爱华网我们都知道,普通的水中含有多种可溶解的化合物，有些物质的溶解度随着温度的变化有较明显的变化，其中的碳酸钙、碳酸镁类的物质，其溶解度随着温度的升高而下降。当温度升高时，原来溶解于水中的碳酸钙、碳酸镁析出形成沉淀物，这些沉淀物可以是以絮状、粉末状，或沉积在容器、管道表面，形成水垢。
用来衡量钙镁离子总量的指标是硬度，总的说来，水的硬度主要由钙(Ca2+)、镁(Mg2+)离子构成的，其具体指标是同类离子折合为碳酸钙来计时的数值，目前标准单位是mmol/L(毫摩尔每升)。传统的单位有mgN/L(毫克当量每升)、德国度、美制(英制)等，目前在国内常用的硬度单位是mg/L(毫克每升)、mmol/L(毫摩尔每升)、mgN/L(毫克当量每升)，偶尔会有用户使用德国度，用德国度除以2.8即可换算为国标的数值mmol/L(毫摩尔每升)，如果采用美制的Grain/Gallon(格令每加仑)，那么就需要对单位进行多次算换，此处不细讲。
钙镁离子含量较多的水称为硬水，钙镁离子含量较少的水称为软水。硬水与软水只是通俗上的叫法，并没有标准的量的概念，在生活中，行内一般把硬度低于3mmol/L的水称为较软的水，3-6称为普通水，6-8称为较硬的水，10以上称为高硬水。
(工业上采用截然不同的标准，工业上一般只有硬度<1的水称作软水，1-10之间都经常笼统地称为硬水，硬度>10的水也多称为高硬水)
北京地区的普通情况是(以市政供水及常见自备井为例)：
城中、城北、城西(五环以内)地区：大部分地区硬度在6-8之间；
城东北部(水源较好的使馆及周边地区)：硬度多在4-6之间；
城南(南三环以南)、城西南：硬度约在8-12间，部分地区硬度为10-15左右。
周边地区：南部、西部、北部山区硬度较高，多数在8以上，
东部及北部非山区多数在6-9之间。
(上述只是大概情况，清华曾有个自备井，硬度高达15之多)
由于水垢的沉积对人们的生活及生产均有很明显的影响，所以生产用水和生活用水均对硬度指标有一定的要求,特别是锅炉用水中若含有硬度盐类，会在锅炉受热面上生成水垢，从而降低锅炉热效率、增大燃料消耗，甚至因金属壁面局部过热而损伤部件、引起爆炸。因此对于低压锅炉要进行水的软化处理；对于中、高压锅炉要进行水的软化与脱盐处理。
采用设备降低水的硬度的过程叫做“软化”，相应的设备叫“软水器”(或叫“软化器”等)。
常用的软化方法
将硬水软化，避免水垢的沉积有很多种方法，经常使用的方法有：
1)离子交换法：采用特定的阳离子交换树脂，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，所以就避免了随温度的升高而造成水垢生成的情况。这种方法是目前最常用的标准方式。主要优点是：效果稳定准确，工艺成熟。可以将硬度降至0。采用这种方式的软化水设备一般也叫做“离子交换器”(由于采用的多为钠离子交换树脂，所以也多称为“钠离子交换器”)。
2)石灰法：向水中加入石灰，主要是用于处理大流量的高硬水，只能将硬度降到一定的范围。
3)加药法：向水中加入专用的阻垢剂，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。目前工业上可以使用的的阻垢剂很多。这种方法的特点是：一次性投入较少，适应性广；但水量软大时运行成本偏高，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。
4)电磁法：采用在水中加上一定的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阻止硬水垢的形成。其特点是：设备投资小，安装方便，运行费用低；但是效果不够稳定性，没有统一的衡量标准，而且由于主要功能仅是影响一定范围内的水垢的物理性能，所以处理后的水的使用时间、距离都有一定局限。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(同时由于该种设备的机理并未得到真正的理论证实)。
5)膜分离法：纳滤膜(NF)及反渗透膜(RO)均可以拦截水中的钙镁离子，从而从根本上降低水的硬度。这种方法的特点是，效果明显而稳定，处理后的水适用范围广；但是对进水压力有较高要求，设备投资、运行成本都较高。一般较少用于专门的软化处理。
根据实际使用经验及特点，在工业锅炉及工业生产中最常用的方式是离子交换法(目前基本上是标准设备)，普通情况下所说的“软水器”一般均指这种设备。
在餐饮、食品、化工、医药等领域、空调、工业循环水等应用中,也多采用离子交换法对补水进行处理。 小型热水锅炉、换热器等应用中，多采用加药法。
