软化水怎样防水垢

A. 软化水处理设备原理是什么

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内树脂(软水器)，将水中的容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。

B. 软化水设备怎样避免水垢危害

这个很简单，具体来讲就是给原水加压，使原水通过树脂结构，和过滤装置，专也就是利用了反渗透原理去属除水中多余的钙镁粒子和有害物质，达到使水质软化的一个过程，原水先经过这么么一个过程然后再进入锅炉系统的话就不会产生大量的杂质沉淀吸附在锅炉壁上，也就达到了防止锅炉受热不均引起爆炸事故的目的，这也就是软化水设备在这个领域中的应用，我知道一家软化水厂家生产的软化水设备还不错，这是他的网址www.sclsbwf.com你可以去看一下，应该会得到你想要的信息或者是设备，希望能帮到你。

C. 软化水的原理

软化水设备主要的工作原理就是利用阴阳离子软化。让原水通过阴阳离子转化器，除去水中的，钙，镁，钠等离子。出来的水就只是水分子了。没有其他的分子，那么就可以有效的防止水垢。
在进水为深井水或者水源硬度很大的情况下，使用软化水设备的作用是去除水中的钙、镁离子含量，使水中钙镁离子减少。如果没有软水器或软水器失效，钙、镁盐在反渗透膜表面因浓度急剧升高而形成难溶于水的沉淀物，堵塞反渗透膜孔，使反渗透膜的使用寿命缩短，增加设备的维护成本。

D. 如何预防水垢的产生

要保证锅炉不结垢或薄垢运行，就要加强锅炉给水处理，这是保证锅炉安全和经济运行的重要环节。预防水垢生成，通常采用下列方法来预防：
1 锅外水处理。这种方法适用于各种的锅炉。目前锅外水处理效果可靠的有石灰+纯碱软化法，是向已经澄清的水中加入适量的生石灰和纯碱达到软化目的。石灰——纯碱软化法有冷法和热法两种。冷法是在室温下进行，使水中残余硬度降至1．5～2毫克当量/升。热法是将水温加热到20～80℃，使水中残余硬度降至0．3～0．4毫克当量/升。因此，应尽量采用热法，以提高软化效果。离子交换软化法主要是依靠钠离子交换器中的交换树脂进行软化处理。由于交换树脂吸附能力强，能将游离在水中的钙、镁离子吸附，从而使锅炉给水硬度达到合格标准。离子交换剂有无机和有机两大类。无机交换树脂只能进行表面交换，软化效果差，使用较少。而有机交换树脂的特点是颗粒核心结构疏松，交换反应在颗粒表面和内部同时可进行，软化效果好，故使用较多。
2 锅内水处理。此法主要是向炉水中加入化学药品，与炉水中形成水垢的钙、镁盐形成疏松的沉渣，然后用排污的方法将沉渣排出炉外，起到防止（或减少）锅炉结垢的作用。炉内加药水处理一般用于小型低压火管锅炉。锅内水处理常用的药品有：磷酸三钠、碳酸钠（纯碱）、氢氧化钠（火碱、也称烧碱）及有机胶体（栲胶）等。加药时，应首先将各种药品配制成溶液，然后再加入锅炉内。通常磷酸三钠的溶液浓度为5～8%，碳酸钠的溶液浓度不大于5%，氢氧化钠的浓度不大于1～2%。加药方法有定期和连续加药两种。定期加药主要靠加药罐进行加药；连续加药则在给水设备前，将药连续加入给水中。对于蒸汽锅炉，最好采用连续加药法，这样可使炉内保持药液的均匀。凡采用锅内水处理的，应加强锅炉排污，使已形成的泥渣、泥垢等排出炉外，收到较好效果。

E. 如何软化水质

煮沸即可软化水质，软水机也可软化水质。

想要降低水的硬度，最简单的方法就是煮沸。在加热的过程中，硬水中的钙、镁等离子会沉淀，形成水垢。水中的钙、镁离子含量低了，水的硬度也就降低了。

软水机通过树脂类物质置换出水中的钙、镁离子等，软化水质，降低水的硬度，减少水中矿物质对衣物和皮肤的磨损，可以呵护肌肤，保护衣料。还能避免水中矿物质在洁具、餐具等形成黄斑，避免水管、热水器花洒产生水垢等。软水机产生的水主要用于生活用水，不能用来直接饮用。

