[科普中國(guó)]-硬水軟化

硬水危害

所謂"硬水"是指水中存在溶解的礦物質(zhì)成分，尤其是鈣和鎂。所謂“硬水”是指水中所溶的礦物質(zhì)成分多，尤其是鈣和鎂。硬水并不對(duì)健康造成直接危害，但是會(huì)給生活帶來(lái)好多麻煩，比如用水器具上結(jié)水垢、肥皂和清潔劑的洗滌效率減低等。

硬水中含鹽量通常以硬度表示。硬度單位是度，1度相當(dāng)于每升水中含10毫克的氧化鈣。硬度在8以上者通常稱為硬水，地下水（如井水、泉水）的含鹽量較多，屬于硬水。在硬水中，鈣鹽和鎂鹽以碳酸氫鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物和硝酸鹽的形式存在。

硬水在工業(yè)上會(huì)造成極大的危害甚至危險(xiǎn)，例如造成工業(yè)鍋爐積垢?jìng)鳠岵涣祭速M(fèi)能源，甚至因傳熱不勻可能引起爆炸。

硬度分級(jí)水在蒸發(fā)及降雨過(guò)程中吸收溶解大氣中的污染物； 降水落到地面，溶解地面上的污物； 地面水滲入地下或匯入江河的過(guò)程中，不斷溶解所接觸到的礦物質(zhì)，化學(xué)物質(zhì)等。 水在水循環(huán)中溶解了所接觸到的鈣（Ca），鎂（Mg）離子，形成了水的硬度。

水的硬度一般是指水里鈣鎂離子濃度總和，單位為毫摩爾每升（mmol/L）。通常，如果1L水里含有10mg CaO或相當(dāng)于10mg CaO的物質(zhì)，例如7.1mg MgO，那么這樣的水的硬度稱為1度。

通常硬度在0-4度稱為很軟水，4-8度稱為軟水，8-16度稱為中硬水，16-30度稱為硬水，30度以上稱為很硬水。

軟化方法分類若水的硬度是暫時(shí)硬度，這種水經(jīng)過(guò)煮沸以后，水里所含的碳酸氫鈣或碳酸氫鎂就會(huì)分解成不溶于水的碳酸鈣和難溶于水的氫氧化鎂沉淀。這些沉淀物析出，水的硬度就可以降低，從而使硬度較高的水得到軟化。

若水的硬度是永久硬度，往往使用以下幾種方法。

1）離子交換法：采用特定的陽(yáng)離子交換樹(shù)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?？梢詫⒂捕冉抵?。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(shù)脂，所以也多稱為“鈉離子交換器”）、軟水機(jī)、軟水器。

2）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。

3）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。

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）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?，F(xiàn)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；但水量較大時(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。

水的暫時(shí)硬度是由碳酸氫鈣或碳酸氫鎂引起的，這種水經(jīng)過(guò)煮沸以后，水里所含的碳酸氫鈣或碳酸氫鎂就會(huì)分解成不溶于水的碳酸鈣和難溶于水的碳酸鎂沉淀。1

軟化的原理除去或減少自然水中的鈣鹽或鎂鹽等的過(guò)程叫做硬水軟化。軟化的方法主要有藥劑軟化法和離子交換法。

藥劑軟化法①石灰軟化法 將生石灰加水調(diào)成石灰乳加入水中則可消除水的暫時(shí)硬度，反應(yīng)為

Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→2CaCO3↓+2H2O

Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+2CaCO3↓+2H2O

同時(shí)石灰乳能使鎂、鐵等離子從水中沉淀出來(lái)，促使膠體粒子凝聚，但此法不能使水徹底軟化，它只適用于碳酸鹽硬度較高而不要求高度軟化的情況，也可作為其他方法的預(yù)處理階段。

②石灰純堿軟化法 即用石灰乳和純堿的混合液作為水的軟化劑。純堿能消除水的永久硬度，如

CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaCl

MgSO4+Na2CO3→MgCO3↓+Na2SO4

③綜合軟化法 以石灰乳和純堿作為基本軟化劑，以少量磷酸三鈉為輔助軟化劑。磷酸三鈉能與造成暫時(shí)硬度及永久硬度的鹽類生成難溶鹽使之沉淀。

離子交換法離子交換法可以認(rèn)為是一種特殊的吸附過(guò)程。鈉型陽(yáng)離子交換劑能從溶液中吸附多種陽(yáng)離子，而把本身的鈉離子放入溶液中，從而達(dá)到軟化的目的。交換劑種類很多。無(wú)機(jī)離子交換劑交換容量較小，工業(yè)上應(yīng)用較多的磺化煤也趨于淘汰，目前普遍使用的是有機(jī)高分子聚合物，又叫離子交換樹(shù)脂。離子交換樹(shù)脂由有機(jī)高聚物本體和能進(jìn)行交換的陽(yáng)離子或陰離子構(gòu)成，分為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂（參見(jiàn)“離子交換樹(shù)脂”）。陽(yáng)離子交換樹(shù)脂又因所帶交換基的不同分為鈉型（R—Na）、氫型（R—H）、銨型（R—NH4）等。離子交換是一種可逆過(guò)程，當(dāng)硬水流過(guò)鈉型交換樹(shù)脂時(shí)，Ca，Mg等離子按下式被交換：

2R-Na+Ca2+=CaR2+2Na

隨著反應(yīng)的進(jìn)行，交換速度越來(lái)越慢，繼而停止交換。此時(shí)必須用食鹽水沖洗交換劑，使反應(yīng)向左進(jìn)行，交換劑得以再生。實(shí)際應(yīng)用中的操作過(guò)程： ①交換 欲處理的水流過(guò)離子交換劑層，進(jìn)行交換，直至交換劑失效； ②反沖洗 使水逆向流過(guò)已失效的離子交換劑，除去交換時(shí)聚集的懸浮物和破碎的交換劑，并松動(dòng)交換劑層； ③加入再生劑 使之進(jìn)行再生反應(yīng)，并將交換下來(lái)的Ca，Mg等離子帶出，恢復(fù)交換劑的能力；④正洗 使水流經(jīng)交換劑層，去除所有的再生劑。2