商业领域的中央空调及工业上温度较低(最高温度在60度左右)的冷却循环水,多采用电磁法进行全流量处理，即对所有循环水进行处理，同时多数情况下配合补充水采用离子交换法处理或循环水采用加药方法以保证效果。
离子交换法的工作原理
为了使大家易于理解接受，以下的说法是尽量通俗的说法，与标准工具书的说法可能不尽一致(但不会出现技术性错误)。
离子交换树脂是一种聚合物，带有相应的功能基团。一般情况下，常规的钠离子交换树脂带有大量的钠离子。
当水中的钙镁离子含量高时，离子交换树脂可以释放出钠离子，功能基团与钙镁离子结合，这样水中的钙镁离子含量降低，水的硬度下降。硬水就变为软水，这是软化水设备的工作过程。
当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后，树脂的软化能力下降，可以用氯化钠溶液流过树脂，此时溶液中的钠离子含量高，功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合，这样树脂就恢复了交换能力，这个过程叫作“再生”。
由于实际工作的需要， 软化水设备的标准工作流程主要包括：工作(有时叫做产水，下同)、反洗、吸盐(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)。
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，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。
常见的软水器有哪些种类?有哪些品牌型号,有什么区别?
目前国内常用的软化水设备主要有以下几种:
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。
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，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，降低设备消耗。
软水器是否可以用来处理高温水？
咸阳李先生咨询：软化水设备是否可以用来处理高温水？
标准情况下，系统进水多为标准情况（即1个标准大气压，常温），软化水设备的各部件及材料也均按这种情况设计，系统的相关指标一般为：运行温度<50度，最低不能结冰（一般是按10-50度计）。
但是有时会有些用户的进水温度较高（一般是地下温泉水、冷凝回收水、余热交换后的自来水等），温度可能会达到60-80度甚至更高。按照技术指标，标准系统在这种情况下是不能直接使用的。但是如果经过专门设计，温度高到一定情况也是可以采用钠离子交换法来对水进行软化的。
就全自动软化水设备来讲，整个系统各部件对温度都有不同要求。集成阀：标准运行温度也不应该超过50度，但是如果采用无铅黄铜材料，换用专门的耐高温密封材料，可以运行在80度以下；树脂罐及管道：标准的情况下玻璃钢树脂罐及ABS管道的使用温度也不应超过50度，但是如果换用不锈钢罐及不锈钢管，最高温度可以到90度甚至更高；离子交换树脂的技术指标是使用温度不能超过50度，但是如果采用专门的树脂，也是可以在80度以下的热水中使用的。
所以，如果进水温度稳定在80度以下，是可以很容易采用离子交换法来软化处理的。但是如果是超过80度，那么就不大容易采用这种方法来去除硬度了。
水质硬度的测试方法
按国家标准GB1576-2001的规定，测定水质硬度的方法主要是滴定法，
但是滴定法需要专门配制专用的药剂，不便于通常情况下的携带和使用，也不便于在家庭或野外少量测试时使用，随着测试需求的多样化及技术的发展，近年来在实际生活中常用的方法还有硬度仪、快速瓶及试纸法。
顾名思义，硬度仪是一种可以直接测试出水质硬度的仪器，这种仪器有标准的测试探头，测试时可以直接从液晶屏上读出硬度值，使用简单而方便。这类仪器一般是采用测试水的电导的方式来测算水质硬度，由于钙镁离子的导电性能与其他离子并无根本性的区别，所以在目前技术条件下，这种测试方式有较大有误差，一般多用于要求不高的场合。
快速瓶是滴定法的一种，在配制好的测试剂中加入不影响测试结果的稳定剂，测试药剂可以在一定条件下长期保存，需要测试时向测试瓶内加入一定量的水，摇匀后的颜色与标准色瓶(或色板)对比而得到硬度值。
硬度试纸与pH试纸类似，涂有药剂的试纸密封包装在袋内，测试时将试纸浸入水中，静置片刻后纸上的药剂与水中的钙镁离子反应而呈现一定的颜色，将其与标准色板比较而得到水的硬度值。
高硬度水供蒸汽锅炉使用怎么选型(20-25t/h,17mmol/L)?
