第七章 水的软化

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。

5
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。
26
2．脱碱软化系统 ． 1〕H－Na 并联 〕 － QN
QH
27
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。

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。

水的纯度概念
电阻率：1cm×1cm×1cm体积的水所测得的电阻（Ω· cm）
1 .淡化水：生活及生产用的淡水 2. 脱盐水：含盐量为1～5mg/l，强电解质大部分被去除(普通蒸馏水) 25 0C 电阻率 0.1～1.0×106Ω· cm 3 .纯水：去离子水，含盐量为＜１mg／Ｌ，强电解质绝大部分被去除， 弱电解质也去除到一定程度，25 0C，1.0～10×106Ω· cm。 ４.高纯水：超纯水，导电介质几乎已全部被去除，水中胶粒，微生物， 溶解气体和有机物等亦去除到最低的程度。含盐量＜ 0.1mg/L， 250C ， ＞10×106Ω· cm ，理论上纯水电阻率为18.3×106Ω· cm
全交换容量可以通过滴定法测定，也可根据树脂的单元结构 式加以计算。 工作交换容量与树脂再生方式、原水含盐量及其组成、树脂 层高度、水流速度、再生剂用量等因素有关。可通过实验或 设计资料确定。
7.有效pH值范围
由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水的pH值 势必对其交换容量产生影响。
各种类型树脂有效pH值范围
MgSO 4 Ca(OH ) 2 Mg (OH ) 2 CaSO 4
MgCl2 Ca(OH )2 Mg(OH )2 CaCl2
水的药剂软化法

石灰软化主要是去除水中的碳酸盐硬度和降低水中 的碱度。但是投加过量将造成硬度的上升。
石灰用量的计算
(CaO) 56[c(CO2 ) c(Ca(HCO3 )2 ) c(Fe2 ) K ], mg / L
逆流再生能够降低泄漏
选择系数
常数
常数
逆流再生固定床的再生剂耗量与再生液浓度
再生剂 NaCl
耗量(g/mol) 80～100

初中化学：硬水与软水所谓硬水是指含有较多可溶性钙、镁化合物的水；而软水是指不含或少含可溶性钙、镁化合物的水．硬水与软水的区分方法如图所示：，就是把等量的肥皂水分别滴加到盛有等量的软水、硬水的烧杯中，搅拌，观察烧杯中产生泡沫的情况（泡沫多的是软水，泡沫少、浮渣多的是硬水）．在日常生活中，鉴别水质软硬，还可以在洗净的容器中把水煮沸，然后倒出水，观察有水垢是硬水，无水垢是软水．硬水的危害：使用硬水会给生活和生产带来许多麻烦，如用硬水洗涤衣物，既浪费肥皂也洗不净衣物，时间长了还会使衣物变硬；锅炉用水硬度高了十分危险，因为锅炉内结垢后不仅浪费燃料，而且会使锅炉内管道局部过热，易引起管道变形或损坏，严重时还可能引起爆炸．硬水软化的方法：将硬水软化，实际上就是设法除去硬水中的钙、镁化合物，使之软化成软水．工业上和科学实验中软化硬水的方法很多，如图所示：，采用蒸馏的方法，就可降低水的硬度，使之软化，制取蒸馏水（净化程度较高的水）；而生活中通过煮沸水也可以降低水的硬度．【命题方向】该考点的命题方向主要是通过设置实验情景或问题情景，让学生思考、分析后，选择、解答与硬水、软水等相关的实际问题（如硬水和软水的区别、硬水和软水的区分方法、硬水的危害、硬水软化的方法等）．并且，经常将其与混合物和纯净物的区分、混合物的分离方法等联系起来考查．题型有选择题、填空题和实验探究题．中考重点是根据实验、问题情景，来考查学生对硬水和软水的区别、硬水和软水的区分方法、硬水的危害、混合物和纯净物的区分、混合物的分离、硬水软化的方法，以及相关实验操作的掌握情况，或者分析探究并解决相关的实际问题的能力．【解题方法点拨】要想解答好这类题目，首先，要熟记硬水和软水的区别、区分方法，以及硬水的危害、硬水软化的方法、混合物的分离方法、混合物与纯净物的区分方法、有关实验操作等．然后结合实验情景和问题情景，细致地分析题意和实验信息，并根据所学的相关知识，通过细心地思考、探究，来解答与硬水、软水相关的实际问题等．特别注意的是，在区分硬水、软水时，如果能联系到控制变量法，将会是事半功倍．。

