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常用的軟化方法有哪些?

2011-12-15

  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),那么就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;\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。

  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。采用設備降低水的硬度的過程叫做"軟化",相應的設備叫"軟水器"(或叫"軟化器"等)。

軟化水設備

  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。這種方法是目前最常用的標準方式。主要優點是:效果穩定準確,工藝成熟?梢詫⒂捕冉抵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)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。

  4)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)。

  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。

  根據實際使用經驗及特點,在工業鍋爐及工業生產中最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。

經典工程案例

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