1、一、软化水设备的定义 软化水设备，顾名思义即降低水硬度的设备，主要除祛水中的钙、镁离子，软化水设备在软化水的过程中，不能降低水中的总含盐量。 软化水设备 二、软化水设备的工作原理 由于水的硬度主要由钙、镁形成及表示，故一般采用阳离子交换树脂 (软水器 )，将水中的 Ca2+、 Mg2+（形成水垢的主要成份）置换出来，随着树脂内 Ca2+、 Mg2+的增加，树脂去除 Ca2+、 Mg2+的效能逐渐降低。 当树脂吸收一定量的钙镁离子之后，就必须进行再生，再生过程就是用盐箱中的食盐水冲洗树脂层，把树脂上的硬度离子在置换出来，随再生废液排出罐外，树脂就又恢复了软化交换功能。 由于水的硬度主要由钙、镁形
2、成及表示由于水的硬度主 要由钙、镁形成及表示钠离子交换软化处理的原理是将原水通过钠型阳离子交换树脂，使水中的硬度成分 Ca2+、 Mg2+与树脂中的 Na+相交换，从而吸附水中的 Ca2+、 Mg2+，使水得到软化。如以 RNa 代表钠型树脂，其交换过程如下： 2RNa + Ca2+ = R2Ca + 2Na+ 2RNa + Mg2+ = R2Mg + 2Na+ 即水通过钠离子交换器后，水中的 Ca+、 Mg+被置换成 Na+。 一般控制阀的运行流程为：运行、反洗、吸盐、慢洗、盐箱补水、正洗。 三、软化水设备工作流程及工作要 求 1）软化水设备工作流程 工作 (有时叫做产水，下同 )、反洗、吸
3、盐 (再生 )、慢冲洗 (置换 )、快冲洗五个过程。不同软化水设备的所有工序非常接 近，只是由于实际工艺的不同或控制的需要，可能会有一些附加的流程。任何以钠离子交换为基础的软化水设备都是在这五个流程的基础上发展来的 (其中，全自动软化水设备会增加盐水重注过程 )。 软化水设备工作流程示意图 反洗： 工作一段时间后的设备，会在树脂上部拦截很多由原水带来的污物，把这些污物除去后，离子交换树脂才能完全曝露出来，再生的效果才能得到保证。反洗过程就是水从树脂的底部洗入，从顶部流出，这样可以把顶部拦截下来的污物冲走。这个过程一般需要 5-15 分钟左右。 吸盐 (再生 )： 即将盐 水注入树脂罐体的过程，
4、传统设备是采用盐泵将盐水注入，全自动的设备是采用专用的内置喷射器将盐水吸入 (只要进水有一定的压力即 可 )。在实际工作过程中，盐水以较慢的速度流过树脂的再生效果比单纯用盐水浸泡树脂的效果好，所以软化水设备都是采用盐水慢速流过树脂的方法再生，这个过 程一般需要30 分钟左右，实际时间受用盐量的影响。 慢 冲洗 (置换 )： 在用盐水流过树脂以后，用原水以同样的流速慢慢将树脂中的盐全部冲洗干净的过程叫慢冲洗，由于这个冲洗过程中仍有大量的功能基团上的钙镁离子被钠离子交换，根据实际经验，这个过程 中是再生的主要过程，所以很多人将这个过程称作置换。这个过程一般与吸盐的时间相同，即 30 分钟左右。 快
5、冲洗： 为了将残留的盐彻底冲洗干净，要采用与实际工作接近的流速，用原水对树脂进行冲洗，这个过程的最后出水应为达标的软水。一般情况下，快冲洗过程为5-15 分钟。 2）软化水设备技术指标及工作要求： 入口水压： 0.18-0.6Mpa 工作温度： 1-55 源水硬度： 8mmol/L 操作方式：自动 /手动 出水硬度： 0.03mmol/L 再生剂： NaCL 再生方式：顺流 /逆流 交换剂： 001*7 强酸性离子交换树脂 控制方式：时间 /流量 工作电源： 220V/50Hz 四、软化水设备的控制器类型 1.手动型 : 这种方式是传统的标准方式 ,主要有顺流 /无顶压逆流两种形式，一般是两只
6、碳钢结构的罐体并联，根据工艺流程不同，每只罐体需要配用 8-11 只手动阀门 (两只罐体需要配 16-20 只阀门左右 )，再生时用专用的盐泵将溶解好的盐液泵入树脂罐 ( 这种设备曾是国内软化水设备的主要形式 )。这种结构的软化水设备主要特点是：流程简单易懂，易于操作，成本低，可以适用于流量很大的需要；但是技 术落后，占地大，运行消耗也大，实际操作时强度较大，盐泵的腐蚀较重及维护成本高。 富莱克 5600 软化水控制阀 2.国 产组合自动型 : 由于手动设备的使用过于复杂，在 20 世纪 90 年代初期，国内出现了一种以组合式集成阀为核心的新型设备。这种设备的主要核心部件是一只多通道的集成阀，