水质工程学 A、HCa>HC
Ca2+ HCO3SO42-
Mg2+ SO42-
Na+ Cl(g/T)
Na+
CaO=28([CO2]+HcCa+HnMg+K+α) B、HCa<HC
Ca2+ HCO3Mg2+ SO42-
Cl(g/T) (g/T)
CaO = 28([CO2]+Hc+HMg+K+α) 苏打用量： NaCO3 =( Hn+K+β)×53 β——苏打剩余量。一 般取 取1.0-1.5meq/L 1
交联度 ＝
二乙烯苯 100% 苯乙烯 二乙烯苯
交联度对树脂的主要指标具有很大影响， 如交换容量，含水率，溶胀度，机械强度等。 水处理用的离子交换树脂，交联度以7~10 ％为宜。此时，树脂网架中的平均孔隙亦即孔道 宽度为20~40i。
水质工程学
4、含水率 指每克湿树脂所含水分的百分数。 含水率 = 溶涨水重/（干树脂重+溶涨水重）％ 交联度越小，孔隙率越大，含水率越高。如下图
水质工程学
一般强酸性阳离子树脂由Na型变为H型，其体积约增加5%。 一般强碱性阴离子树脂由Cl型变为OH型，其体积约增加 5%~10%。 在交换、再生过程中会发生涨缩，多次涨缩会使颗粒破碎。

生产中应尽量加长工作周期，减少再生次数，以延长树脂 的使用寿命。 实际中总是先将树脂溶胀，然后再装。
SO42 -(mmol/L) Cl -(mmol/L)
HCO3-(mmol/L)
水质工程学
四、水的软化方法
水的软化方法有三种： 1. 将水中的钙镁离子转化为溶解度极低的CaCO3和 Mg(OH)2，然后通过沉淀去除。 这种方法称为药剂软化。

3.离子交换软化除盐设备
（1）离子交换器 1）固定床离子交换器 ①顺流式固定床离子交换器 ②逆流（对流）式固定床离子交换器 2）连续床离子交换器 3）混合床离子交换器 （2）再生液系统 1）盐液再生系统 2）酸液再生系统 3）碱液再生系统 （3）除二氧化碳器
(1)顺流再生固定床
再生液与水流方向相同 特点：⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ⑸ 上部再生程度高，下部差，越是下部越差 再生剂耗量大，2～3倍理论值时，效果仍不理想 出水剩余硬度高 交换器失效早，降低工作效率，工作交换容量降低 适合于硬度较低的场合
（2）逆流再生固定床——再生液与水流方向相反
逆流再生操作步骤：
⑴ 小反洗 ⑵ 放水 ⑶ 顶压 → 使床不乱 ⑷ 进再生液 ⑸ 逆向冲洗 （软化水，流速5～7m/h） ⑹ 正洗
顶压——保证再生时树脂不发生乱层现象
再生液饱和程度：低——中——高 特点：⑴ 再生效果好，耗量可降低20%以上 ⑵ 出水水质明显提高 ⑶ 原水水质适应范围扩大，对硬度较高原水仍能保 证出水水质 ⑷ 再生废液中再生剂有效浓度低 ⑸ 工作交换容量提高 ⑹ 操作较复杂 (7)底部再生效果好及剂量低等
指树脂在水中吸收了水分后的密度，用来确定树脂床的反冲洗强度。 2）湿视密度
指单位体积内堆积的湿树脂重量，用来计算树脂在交换容器中的用量。 3）全交换容量，单位mol/g(干树脂) 表示理论上总的交换能力的大小，等于交换基团的总量。 4）工作交换容量，单位：或mol/L,或mol/g(干树脂) 表示树脂在使用中实际可以交换的容量。
三、水的离子交换软化法
1.离子交换法的基本原理 （1）离子交换树脂 由树脂母体（骨架）和活性基团构成。 活性基团＝固定离子 + 交换离子 分类：按活性基团性质 阳离子交换树脂 强酸性 弱酸性 阴离子交换树脂 强碱性 弱碱性

