂层时，它们会与树脂上已经存在的钠或氢离子进行置换作用。
这样就可以将硬度离子从水中去除。
2. 操作步骤离子交换法的操作步骤如下：（1）将树脂装入软化水设备中。
（2）将硬度水通过软化器，使其流经树脂层。
（3）硬度离子会与树脂上的钠或氢离子进行置换作用，从而被去除。
（4）当树脂上的钠或氢离子被耗尽时，需要用盐水再生树脂。
二、反渗透法反渗透法是一种利用半透膜来分离溶液中不同成分的技术。
它可以有效地去除水中的硬度离子和其他杂质，从而实现软化水的效果。
1. 原理反渗透法是利用半透膜分离技术来实现软化水的。
半透膜是一种具有选择性通透性能的过滤材料。
当水通过半透膜时，只有小于半透膜孔径大小的溶质才能通过，而大于孔径大小的溶质则被拦截在半透膜外面。
因此，反渗透法可以有效地去除水中的硬度离子和其他杂质。
反渗透法的操作步骤如下：（1）将硬度水通过反渗透设备，使其流经半透膜。
（2）水中的硬度离子和其他杂质会被拦截在半透膜外面。
（3）经过反渗透处理后的水变得更加纯净，可以用于家庭和工业使用。
三、电渗析法电渗析法是一种利用电场力和离子选择性膜来分离溶液中不同成分的技术。
它可以有效地去除水中的硬度离子和其他杂质，从而实现软化水的效果。
1. 原理电渗析法是利用电场力和离子选择性膜来实现软化水的。
水的软化实验报告
实验分析1.加热软化实验：从本次实验结果来看，加热20min之后，水的硬度较大程度降低，继续加热，处理效果甚微。
2.离子交换软化实验：理论上，在树脂达到交换饱和之前，出水硬度应随着处理时间增大而缓慢增大，而实验结果却与之相反。
分析原因如下：实验之初，未调整好自来水流速，流速过高。
在交换过程中，离子进行扩散-交换-扩散系列步骤，所以，一般情况下，交换液流速大，在树脂层的停留时间缩短，未与树脂充分接触交换，水中的部分钙、镁离子未来得及交换就随出水流出。
当流速调整适当后，树脂与自来水逐渐充分接触，因此，出水硬度也逐渐下降。
在60min时，出水硬度开始上升，表示树脂交换已基本达到饱和，此时处理总水量为322mL。
3.误差分析：（1）本次实验滴定所用的EDTA体积都比较小，对操作技术和仪器质量都要求极高，滴定终点的判断准确度、滴定时读数有微小偏差、滴定管有微量漏液都会对实验结果造成较大影响。
（2）未保证整个实验过程的水流速相同，影响出水硬度。
4.结合实验与所学知识，总结出影响离子交换容量的因素有：（1）流速：流速越大，在树脂层停留时间越短，未充分接触交换，树脂利用率降低；而过小的流速会造成原水只与树脂表面离子进行交换，水不能进入树脂内部（树脂表面通常仅提供20%的交换容量，树脂内部结构能提供80%交换容量）（2）水与树脂的接触时间：接触时间越长，交换越充分，相对单位树脂产水能力下降。
（3）树脂层的高度：离子交换柱树脂层高度越低，流速对其交换能力的影响就越大，当树脂层达到一定高度时，流速对其交换能力的影响可降到比较低的程度。
（4）温度：水温增加能加快内扩散，提高交换能力。
（5）树脂类型：不同树脂交联度等不同，交换能力不同。
5.实验结论：加热法和离子交换法均能使水的硬度降低。
相比而言，离子交换法对水的软化效果更好。
软化水制作方法归纳
软化水制作方法归纳水的软化方法有：①加热法；②石灰苏打法：用石灰降低暂时硬水硬度，用烧碱（苏打）降低非碳酸盐硬水的硬度；③离子交换法：用离子交换剂除去钙镁离子，目前家用“净水器”多采用这种方法。
原理:乙二按四乙酸二钠（EDTA-2Na）在PH为10的条件下与水中的钙、镁离子生成无色可溶性络合物，指示剂铬黑T则与钙、镁离子生成紫红色络合物。
用EDTA—2Na 滴定钙、镁离子至终点时，钙、镁离子全部与EDTA—2Na 络合而使铬黑T游离，溶液即由紫红色变为蓝色。
水质监测中测硬度一般用容量法，用EDTA来滴定水中钙镁离子。
也可以用原子吸收分别测出钙镁离子，然后相加算出总硬度。
硬度片剂使用方法：1、取一洁净容器，隔着铝箔包装将一片硬度测定片剂用硬物敲碎，然后全部参加容器中，以少量待测水样（V1）溶解之，此时溶液呈蓝色；2、继续参加待测水样至溶液变红色为止（V2）；3、计算红色溶液体积V1+V2=V，查体积硬度换算表，即可得总硬度值。
附注：若所加待测水样体积数值表内未列出，请用公式：CaCO3（mg/L）=1242/V计算。