(5)软化水怎样防水垢扩展阅读

世界卫生组织（WHO）定义，水的软硬程度取决于1L水中钙离子和镁离子含量的多少，硬度小于120mg/L为软水，超过120mg/L为硬水。硬水会给我们的日常生活和身体健康带来很大影响。

如果使用硬水洗衣服，需要在水中添加大量柔顺剂；如果使用硬水清洁，洁具上易生水垢；如果使用硬水沐浴，肌肤易干涩紧绷，头发易枯黄无光泽；如果在电热水器、加湿器中使用硬水，电器中易结水垢，从而增加能耗、缩短使用寿命。

不适应硬水的人偶尔饮用硬水，会造成肠胃功能紊乱，即所谓的“水土不服”；用硬水泡茶会改变茶的色、香、味，大大削弱其饮用质量；此外，据《南方日报》报道，深井水、山泉水等“硬水”中含矿物质较多，饮用过多这类水可能造成肾结石。

不过，这并不是说硬水对人体只有坏处，据《新民晚报》介绍，水溶性的钙、镁离子比钙片等更易被人体所吸收。此外，也有国外对照实验表明，喝硬度适中的硬水的人群比常喝软水的人心血管疾病发病率低25%-30%。

参考资料来源：人民网-你听说过硬水吗？原来水也不单纯

参考资料来源：人民网-健康饮水有要求！家用净水器该怎么选?

F. 软化水一般都怎么处理

离子交换法

方法：采用阳离子交换树脂，以钠离子将水中的钙镁离子置换出来，由于钠盐的溶解度很高，所以就减少了随温度的增加而造成水垢生成的情况。

该软化水处理法适用范围：餐饮、食品、化工、医药等领域、空调、工业循环水等应用中。目前较常用的标准方式。

特点及作用：结果稳定，工艺成熟。可以将硬度降至0。

加药法

方法：向水中加入阻垢剂，可以改变钙镁离子与碳酸根离子结合的特性，从而使水垢不能析出、沉积。

该软化水处理法适用范围:由于加入了化学物质，所以水的应用受到很大限制，一般情况下不能应用于饮用、食品加工、工业生产等方面。在民用领域中也很少应用。

特点结果：一次性投入较少，适应性广。水量软大时运行成本偏。

膜分离法

方法：纳滤膜（NF）及反渗透膜（RO）均可以拦截水中的钙镁离子，从而减少水的硬度。只能将硬度降到小范围。该软化水处理法适用范围：一般较少用于软化处理。

特点结果：结果而稳定，处理后的水适用较广。对进水压力有较高要求，设备投资、运行成本都较高。

电磁法

方法:采用在水中加上电场或磁场来改变离子的特性，从而改变碳酸钙（碳酸镁）沉积的速度及沉积时的物理特性来制止硬水垢的形成。该软化水处理法适用范围：多用于商业（如中央空调等）循环冷却水的处理，不能应用于工业生产及锅炉补给水的处理。

特点结果：设备投资小，安装方便，运行费用低。不够稳定性，没有统一的衡量标准，而且由于主要功能是影响范围内的水垢的物理性能，所以处理后的水的使用时间、距离都有局限。

石灰法

方法：向水中加入石灰。该软化水处理法适用范围：适用范围大流量的高硬水。

特点结果：只能将硬度降到小范围。

G. 水的软化处理方法有哪些

软化处理的基本方法有三种。
    (1) 化学软化法 就是在水中加入一些药剂，从而把水中的钙、镁离子转变为难溶的化合物，并使其沉淀析出。如石灰软化法等。
    (2) 离子交换软化法  利用离子交换剂活件基团中的H+、Na+等阳离子与水中的硬度成分Ca2+、Mg2+以达到软化的目的。
    (3) 热力软化法就是将水加热到100℃或100℃以上，在煮沸过程中，使水中的钙、镁的碳酸氢盐转变为CaCO3和Mg(OH)2沉淀去除。热力软化法只能基本上除去碳酸酸盐硬度，而不能去除非碳酸型硬度。
    此外，还有电渗析软化法等，但通常使用的主要方法是离子交换软化法和化学软化法。

H. 如何软化水

一、离子交换法

家用软化水设备是应用离子交换技术，通过树脂上的功能离子与水中的钙、镁离子进行交换，从而吸附水中多余的钙、镁离子，达到去除水垢(碳酸钙或碳酸镁)的目的。

二、物理打包法

利用纳米晶高能聚合球体，把水中钙、镁离子、碳酸氢根等打包产生不溶于水的纳米级晶体，从而抑制水垢的生产，纳米晶软水机不用电、不费水、不用盐、不用任何化学添加剂，在高效抑垢的同时保留对人体有益的矿物质和微量元素，是一种绿色环保的软水机，解决了现软化技术多方面的缺陷。