天津李先生打电话问：他们当地的水质硬度较高，达到17mmol/L，而锅炉是20蒸吨的蒸汽炉，如何选择软化水设备才好用。
由于是蒸汽锅炉，所以出水应该是0.03mmol/L，而进水是17mmol/L，建议选择双级设备。锅炉是20蒸吨，他们自己希望选择的设备出水量在25t/h左右。锅炉不是全日24小时满负荷运行的，这样的话，可以在配有合适软水箱容量的前提下，选择一套双级系统，前级选择25t/h双罐一用一备，后级选择余地较大，建议选择15t/h双罐同时运行。这样可以保证整个系统稳定出水的出水量及水质。
这种选型方法是对普通高硬水的常用方法，由于进水硬度较高，而很多用户的用水量又不是很大，所以不大愿意采用其他技术更复杂或成本更高的方式，而是更倾向于采用标准的双级处理。
双级处理对进水有个大概的要求，即主要是进水中离子含量高，而不会有太多的其他离子(如K、Na)等，这样的话钠离子交换器的运行基本技术条件有一定的保障。
普通情况下，双级系统的前级应该是选择双罐流量控制为好，这样可以保证系统运行的连续性和稳定性，而后级则可以根据情况选择，一般情况下是没必要在后级也装双罐一用一备的设备。
以前级选择双罐一用一备(或多用一备)的情况为例，投资最高的情况是用户要求很严格，全天水量都不能有较大波动，那么后级也得选有备用的设备；如果是最常见的情况即用户是全天运行但是晚上用水量很小，则可以选择双罐同时运行的设备；如果用户主要是白天运行， 但是人员配置略紧张，则可以选择单罐流量型设备；如果用户一般只是8小时用水，那么后级采用单罐时间型设备也是没有问题的。
之所以后级的选择很多，主要是因为经前级处理后，后级进水的硬度已经很低(多数情况下是低于3mmol/L，低于1mmol/L的情况也很常见)，但是需要注意的是由于采用了双级设备，一定要考虑到前级运行及再生时造成的压力损失，进水压力最好在0.3MPa以上(但不建议超过0.5MPa)，当后级采用单罐时也要考虑到软水箱的容积不要太小，以保证万一设备在用水时间时再生不会影响正常工作。
另外还有一种设计思路是可以好好参考的，就是采用等寿命设计的思路。
因为多数情况下设计双级系统要考虑的是前级处理过的水进入经后级软化后水质要能达标，而没有考虑两级系统如果采用不同控制器的话可能会造成一个情况：即前级再生到一半时后级也开始再生，这样总再生时间就会有3-4个小时左右，而这段时间合格软水的供应可能要完全中断或是受很大的影响。
而如果是采用“同时再生”设计思路，则可以将双级系统控制在同一时间再生，这样整个系统受影响较小，这种方式多用在用户设备投资或占地有一定局限性，而且用水量不大的情况下。
例如曾有一个北京用户，在房山区良乡，是3吨蒸汽锅炉，由于进水硬度过高(15mmol/L左右)，尽管采用了国产的软化水设备，但锅管每年都要割了重换，损失很大。如果按标准设计，这种系统最便宜的配置是前级应选择4-5t/h一用一备，后级选择3t/h时间控制。但是用户每天实际运行时间很短，所以不想花太多投资，而且占地面积很小。解决方法是前级采用5-6t/h单罐流量控制，后级采用3t/h单罐时间控制，通过中间控制器将两个设备直接控制起来，当前级需要再生时直接向后级发出信号，同时进入再生状态，由于前级阀内有标准的旁通，所以即使再生后级也可以持续有生水供应(但此种情况下后级再生效果不是最好的)。
如果需要，再生时也可以控制加压泵启动，以保证再生所需的压力。
无硬水旁通的概念
“设备再生时没有任何未经处理的水可以流到出水口，实现这种功能的部件或配置方式一般称作无硬水旁通”
这种情况的主要起源是因为国外与国内在设计要求及应用思路上不同，为了达到欧美的用户要求及相关标准，多路阀在设计上是具备旁通功能的，即设备在再生的时候未软化的水可以经内部的旁通到出水口；而目前国内的多数用户要求是任何时候出水口都不能有生水。
这样一来，就要求原来设计的多路阀可以有专门的部件来达到阻止生水旁通的作用，这个功能(或这个部件)一般就被称作“无硬水旁通”。
