一种水质软化装置及水质软化方法与流程

本发明涉及水质软化技术领域，特别是涉及一种水质软化装置及水质软化方法。

背景技术：

天然水中含有各种盐类，这些盐类溶解为阳离子和阴离子，主要有Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺和HC0^3-、SO₄^2-、Cl^-等。含有这些盐类的水，在加热蒸发浓缩的过程中(如锅炉用水)，水中的Ca²⁺、Mg²⁺等离子不断地与水中某些阴离子结合成难溶物质而析出，并生成水垢(俗称水锈)，附在锅炉的受热面上。由于水垢的导热性能很差，从而阻碍了热交换，大大降低了锅炉的热效率，既浪费燃料又易烧坏部件，并危及安全，造成不良后果。为了消除或减少这些危害，就要把水中能形成水垢的硬度成分，如钙、镁离子，还有其他高价金属离子如铁、铝、锰等，予以去除。因此，就需要进行水的软化处理。

目前水质软化主要的方法包括：

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，可以将水的硬度降至0。但该方法在运行过程中，经常需要对离子交换树脂进行反洗和再生，以恢复树脂的吸附能力，因此需要用大量的盐和软化水，反洗水中由于含有高浓度的盐，无法利用而随意排放，会造成很大的二次浪费，也会带来水体污染的问题。

2)膜分离法：常用于水处理的膜分离技术有:微滤(MF)、纳滤(NF)、超滤(UF)、电渗析(ED)和反渗透(RO)。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。

3)药剂软化法：水的药剂软化法是根据容度积原理，根据需要向水中投加适当药剂，使之与钙、镁离子反应生成CaCO₃和Mg(OH)₂不溶性沉淀物。药剂软化法包括石灰纯碱软化法、石灰软化法、苛性钠软化法等，其中用石灰软化最为常用。该技术成熟，来源广泛，而且价格低廉，适用于原水非碳酸盐硬度较低、碳酸盐硬度较高的情况。但是这种方法也有很多缺点，由于所用剂量很高，不可避免会产生大量的淤泥，而且还需要大面积的厂房来准备和储存这些原料，若原料吸收了空气中的CO₂，致使硬度去除率不稳定。

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，以阻止硬水垢的形成。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，所以处理后水的使用时间、距离都有一定局限。

5)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。这种方法的特点是：一次性投入较少，适应性广；但水量较大时运行成本偏高，由于加入了化学物质，所以水的应用受到很大限制。

总体来看，现有各种软化处理方法各有特点，软化处理受多种因素影响，常规药剂软化法预处理简单，但出水水质不好，运行管理繁琐，产生大量的废弃物，处理性差，且对环境造成很大的污染。离子交换软化法对预处理要求严格，费用也较高。而与石灰软化相比，膜软化工艺的建造费和运行费比较高。因此创设一种投资低、运行成本低、操作简单，无次生污染的新的水质软化装置及水质软化方法，在水质软化处理领域显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单的水质软化装置，使其运行成本低，且可实现水质硬度可调节控制，从而克服现有的水质软化装置的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种水质软化装置，包括软化水箱、水泵和脱气机，所述软化水箱为全封闭水箱，所述水泵和脱气机设置在与所述软化水箱内腔连通的循环管道上。

作为本发明的一种改进，还包括用于实时监测待软化硬水中水质硬度的在线监测仪，所述在线监测仪采用溶解氧监测仪或钙硬度仪，其设置于所述软化水箱侧壁上或所述循环管道上。

进一步改进，所述软化水箱采用做防渗处理的混凝土水池、玻璃钢水箱、碳钢防腐水箱、不锈钢水箱或PE水箱。

进一步改进，所述水泵采用离心泵、柱塞泵或自吸泵，所述脱气机采用真空脱气机或膜脱气设备。

进一步改进，还包括在线过滤器，所述在线过滤器设置于所述脱气机出水端的循环管道上。

进一步改进，所述在线过滤器采用保安过滤器、絮凝多介质过滤器或盘式过滤器。

进一步改进，还包括用于为所述软化水箱补给待软化硬水的硬水给水系统，所述硬水给水系统为浮球阀自动补给水系统或液位型自动补给水系统。

本发明还要解决的技术问题是提供一种操作方便、节能环保的水质软化方法，使其运行成本低，且可实现水质硬度可调节控制，从而克服现有的水质软化方法的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种水质软化方法，所述方法为：在封闭的循环管道内，脱出处于循环状态的待软化硬水中的CO₂和O₂气体，使所述待软化硬水中产生碳酸钙、碳酸镁沉淀物，排出所述沉淀物，降低所述待软化硬水中钙镁离子浓度值，实现水质软化。

进一步改进，所述封闭的循环管道上设有用于使待软化硬水在所述循环管道内实现循环的水泵、用于脱出待软化硬水中CO₂和O₂气体的脱气机和用于过滤所述沉淀物的过滤器。

进一步改进，所述封闭的循环管道上还设有用于实时监测所述待软化硬水中水质硬度的在线监测仪。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

本发明利用在封闭的循环管道中脱出待软化硬水中的CO₂和O₂气体，使该待软化硬水形成碳酸钙、碳酸镁沉淀物，通过脱水机或过滤器将该沉淀物过滤排出后，该待软化硬水中的钙镁离子浓度降低，使水质得到软化。

