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(shí)，原來(lái)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、粉未狀或沉積在容器、管道表面，形成水垢。

用來(lái)衡量鈣鎂離子總量的指標(biāo)是硬度，總的說(shuō)來(lái)，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(lái)計(jì)時(shí)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(guó)度、美制(英制)等，目前在國(guó)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(huì)有用戶使用德國(guó)度，用德國(guó)度除以2.8即可換算為國(guó)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)，那么就需要對(duì)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(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的量的概念，在生活中，行內(nèi)一般把硬度低于3mmmol/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)?；\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。

由于水垢的沉積對(duì)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(duì)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(huì)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(guò)熱而損傷部件、引起暴炸。因此對(duì)于低壓鍋爐要進(jìn)行水的軟化處理，對(duì)于中、高壓鍋爐要進(jìn)行水的軟化與脫鹽處理。采用設(shè)備降低水的硬度的過(guò)程叫做”軟化”，相應(yīng)的設(shè)備叫“軟水器”(或叫“軟化器”等)。

1.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(yáng)離子交換樹脂，以鈉離子將水中的鈣鎂離子置換出來(lái)，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(diǎn)是:效果穩(wěn)定準(zhǔn)確，工藝成熟。可以將硬度降至0。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）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。

（3）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(diǎn)是:一次性投入較少，適應(yīng)性廣，但水量軟大時(shí)運(yùn)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。

（4）電磁法: 采用在水中加上一定的電場(chǎng)或磁場(chǎng)來(lái)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(shí)的物理特性來(lái)阻止硬水垢的形成。其特點(diǎn)是: 設(shè)備投資小，安裝方便，運(yùn)行費(fèi)用低，但是效果不夠穩(wěn)定性，沒(méi)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(shí)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(bǔ)給水的處理(同時(shí)由于該種設(shè)備的機(jī)理并未得到真正的理論證實(shí))。

（5）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(diǎn)是，效果明顯而穩(wěn)定，處理后的水適用范圍廣，但是對(duì)進(jìn)水壓力有較高要求，設(shè)備投資、運(yùn)行成本都較高。一般較少用于專門的軟化處理。

根據(jù)實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)及特點(diǎn)，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(shuō)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(duì)補(bǔ)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(duì)所有循環(huán)水進(jìn)行處理，同時(shí)多數(shù)情況下配合補(bǔ)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。

2、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(shuō)法是盡量通俗的說(shuō)法，與標(biāo)準(zhǔn)工具書的說(shuō)法可能不盡致(但不會(huì)出現(xiàn)技術(shù)性錯(cuò)誤)。

離子交換樹脂是一種聚合物，帶有相應(yīng)的功能基團(tuán)。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(shí)，離子交換樹脂可以釋放出鈉離子，功能基團(tuán)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(guò)程。

當(dāng)樹脂上的大量功能基團(tuán)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(guò)樹脂，此時(shí)溶液中的鈉離子含量高，功能基團(tuán)會(huì)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(gè)過(guò)程叫作“再生”。

由于實(shí)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(shí)叫做產(chǎn)水，下同)、反洗、吸鹽(再生)、慢沖洗(置換)、快沖洗五個(gè)過(guò)程。不同軟化水設(shè)備的所有工序非常接近，只是由于實(shí)際工藝的不同或控制的需要，可能會(huì)有一些附加的流程。任何以鈉離子交換頭基礎(chǔ)的軟化水設(shè)備都是在這五個(gè)流程的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的(其中，全自動(dòng)軟化水設(shè)備會(huì)增加鹽水重注過(guò)程)。

反洗:工作一段時(shí)間后的設(shè)備，會(huì)在樹脂上部攔截很多由原水帶來(lái)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(lái)，再生的效果才能得到保證。反洗過(guò)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(lái)的污物沖走。這個(gè)過(guò)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(guò)程，傳統(tǒng)設(shè)備是采用鹽泵將鹽水注入，全自動(dòng)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(shí)際工作過(guò)程中，鹽水以較慢的速度流過(guò)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(guò)樹脂的方法再生，這個(gè)過(guò)程一般需要30分鐘左右，實(shí)際時(shí)間受用鹽量的影響。

慢沖洗(置換): 在用鹽水流過(guò)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(guò)程叫慢沖洗，由于這個(gè)沖洗過(guò)程中仍有大量的功能基團(tuán)上的鈣鎂離子被鈉離子交換根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)過(guò)程中是再生的主要過(guò)程，所以很多人將這個(gè)過(guò)程稱作置換。這個(gè)過(guò)程般與吸鹽的時(shí)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(shí)際工作接近的流速，用原水對(duì)樹脂進(jìn)行沖洗，這個(gè)過(guò)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(guò)程為5-15分鐘。

軟化水工程案例：http://kangjinwater.com/project/rhsgl/index.shtml