(8)软化水怎样防水垢扩展阅读：

软水有如下的作用:

一、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。

二、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。

三、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。

四、洗衣，预防静电、脱色、变型，清洗餐具，洁净无水渍，提高器皿光泽度。清洗厨房浴室，强劲去污、除异味。具有较强的去污力。软水洗涤衣物纤维，不会发硬，发脆，节约洗涤用品。

五、软水从根本上消除了水碱，使设备安全运行，节省经费支出，减少水设备及水管道维修费60%以上，减少热水燃料费30%以上，减少洗涤剂购置费50%以上。

I. 有什么常用的软化水处理方法

本发明公开了一种高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法，将电解槽分隔成阳极室和阴极室，并分别置有阳极板和阴极板;根据I≥1.01Qη(M+2M2)得到电流，待软化的水流经阴极室，通电后，在阴极室内形成强碱性区域，体系pH≥10，产生的OH‑，使Ca2+生成CaCO3晶体，Mg2+生成Mg(OH)2晶体，且随着pH值的增大，碳酸钙晶体的zeta电位降低，晶体聚团行为加强而讯速形成晶核;过饱和的晶体悬浮液随水流流出电解室的过程中，以此晶核为生长点并迅速成长，实现自发结晶，再进行沉降或过滤，即完成软化。本发明计算出适宜电流值，将水中钙镁离子一次性除去，且在处理过程中阴极板上几乎不会附着水垢，电能利用效率高达90%，极大提高了设备的处理能力和便于实现数字化和自动化控制。
权利要求书
1.一种高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过隔膜或细孔板将电解槽分隔成阳极室和阴极室，并将阳极板和阴极板分别置于阳极室和阴极室中;
(2)通一电流，所述的电流根据I≥1.01Qη(M+2M2)计算得到，其中，I为电极板的电流，单位：A;η为目标软化率，单位：1;Q为阴极室的水流量，单位：L/s;当M0>M1时，M=M0;当M0[(M0+M2)/(M1+M2)]时，M=2M1-M0;M0为待软化水的碱度，单位：mgCaCO3/L;M1为待软化水的钙硬度，单位：mgCaCO3/L;M2为待软化水的镁硬度，单位：mgCaCO3/L;
(3)待软化的水流经阴极室，通电后，在阴极室内形成强碱性区域，体系pH≥10，电解产生的OH-，与HCO3-反应生成CO32-，然后与水体中的Ca2+结合生成CaCO3晶体;与Mg2+结合生成Mg(OH)2晶体，且随电解的继续，阴极液pH值增大，CaCO3晶体的zeta电位降低，晶体聚团行为加强而迅速形成晶核，随高速水流流出阴极室的过饱和CaCO3和Mg(OH)2悬浮液以此晶核为生长点并迅速成长，实现自发结晶，生成肉眼可见的固体颗粒物，悬浮于水中，再进行沉降或过滤，即完成软化。
2.根据权利要求1所述的高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法，其特征在于，还包括在M0[(M0+M2)/(M1+M2)]时，向阴极液中通入足量空气或二氧化碳。
3.根据权利要求2所述的高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法，其特征在于，常温常压下通入空气的流量根据Q1=0.61Q(M1-M0)计算得到，其中，Q1为向阴极室通入空气的流量，单位：L/s。
4.根据权利要求2所述的高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法，其特征在于，常温常压下通入CO2的流量根据Q0=2.45Q(M1-M0)·10-4计算得到，其中，Q0为向阴极室通入CO2的流量，单位：L/s。
5.根据权利要求1所述的高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法，其特征在于，所述的阳极板为碳电极、贵金属电极或钛基金属氧化物电极中的一种;所述的阴极板为定型导电材料中的一种。
6.根据权利要求1所述的高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法，其特征在于，所述的隔膜为阴离子交换膜、阳离子交换膜、双极膜、石棉纤维膜、无纺布、化纤滤布或陶瓷隔膜中的一种;所述的细孔隔板为带有微小细孔且不影响导电的塑料薄板。