名词解释水的软化水的软化是指去除水中的硬度物质，使水变得更适合人类生活和工业生产的一种处理过程。

硬度物质主要包括钙、镁等金属离子，它们与水中的其他离子结合形成不溶于水的物质。

水的硬度对于饮用水、家电设备和工业生产都有一定的影响，因此进行水的软化可以改善水质，提高生活和生产的质量。

水的硬度是指水中含有的钙和镁离子的浓度。

这些离子会与水中的其他物质结合，形成沉淀物，这就导致水的硬度增加。

水的硬度可以通过测量水中钙和镁的含量来确定。

一般来说，水的硬度分为两种类型：临时硬度和永久硬度。

临时硬度是指由碳酸盐形成的硬度，主要包括碳酸钙和碳酸镁。

这种硬度可以通过加热水来去除，当水被加热时，碳酸盐会分解，硬度会降低。

例如，当水在烧开后冷却成冷水时，发现有白色的沉淀物，就是碳酸钙和碳酸镁形成的。

永久硬度是指由硫酸盐、氯化物和硝酸盐等形成的硬度，主要包括硫酸钙和硫酸镁。

这种硬度无法通过加热来去除，需要采用其他方法进行处理。

常见的去除永久硬度的方法是水软化。

水的软化主要通过去除水中的钙和镁离子来降低水的硬度。

常用的处理方法包括离子交换和反渗透。

离子交换是指使用具有高离子选择性的树脂来吸附并固定钙和镁离子。

当水通过这些树脂时，硬度离子会被树脂吸附，而树脂中的其他离子则会释放到水中。

这样处理后的水质将更加软化。

反渗透是一种通过半透膜来分离水中溶解物质的方法。

这种方法通过施加高压使水通过半透膜，而硬度离子和其他溶解物质则被滞留在膜的另一侧。

这样处理后的水质也会变得较软。

水的软化对于一些特定的应用非常重要。

例如，软化水对于家用洗衣机和洗碗机的使用更加友好。

硬水中的钙和镁会与洗涤剂中的化学物质反应，形成沉淀物，降低洗涤效果。

而软化水则能够更好地溶解洗涤剂，提高洗涤效果。

此外，水的软化也对于工业生产具有重要意义。

例如，在锅炉和冷却系统中使用软化水能够降低钙和镁的沉积，减少设备的故障和维修频率。

工业中的许多化学反应也对水的纯净度有一定的要求，软化水可以满足这些需求。

硬水软化的原理
硬水软化的原理是通过去除水中的钙和镁离子，使水变得软化。

这可以通过两种常见的方式来实现：离子交换和反渗透。

离子交换是硬水软化的主要方法之一。

硬水中的钙和镁离子被具有高亲和力的树脂颗粒捕获并与之交换。

树脂中的钠离子或氢离子取而代之，从而使水中的钙和镁离子被去除。

这个过程也被称为树脂再生，当树脂饱和时，一定量的盐水（通常是盐水溶液）会通过树脂床，把吸附在树脂上的钙和镁离子冲刷掉，然后再用新的盐水溶液来再生树脂，使其恢复吸附能力。