7、通过阀体的转动来改变水流方向。这种设备与传统的手动设备相比，这种设备与传统的手动设备相比，设备的占地小了很多，自动化程度高。但是由于控制方式采用时间控制，运行时控制精度较低。受设计思路、加工工艺及材料的限制，目前多数设备采用的平面集成阀容易磨损，一旦磨损后修复的可能性很小。目前国内市场上这种设备的生产厂家很多，产品的实际质量差异较大，很多设备的运行 效果不如人意。 3.进口全自动型 在欧美国家，自 20 世纪 60 年代起就开始对离子交换设备进行自动化设计，随着工业技术的发展，逐渐发展出与国内多通阀不一样的多路阀和集成阀，主要以多路阀为主，主要材料有工程塑料和无铅黄铜两种。其核心部件为一只多通
8、道集成阀，一般采用阀板或活塞控制水流方向，由小型电机带动凸轮轴 (或活塞 )来动作。由于国外工业技术水平发展较好，所以这类设备已经发展得相当完善，产品规格从家用的 0.2t/h到工业用 70t/h 左右均有，控制器自动化程度高 (最新的已经可以与工业计算机或普通监控计算机通讯 )。 4.分立阀全自动型 : 分立阀一般是采用进口的全自动隔膜阀或电磁阀，采用与传统手动方式相类似的结构，配合专用的全自动控制器 (单片机或 PLC)来组成软化水设备。全自动型设备主要用于流量较大的场合，也可以用于传统手动设备的改造，可以在不改动原设备管路的情况下将传统的手动设备改造成自动化设备。从而降低操作劳动强度，降
9、低设备消耗。 五、软化水设备的选型 1、首先您要提供所需要使用软化水的系统是哪种： 1）采暖 2）冷却补水 3）工艺用水 4）蒸汽锅炉 5）钢铁冶炼行业 6）化工制药行业 2、系统用水 时间： 即运行时间 /小时用水量 /平均值 /峰值 / 设备是否需要连续供水？若需要则选择双床集控或双控双床系列，否则可选单阀单罐系列。 3、源水总硬度 水源是市政自来水 地下水 地表水源 ,使用地区的原水总硬度。对一定型号的软水器来说原水硬度高，其周期制水量必然要相对减少，由此导致软水设备再生频繁。相对减少树脂的使用寿命。为避免此类情况，应加大树脂体积，这意味着选用加大型号的软水器。 4、所需的软水单位流量（
10、吨 /小时）。 这由用户设备的性质和要求而定； 5、周期制水量的设定 在软水器型号设定之后，根据原水硬度，所用树脂的交换工作容量就可以确定理论周期制水量（吨）。 六、软化水设备的应用： 可广泛应用于蒸汽锅炉、热水锅炉、交换器、蒸发冷凝器、空调、直燃机等系统的补给水的软化。还可用于宾馆、饭店、写字楼、公寓、家居等生活用水的处理及食品、饮料、酿酒、洗衣、印染、化工、医药等行业的软化水处理。 软水实际应用案例 10吨 /小时全自动软水器技术方案 一、设计依据及原则： 1、 给排水标准规范实施手册 GBJ109-87 2、 工业锅炉水质标准 GB1576-2001 3、 全自动钠离子交换器技术条件 G
11、B/T18300-2001 4、 原水水质 5、 出水水质要求 二、进出水水质要求： 1、 进水硬度：要求小于 8mmol/l （城市管网自来水） 2、 用水水量： 8t/h 3、 进水压力： 0.25-0.5MPa 4、 工作温度： 5-49C 5、 出水硬度 ：要求 小于 0.03mmol/l 三、软化原理： 1、钠离子交换软化的原理 固定床运行时，当水流从上至下通过交换剂层时，水中的 Ca2+、 Mg2+与交换剂中的 Na+进行交换反应。其过程如下： 碳酸盐硬度软化过程： Ca(HCO3)2 + NaR CaR2 + NaHCO3 Mg(HCO3)2 + NaR MgR2 + NaHCO