7.一种利用权利要求1～6所述的高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法软化硬水的装置。
8.根据权利要求7所述的软化硬水的装置，其特征在于，至少在所述的阴极室的两端分别设有进水口和出水口，在所述的进水口上设有空气或二氧化碳补气口，在所述的出水口上连有过滤器或沉降池。
9.根据权利要求8所述的软化硬水的装置，其特征在于，在所述的出水口与所述的过滤器或沉降池之间设有第一气液分离器。
10.一种软化硬水的系统，其特征在于，将若干个权利要求8所述的电解槽并联、串联或串并复合连接，且在阴极室出水口的汇集处设有第二气液分离器。
说明书
一种高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法及其装置
技术领域
本发明属于电化学软化水技术领域，特别涉及一种高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法及其装置。
背景技术
利用电化学技术进行水体脱盐除垢处理，早在2006年就有文献(Desalination,2006,201:150)报道，随后也有不少国内文献及专利(西安交通大学学报,2009,43(5):104;专利公开CN105523611A、CN204198498U)报道过，并在工程实践中得到一定程度的应用。相比于传统的消石灰软化法，电化学脱盐软化水技术占地空间小、处理速度快、不需要使用絮凝剂无二次污染、废弃固体物少，操作简单方便，可实现数字化控制，具有很高的经济效益和环境效益。用于冷却循环水的除垢防垢领域，与以往传统的化学加药方法以及电磁技术、超声波技术相比，电化学技术的优点在于能够将水中的成垢的钙镁离子以水垢沉积的方式从水中取出，并能提高浓缩倍数，达到节水减排的目的。
现有的电化学设备主要用于冷却循环水的除垢防垢领域，为提高除垢效率，中国专利公开CN105621538A、CN201923867U及CN105329985A等专利对电化学除垢设备进行了相应的优化设计，其创新点在于充分优化电化学设备内部结构，扩大阴极面积，简化操作，提高设备的处理效率与处理能力。
为了摆脱极板面积大小的限制因素，以色列文献(Desalination,2010,263:285;Journal of Membrance Science,2013,445:88)提出了一种新的处理方法，利用阳离子交换膜将电解槽分隔为阳极室与阴极室，将待处理的水流经阴极室后，引入外部结晶器内进行诱发结晶以提高极板处理能力，电能利用率达到50%。中国专利CN204198498U利用刮刀刮掉阴极板垢以提供微小晶核增加结晶比表面积，虽在一定程度上提高了电能的利用率，但其电能利用率依旧偏低，一是增加了阴极动力旋转部分的电耗，二是由于其辅助电极接正电且在阴极室内，其表面必定会析氧(氯)而产生H+，可消耗阴极产生的部分OH-而导致电能利用率降低，另外其在后续工艺中提及需添加絮凝剂造成二次污染及处理成本的增加，另外其设备内腔底部没有隔膜将阴阳两室分开，而其实施例中阳极室酸性水一直往复循环部分H+必会进入阴极室，也会降低电能的利用率。生活中大部分水体都是硬水即碱度小于硬度(等同于重碳酸根的含量低于钙镁量)，故在不补加二氧化碳的情况下不能完全消除硬度。专利CN106277369A虽也提及阴阳极间加隔膜，但同样要求阴极室出水口需连接一外部结晶器诱发结晶，结晶器体积庞大且时效性低，因无二氧化碳的补给同样存在硬度水条件下不能完全消除硬度达到彻底软化水的目的。
发明内容
本发明的第一目的是提供了一种高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法，向电解槽中通入电流，使得阴极室内形成强碱性区域，利用电解产生的OH-，使得Ca2+生成CaCO3晶体，与Mg2+生成Mg(OH)2晶体，并随着电解的进行，阴极室pH值增大，碳酸钙晶体聚团行为加强而迅速形成晶核，使得过饱和的CaCO3和Mg(OH)2悬浮液高效自发结晶，避免了诱发结晶和外加絮凝剂而带来的二次污染，减少了工序步骤，而且时间上也快很多，投资少、设备占用空间也少，处理能力大。
本发明的第二目的是提供了一种利用上述高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法软化硬水的装置及其系统，向电解槽中通入电流，使得阴极室内形成强碱性区域，利用电解产生的OH-，使得Ca2+生成CaCO3晶体，与Mg2+生成Mg(OH)2晶体，并随着电解的进行，阴极室pH值增大，CaCO3晶体聚团行为加强而迅速形成晶核，使得过饱和的CaCO3和Mg(OH)2悬浮液高效自发结晶，避免了诱发结晶和外加絮凝剂而带来的二次污染，减少了工序步骤，而且时间上也快很多，投资少、设备占用空间也少，处理能力大。