反渗透是另一种用于硬水软化的方法。

这是一种通过渗透和过滤的过程，使用半透膜来分离水中的离子和杂质。

通过施加高压，水被迫通过选择性透性膜，而溶解在水中的钙和镁离子等离子和微粒则被膜阻挡，从而得到软化的水。

该过程相对效率高，而且通常不需要额外的化学物质。

无论采用离子交换还是反渗透，处理后得到的水都可以被认为是软水。

软化的水除去了钙和镁离子，使得水具有更低的硬度，对首页和管道系统的腐蚀性降低，减少了垢石的产生，并且减少了洗涤和清洁所需的清洁剂用量。

因此，硬水软化是一种常见的水处理方式，特别适用于需要低硬度水的家庭、工业和商业应用。

硬水变软水的方法硬水是指含有较高数量的钙和镁离子的水。

这些离子可以对家庭设备和管道系统造成许多问题，例如产生水垢、影响清洁效果和饮用水的口感。

因此，将硬水转化为软水是很重要的。

下面我将介绍几种常见的硬水转化为软水的方法。

1. 离子交换软化离子交换是最常见的水软化方法。

一个典型的离子交换器通常被称为水软化器。

水软化器通常由一个填充了树脂小球的柱状容器构成。

树脂小球是带有负电荷的聚合物，它们可以吸附并交换掉水中的阳离子，如镁和钙离子。

当水通过水软化器时，硬水中的钙和镁离子被吸附在树脂小球上，而钠离子则被释放进水中。

这样水就从硬水变成了软水。

2. 酸洗酸洗是另一种去除硬水的方法。

在酸洗中，将酸性溶液（通常是盐酸或硫酸）加入到硬水中。

酸能够与钙和镁离子反应，形成可溶性的盐，在水中溶解。

这样钙和镁离子就被去除，水变得软化。

然而，酸洗方法需要谨慎使用，因为酸性溶液对管道系统和设备可能会有损害。

3. 蒸发结晶蒸发结晶是另一种硬水处理的方法。

这种方法利用了水中的钙和镁离子容易结晶沉淀的特性。

将硬水加热至高温，然后让其慢慢蒸发。

随着水的蒸发，钙和镁离子会结晶并沉淀，从而使水变得更软。

这是一种相对简单的方法，但也需要耗费大量能源。

4. 反渗透反渗透是一种通过膜过滤来软化水的方法。

在反渗透系统中，将硬水通过半透膜，膜上有微小的孔隙，这些孔隙足够小以阻挡钙和镁离子等溶解物。

只有水分子可以通过膜，硬水中的溶解物被滞留在膜的一侧，而获得的水则变得软化。

反渗透是一种高效的水软化方法，它可以去除水中的多种溶解物，但也会产生一定量的废水。

5. 磷酸盐法磷酸盐法是一种将硬水变软的方法。

这种方法可以通过在硬水中加入磷酸盐化合物，例如磷酸钠或磷酸盐混合物，从而形成可溶性的磷酸钙或磷酸镁沉淀。

这些沉淀物可以被滤掉，使水变得更软。

然而，使用磷酸盐法处理水需要谨慎考虑化学品的添加量以及对环境的影响。

总之，硬水变软水的方法有多种选择，包括离子交换、酸洗、蒸发结晶、反渗透和磷酸盐法。

硬水的软化目的：了解硬水软化的基本原理；学习硬水软化的方法。

用品：烧杯、玻棒、滴管、酒精灯、铁架台。

氢氧化钙、盐酸、石灰石、澄清石灰水、蒸馏水、肥皂液、碳酸钠、磷酸三钠、磺化煤、离子交换柱。

原理：溶有较多量Ca2+和Mg2+的水称为硬水，根据所含盐类的不同，硬水又分为暂时硬水(含有HCO3-)和永久硬水(含有SO42-、Cl-)。

1升水里含有10毫克氧化钙(或相当于10毫克氧化钙)称为1度(1°)。

氧化镁1毫克折算成1.4毫克氧化钙。

硬度大于30°的是最硬水。

暂时硬水经过煮沸以后，碳酸氢盐分解生成不溶性的碳酸盐。

生成的碳酸镁会发生水解反应，生成更难溶的氢氧化镁。

硬度可降至8°以下，但仍在3°～4°以上。

药剂软化法和离子交换法是硬水软化的主要方法。

药剂软化法常用的药剂有石灰、纯碱或磷酸三钠等。

通过反应可生成)2等几乎不溶于水的物质，使Ca2+、Mg2+ CaCO3、Mg(OH)2、Mg3(PO4)2、Ca3(PO4除去。

离子交换法是用离子交换剂软化水的一种现代方法。

离子交换剂有天然或人造沸石、磺化煤和离子交换树脂等。

磺化煤是用烟煤、褐煤经发烟硫酸或浓硫酸处理后的一种黑色颗粒状物质。

当硬水通过磺化煤时，硬水里的Ca2+和Mg2+会跟磺化煤的Na+起离子交换作用，从而使硬水软化。

磺化煤的Na+耗毕，可用8～10％食盐溶液再生，恢复软化硬水的功能。

离子交换树脂是一种高分子聚合物，由固定的树脂本体和带有活性离子的交换基团两部分所组成。

阳离子交换树脂和阴离子交换树脂可分别用盐酸(2摩/升)和氢氧化钠(8％)溶液再生。

操作：1.制备暂时硬水称取2克氢氧化钙固体，放入盛有100毫升蒸馏水的烧杯里，搅拌使之溶解，然后通入二氧化碳气体。

开始时因生成白色的碳酸钙沉淀而使溶液浑浊，继续通入二氧化碳，直至溶液重新达到透明，过滤后就得到含有碳酸氢钙的暂时硬水(硬度约为60°)。

MgCl2 ＋ Na2CO3 ＋ Ca(OH)2 → CaCO3↓＋ Ma(OH)2↓
＋2NaCl
适用于低碱度、高硬度的原水。
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第三节：水的沉淀软化处理
四、石灰-氯化钙处理
可降低水中负硬度（即过剩碱度）
2NaHCO3 ＋ CaCl2 ＋ Ca(OH)2 → 2CaCO3↓＋ 2NaCl↓
＋ H2O
再生，使失效的树脂重新转型为氢型树脂（RH），重新具有离子交
换能力。
R2Ca + 2HCl → 2RH + CaCl2
经氢离子交换后的水，不但去除了硬度和其它阳离子，而且去除
了碱度，水中的盐类变成了酸类，这种水质应进行中和处理后才能使
用。经氢离子交换后的水，含盐量大大降低。
3.氢氧离子交换法
氢氧离子交换采用氢氧型阴离子交换树脂。阴离子交换器的进水 通常是氢离子交换器的出水（酸性水），交换后出水呈中性。
微生物生长。
（3）防止发霉
树脂在温度高和水不流动的条件下，微生物容易繁殖，使树脂发
霉而结块。所以要定期更换交换器内的存水，如发生霉变，有条件的
可以用1 ％-1.5 ％的甲醛溶液消毒。
不同类型的树脂不能混杂在一起使用。
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4.使用中的树脂的管理 （1）保持交换器出入口压力差不能大于0.2MPa，否则树脂的破碎率
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③复苏方法：
常见的钠型树脂铁中毒后，可用10%的盐酸再生树脂。
④预防措施：
加强铁制水处理设备的防腐工作，避免树脂和铁及铁的腐蚀产物
接触。
（2）活性余氯污染
①原因：
进入离子交换器水中残留的余氯过高。
②现象：
颜色明显变浅，透明度增加，体积增大，机械强度下降，树脂破