12、3 非碳酸盐硬度软化过程： CaSO4 + NaR CaR2 + Na2SO4 CaCl2 + NaR CaR2 + NaCl MgSO4 + NaR MgR2 + Na2SO4 MgCl2 + NaR MgR2 + NaCl 从以上反应式可以分析出，经钠离子交换的软化水有如下特点： 、硬度可以降低或消除 经钠离子交换树脂软化后的水，其残余硬度可以降低至 0.03mmol/L 以下，甚至可以完全消除硬度。 、碱度不变 经钠离子交换树脂软化后的水，由于碳酸盐硬度等量的转变成了重碳酸钠，并不能使硬水的碱度降低，所以碱度保持不变。 、含盐量增加 经钠离子交换树脂软化后的水，由于原水中的阴离子，即水中
13、的氯离子、硫酸根、重碳酸根和硅酸根等并不改变，如果水中的其他重金属阳离子忽略不计时，只是钙、镁盐类等量地转变成了不能生成水垢 的钠盐，当 1mmol/L 的（ 1/2Ca2+）钙硬度被 1mmol/L 的钠离子所交换时，则水中可增加盐量达 2.96mg/L即 23.00（ Na+的摩尔质量） -20.04（ 1/2Ca2+）的摩尔质量） 。而 1mmol/L 的（ 1/2Mg2+）镁硬度被 1mmol/L 的钠离子所交换时，则水中可增加盐量达 10.84mg/L即 23.00（ Na+的摩尔质量） -12.16（ 1/2 Mg 2+）的摩尔质量） 。因此，软化后的水质，其含盐量要比原水高。 由
14、以上分析可以得知，对于硬度很小的原水，单纯进行钠型软化，虽然硬度消除了，但 是会使软化后的水质含盐量增加很多。对于碱度较高的原水，单纯进行钠型软化，会使软化后的水质仍然保持原来的碱度，这种较高的碱度和含盐量，对提高锅水质量和蒸汽品质都是不利的，因此，对于高硬度或高碱度的水质，不宜单纯使用此法软化，而必须采用部分钠离子交换法或氢 -钠联合处理，甚至进行部分除盐或全部除盐处理。 2、钠离子交换再生原理 再生过程，主要是使含有大量的钠离子的氯化钠（ NaCl）溶液，通过失效的树脂层，从而将离子交换树脂中的钙、镁离子交换到溶液中去，钠离子则被树脂所吸附，使树脂重新恢复交换容量。 钠型离子交换树 脂的再
15、生过程，可以用下列反应式表示： CaR2 + Na+ NaR + Ca2+ MgR2 + Na+ NaR + Mg2+ 生产中多采用食盐溶液（ NaCl）作为再生剂，主要是由于它比较容易得到，而且在再生过程中，所形成的再生后产物（ CaCl2、 MgCl2）都是可溶性的盐类，很容易随再生废液排出。钠型离子交换树脂再生用的食盐，原则上其纯度越高越好，然而考虑到工业生产的经济性，大都采用工业用盐，但无论如何，用于再生树脂的食盐，其杂质含量不宜过多。有的资料认为： 10%的食盐溶液总硬度不应超过 40mmol/L，悬浮物不应大于 2%。 再生是钠离子交换器使用过程中十分重要的环节。掌握和了解再生的有
16、关知识，对钠离子交换器的正确应用和经济运行有很大意义。 3、顺流再生和逆流再生 固定床钠离子交换器按其再生运行方式不同，可分为顺流再生和逆流再生两种。 、顺流再生 顺流再生是指交换器运行时水流的方向和再生时再生液流动的方向一致，通常都是由上向下流动。顺流再生时，由于再生液首先接触的是交 -20- 换器上部已完全失效的交换剂，当再生液从上至下流至交换器底部保护层时，再生液中不但 Na+含量很低，而且还含有大量已被交换下来的 Ca2+、 Mg2+，影响出水质量。为了提高交换剂的再生质量，就需要增加再生剂的用量，因此顺流再生时盐耗往往比较大。 、逆流再生 逆流再生是指交换器运行时水流的方向和再生时再
17、生液流动的方向相反，所以也称对流再生。固定床逆流再生有两种：一种是运行时原水从上往下流动，再生时再生液从下往上流动，习惯上称为固定床逆流再生；另一种是运行时原水从下往上流动，利用水流的动能，使树脂以密实的状态浮动在交换器上部，而再生时，树脂回落，再生液从上往下流动，习惯 上称为浮动床。 逆流再生时，再生液首先接触的是失效程度较低的保护层，当流至失效程度最高的交换剂层时，虽然交换下来的 Ca2+、 Mg2+浓度较高，但由于随即被排出，因此十分有利于平衡向再生方向移动。由于逆流再生可使交换剂保护层（出水处）再生十分彻底，所以即使交换剂表层（进水处）的再生程度差些，也不会影响其出水质量。 逆流再生与