本发明的技术方案如下：
一种高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法，包括以下步骤：
(1)通过隔膜或细孔板将电解槽分隔成阳极室和阴极室，并将阳极板和阴极板分别置于阳极室和阴极室中;
(2)通一电流，所述的电流根据I≥1.01Qη(M+2M2)计算得到，其中，I为电极板的电流，单位：A;η为目标软化率，单位：1;Q为阴极室的水流量，单位：L/s;当M0>M1时，M=M0;当M0[(M0+M2)/(M1+M2)]时，M=2M1-M0;M0为待软化水的碱度，单位：mgCaCO3/L;M1为待软化水的钙硬度，单位：mgCaCO3/L;M2为待软化水的镁硬度，单位：mgCaCO3/L;
(3)待软化的水流经阴极室，通电后，在阴极室内形成强碱性区域，体系pH≥10，电解产生的OH-，与HCO3-反应生成CO32-，然后与水体中的Ca2+结合生成CaCO3晶体;与Mg2+结合生成Mg(OH)2晶体，且随电解的进行阴极室pH值的增大，CaCO3晶体的zeta电位降低，晶体聚团行为加强而迅速形成晶核，随高速水流流出阴极室的过饱和CaCO3和Mg(OH)2悬浮液以此晶核为生长点并迅速成长，实现自发结晶，生成为肉眼可见的固体颗粒物，悬浮于水中，再进行沉降或过滤，即完成软化。
优选为，还包括在M0[(M0+M2)/(M1+M2)]时，向阴极液中通入足量空气或二氧化碳。
优选为，常温常压下通入空气的流量根据Q1=0.61Q(M1-M0)计算得到，其中，Q1为向阴极室通入空气的流量，单位：L/s。
优选为，常温常压下通入CO2的流量根据Q0=2.45Q(M1-M0)·10-4计算得到，其中，Q0为向阴极室通入CO2的流量，单位：L/s。
优选为，所述的阳极板为碳电极、贵金属电极或钛基金属氧化物电极中的一种;所述的阴极板为不锈钢、铸铁、石墨、铝或铜等定型导电材料中的一种。
优选为，所述的隔膜为阴离子交换膜、阳离子交换膜、双极膜、石棉纤维膜、无纺布、化纤滤布或陶瓷隔膜中的一种;所述的细孔隔板为带有微小细孔且不影响导电的塑料薄板，如聚四氟乙烯塑料薄板。
本发明还公开了一种利用上述的高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法软化硬水的装置。
优选为，至少在所述的阴极室的两端分别设有进水口和出水口，在所述的进水口上设有空气或二氧化碳补气口，在所述的出水口上连有过滤器或沉降池。
优选为，在所述的出水口与所述的过滤器或沉降池之间设有第一气液分离器，用来收集绿色能源—氢气。
本发明还公开了一种软化硬水的系统，将若干个上述的电解槽并联、串联或串并复合连接，且在阴极室出水口的汇集处设有第二气液分离器，用来收集绿色能源—氢气。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
一、本发明的一种高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法，通过I≥1.01Qη(M+2M2)计算出一适宜电流，使得阴极室内形成强碱性区域，体系pH≥10，利用电解产生的OH-，使得Ca2+生成CaCO3晶体，与Mg2+生成Mg(OH)2晶体，并随着电解的进行，阴极室pH值增大，CaCO3晶体聚团行为加强而迅速形成晶核，流出阴极室的过饱和悬浮液以此晶核为生长点高效自发结晶，实现将水中大部分或全部钙镁离子一次性除去，且在阴极板上不会附着水垢，无需诱发结晶和外加絮凝剂，避免了二次污染，减少了工序步骤，具有软化效率稿，投资少、设备占用空间少，处理能力大等优点;
二、本发明的一种高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法，还根据Q1=0.61Q(M1-M0)计算通入空气的流量和根据Q0=2.45Q(M1-M0)·10-4计算通入二氧化碳的流量，以提供足够量的HCO3-，达到所需软化率;
三、本发明的一种高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法，根据通入电流的计算公式和通入空气或二氧化碳的计算公式，计算出电流值及通入空气或二氧化碳的速率，便于实现数控化和自动化，使用清洁电能作为唯一的“处理剂”，无色环保无污染。