本发明为纯物理水质软化方法，无药剂污泥等次生污染，仅需消耗少量电能带动水泵和脱气机工作，即可完成水质软化工作，绿色环保，无需再生。同时软化水的硬度可根据用水需求自动设定。

本发明通过设置在线监测仪实时监测，可根据不同用水性质，提供相应硬度的软化水，可实现水质硬度的可调节控制，软化过程简单，且运行成本低。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明水质软化装置的结构示意图。

具体实施方式

参照附图1所示，本发明水质软化装置包括软化水箱1、水泵3和脱气机4，该软化水箱1为全封闭水箱，该水泵3和脱气机4设置在与该软化水箱1内腔连通的循环管道上。

本实施例中软化水箱1采用做防渗处理的混凝土水池、玻璃钢水箱、碳钢防腐水箱或不锈钢水箱、PE水箱等，用于存储待软化硬水和软化后的软化水。

该水泵3采用离心泵、柱塞泵或自吸泵等现有泵体，用于将软化水箱1中待软化硬水泵入脱气机4中，并使通过脱气机4后的液体重新进入软化水箱1中，再次进入循环软化过程。

该脱气机4采用真空脱气机或膜脱气设备，用于脱出待软化硬水中的CO₂和O₂，以使该待软化硬水中产生碳酸钙、碳酸镁等沉淀物，该沉淀物可通过该脱气机4底部排出，则使该待软化硬水中的钙镁离子浓度降低，水质得到软化。

为了进一步提高水质软化效率，该水质软化装置还包括在线过滤器5，该在线过滤器5设置于脱气机4出水端的循环管道上，用于进一步滤除该待软化硬水中产生的碳酸钙、碳酸镁等沉淀物。该在线过滤器5可采用保安过滤器、絮凝多介质过滤器或盘式过滤器等现有的过滤装置。

本发明水质软化装置的工作原理为：利用脱气机将待软化硬水中的CO₂和O₂脱出，使待软化硬水中加速发生如下化学反应：

Ca(HCO₃)₂＝CaCO₃↓+H₂O+CO_2↑,

Mg(HCO₃)₂＝MgCO₃↓+H₂O+CO_2↑,

生成碳酸钙、碳酸镁沉淀物，该沉淀物经脱气机和过滤器过滤排出，则待软化硬水中的硬度成分钙镁离子浓度降低，达到水质软化的目的，并通过循环管道的循环软化过程，最终形成符合要求的软化水质。

为了实现软化过程的可调节，本发明水质软化装置还包括在线监测仪2，该在线监测仪2设置于软化水箱1的侧壁上或水泵3与软化水箱1出水口之间的循环管道上，用于实时监测待软化硬水中的水质硬度。

本实施例中在线监测仪2采用溶解氧监测仪或钙硬度仪。该溶解氧监测仪可根据监测到的溶解氧浓度间接检测出水中二氧化碳的浓度，再根据二氧化碳的浓度计算出水中钙镁离子的含量；该钙硬度仪可实时得到待软化硬水中的水硬度值。则本发明水质软化装置可根据需求软化水的软化指标结合在线监测仪的监测结果，来控制水质软化程序的启停，最终得到达标的软化水质。

本发明水质软化装置还包括用于为软化水箱1补给硬水的硬水给水系统6，该硬水给水系统6可以为浮球阀自动补给水系统或液位型自动补给水系统。在该硬水给水系统6检测到软化水箱1中的水位下降到下限液位时，该硬水给水系统6会自动向软化水箱1中补水到液位上限。

本发明水质软化装置的水质软化步骤如下：

1、将待软化硬水注入封闭的软化水箱1中。

2、当软化水箱1中注满待软化硬水后，启动水泵3、脱气机4和过滤器5。

3、该水泵3将待软化硬水泵入脱气机4中，脱气机4脱出其中的CO₂和O₂，使待软化硬水形成碳酸钙、碳酸镁沉淀物，该沉淀物经脱气机4和过滤器5过滤，过滤液重新进入软化水箱1中，依次循环过滤，该待软化硬水中的钙镁离子浓度逐渐降低，使水质得到软化。

4、由在线监测仪2实时监测该软化水箱1中的水质，当水中的二氧化碳浓度为0或钙硬度值为0时，该待软化硬水中所有钙镁离子均被排出，水的硬度为0，此时可关闭水泵3、脱气机4和过滤器5，则此时软化水箱1中的水即为全软化水。

当然，可根据软水需求的硬度不同，在该在线监测仪2监测的水中溶解氧浓度DO或钙硬度值达到设定指标时，水泵3、脱气机4和过滤器5均停止工作。

5、当软化水箱1中的软水使用到达下限液位时，硬水给水系统6向软化水箱1中补水到液位上限，此时，在线检测仪2检测到指标超过设定指标，启动水泵3、脱气机4和过滤器5，开始软化工作。如此往复循环，即可实现水质软化。

本发明还可根据实际中自动化控制的需求，在上述水质软化装置的基础上相应配置各电子控制元件，实现该软化装置的自动运行，提高水质软化的效率。

本发明水质软化方法为纯物理水质软化方法，无药剂污泥等次生污染，仅需消耗少量电能带动水泵和脱气机工作，即可完成水质软化工作，绿色环保，无需再生，软化过程简单。且本发明水质软化装置运行期间无消耗材料，运行成本低。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。