树脂再生耗盐量理论上说，树脂再生耗盐量跟进水硬度是没有关系的，只跟树脂的工作交换容量有关。
以001*7阳树脂为例，001*7阳树脂的工作交换容量一般为800mol/立方。
经过交换失效后，每立方树脂再生需要的盐量为:800 * 1.5 * 58.5 /850 =82.5公斤（1.5为比盐耗，，850为食盐纯度乘1000，58.5为氯化钠分子量）。
比盐耗跟设备及再生工艺有关，流动床的比盐耗一般为1.5-2.0，固定床一般为1.2-1.5.因此用固定床相对来说用盐就少一些。
这是按树脂量计算的，通常没有多少指导意义，用盐量是否经济应该按处理一吨水需要的盐量来衡量。
处理一吨水的合理耗盐量是这样计算的:原水硬度（mmol/L）*比盐耗（同上）* 58.5 / 850。
软化水的工作原理
软化水在日常生活中，我们经常见到水壶用久后内壁会有水垢生成。
这是什么原因呢？原来在我们取用的水中含有不少无机盐类物质，如钙、镁盐等。
这些盐在常温下的水中肉眼无法发现，一旦它们加温煮沸，便有不少钙、镁盐以碳酸盐形成沉淀出来，它们紧贴壶壁就形成水垢。
我们通常把水中钙、镁离子的含量用“硬度”这个指标来表示。
硬度1度相当于每升水中含有10毫克氧化钙。
低于8度的水称为软水，高于17度的称为硬水，介于8～17度之间的称为中度硬水。
雨、雪水、江、河、湖水都是软水，泉水、深井水、海水都是硬水。
工作原理树脂吸附水中钙、镁离子适用领域浴室、厨房、洗衣、暖气、锅炉等工作原理水的硬度主要由其中的阳离子：钙(Ca2+)、镁(Mg2+)离子构成。
当含有硬度的原水通过交换器的树脂层时，水中的钙、镁离子被树脂吸附，同时释放出钠离子，这样交换器内流出的水就是去掉了硬度离子的软化水,当树脂吸附钙、镁离子达到一定的饱和度后，出水的硬度增大，此时软水器会按照预定的程序自动进行失效树脂的再生工作，利用较高浓度的氯化钠溶液(盐水)通过树脂，使失效的树脂重新恢复至钠型树脂。
软化水的作用软化水的适用领域:浴室、厨房、洗衣、暖气、锅炉、中央空调设备供水等广大领域。
软水有如下的作用:（1）防止水管道、热水器、咖啡机，加湿器、蒸汽电熨斗、浴缸、淋浴喷头、抽水马桶等家庭器具积留水垢、经常堵塞、热效率低等现象。
（2）煮咖啡、冲茶叶，口感独特，味道纯正。
养花，延长开花期，绿叶无斑点，花朵艳丽。
养鱼，预防各类鱼类疾病。
软水煮饭饱满、蓬松、口感好；卫生器具，晶莹剔透，无污渍斑点。
（3）延长豆腐保质期，豆浆更香浓，豆芽不需生长素，长势粗壮。
洗菜，清除农药成分，延长蔬菜保鲜期。
煮饭，缩短时间，米粒松软光润、面食不易膨胀。
烹调，保持蔬菜的天然口感和营养成分。
（4）有效抑制真菌，促进外伤愈合，减少便秘、肠胃类及结石类疾病的发病几率。
发生皮外伤、冻伤、烧伤之类意外时，先用软水洗净患处后，并以软水浸湿脱脂棉、纱布、毛巾等，轻擦患部，可快速愈合伤口，并且使烧伤引起的浮肿马上消失，这是由于软水具有促进细胞组织再生的作用。
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主要内容天然水硬度分级
4、软化的方法
2 Ca(OH)
离子交换树脂基本知识
离子交换树脂主要性能
离子交换平衡
离子交换速度
离子交换运行过程
一1、离子交换树脂组成与特性
一2、分类
一如：凝胶型（结构）苯乙烯系（骨架）
3、全名称
结构特征单体种类活性基因
二、离子交换树脂主要性能
外观：二、离子交换树脂主要性能
含水率：二、离子交换树脂主要性能
二、离子交换树脂主要性能
有效三、离子交换平衡
（等价交换）
] / [R -A +]) / ([B +] / [A +])
三、离子交换平衡
2、交换平衡常数讨论：
22
交换平衡常数讨论
23
四、离子交换速度1、离子交换过程：
膜扩散；孔道扩散；
四、离子交换速度
25五、离子交换运行过程1、离子交换过程：
离子交换过程图示
第四节一、离子交换软化方法1、RNa 一、离子交换软化方法
2、一、离子交换软化方法
3、
二、离子交换软化装置
2、再生系统：顺流再生；逆流再生。
顺流再生系统
三、离子交换过程与泄漏曲线
泄漏点；交换器总交换能力；
工作交换能力（工作交换容量；）
逆流再生系统三、离子交换过程与泄漏曲线
四、离子交换的附属系统
39酸系统
40
除二氧化碳器。