18、顺流再生相比，具有出水质量好，盐耗低，工作交换容量大等优点。所以一般钠离子交换器大多采用逆流再生，但顺流再生也有设备结构简单，再生操作方便，有利于自动控制等优点，因此，润新全动自动软水器一 般采用固定床顺流再生。 四、润新全自动软水器工作过程 润新全自动 软水器 一般采用的是固定床顺流再生，工作过程为运行、反洗、再生、置换、正洗、盐箱注水。 1、运行，也称产软水 原水在一定的压力、流量下， 进入 装有 钠 离子交换树脂的 树脂罐 ， 树脂中 含有 的可交换离子 Na+，与水中的 Ca2+、 Mg2+进行离子交换 软化反应，使出水硬度达到使用要求。 当出水硬度超过使用要求时，软水器会根据时间或流
19、量信号启动再生程序，再生循环各步骤由再生控制器按设定的时间自动完成。 2、 反洗 （再生循环第一步） 树脂失效后，在进行树脂再生 之前先用水自下而上的进行反洗，反洗的目的有两个，一是通过反洗，使运行中压紧的树脂层松动，有利于树脂颗粒与再生液充分接触，二是清除运行中在树脂表面积累的悬浮物同时一些破碎树脂颗粒也可随着反洗水排出 。 这样， 软水 器的水流阻力不会越来越大。为了保证反洗时完整树脂不会 被 冲走，在设计软水器时，应在树脂层上留有一定的反洗空间。反洗强度越大，所要求的反洗空间也就越大，通常设计选用 50%的树脂层高度作为反洗膨胀高度 ， 它适应的反洗流速为 12m/h，反洗的好坏直接影响
20、再生效果。 3、 再生 ，也称吸盐 （再生循环第二步） 从盐箱内吸入 饱和盐液，并稀释至规定浓度后，以一定的 流量流 经 失效的树脂层，将树脂还原 成钠型， 使其恢复 软化 能力 。 4、 置换 ，也称慢洗 （再生循环第三步） 在再生液进完后， 软水 器的膨胀空间及树脂层中还有尚未参与再生交换的盐液，为了充分利用这部分盐液，采用小于或相当于再生液流速的清水进行清洗，目的是不使清水与再生液产生混合。一般清洗水量为树脂 -24- 体积 的 0.5-1 倍。 5、 正洗 （再生循环第四步） 为 清除树脂层中残留的再生废液，通常以 反洗 流速清洗至出水合格为止 ，水流方向与反洗相反。 6、 盐箱 注
21、水 （再生循环第五步） 向盐箱注入 溶解下次 再生所需 耗 盐量的水。通常 1 立方米水溶解 360kg 食 盐（浓度为 26.47%） ，即 1 加仑水溶解 3 磅食盐 。 为了保证盐箱中的盐液浓度达到饱和，首先应保证 食盐 溶解时间不小于 6小时，其次是必须保持盐箱中始终 有固体颗粒食盐。 以上 2-6 为一个再生循环程序，软水器在正洗结束后，即盐箱注水工作开始时，已经转入到运行工作状态，也就是说盐箱注水工作与运行工作过程是同时进行的，直至盐箱注水工作结束。 如果采用固定床 逆流再生 工作过程为 ：运行、 再生 、置换、反洗、正洗。 润新全自动软水器由于采用的是无顶压式逆流再生，所以必须控
22、 制好再生流速，防止树脂乱层，一般要求再生流速小于 2m/h，否则逆流再生的效果将受到很大影响。 六、润新全自动软水设备 组成 全自动软水器工艺流程如下图，它利用多路阀代替了传统的手动阀门，多路阀由程序控制器控 制其软化、再生等 工作过程，水流程与传统的手动软水器相同。 全自动软水器工艺流 程俯视图 全自动软水器的程序控制原理如下图，程序控制器根据再生控制信号源（时间或流量）来启动再生程序，并向多路阀驱动器发出动作指令，通过阀定位器来控制活塞的动作位置，从而来改变水流方向，完成不同的工作过程。 全自动软水 器的程序控制原理如下图，程序控制器根据再生控制信号源（时间或流量）来启动再生程序，并向多路阀驱动器发出动作指令，通过阀定位器来控制活塞的动作位置，从而来改变水流方向，完成不同的工作过程。 传统的手动软水器主要由多个手动阀门、交换器、溶盐系统等组成，而富来全自动软水器主要由控制阀、树脂罐和盐箱组成，如图。 控制阀可根据设定的程序，自动完成软水器的所有工作过程，树脂罐用于填装钠离子交换树脂，做为软化、再生反应的容器（即交换器），盐箱则用于溶解软水器再生时所用的饱和食盐（ NaCl）溶液。 1、控制阀 润新全自 动控制阀规格齐全，从进口管径 3/4in 至 3in 有多达十几种型号，
