软化水设备
为了防止系统及设备结垢，中央空调水系统的冷冻水常采用软化水。原水软化的方法有三种，即离子交换法、软化沉淀法和蒸馏法。这三种方法可以单独使用，也可以复合使用。使用最多的方法是离子交换法，而又以钠离子交换最为常用。
1、钠离子交换器的交换原理
在钠离子交换器中装有钠型树脂，硬水流过树脂层面后，水中的Ca、Mg离子被树脂中的Na离子置换而软化。水中Ca、Mg离子被Na离子置换出来以后，就存留在交换剂中。当钠离子交换剂中的Na离子全部被Ca、Mg离子置换后，交换剂就会失效，不再起软化作用，这时就要用食盐水进行还原，即再用Na离子把交换剂中的Ca、Mg离子置换出来。经还原以后，可恢复其置换Ca、Mg离子的能力，重新起到软化水的作用。经Na离子交换的水，暂硬（碳酸盐）都变成 碳酸氢钠等钠的碳酸盐。原来暂硬是碱，经钠离子交換后仍是碱。所以，钠离子交换只能软化水，不能除碱，即经钠离子交换前后水的碱度没有变化。
2、钠离子交换器的构造
生水引入后，在交换器的顶部有水的分配漏斗，使水分配均匀。盐水相对密度大，同时送人的速度较小，故不能用分配漏斗分配盐液，否则盐液便形成一股液流，交换剂层有的部位就不能还原。盐液送人后进入一环形管，在环形管上装有很多使盐液喷散用的喷嘴钠离子交换器底部从上到下依次为离子交换剂层、砂层、泄水装置、混凝土层。为了排除空气，在交换器顶部有排气管。泄水装置包括集水管，由集水管向两边引出很多平行的泄水管，泄水管的管端封闭。泄水管上部均匀分布着许多支管头，在支管头上用螺栓口拧紧由塑料做成的泄水罩（常称水帽）。
泄水罩上有很多缝隙或小孔，水可以从缝隙或小孔流入泄水管，但砂粒则不能通过。用缝隙式泄水罩时，交换器内可不设砂层。软水由集水管从交换器底部引出。水的分配漏斗最大截面面积应为交换器截面面积的2％~4％；漏斗上口至交换器封头顶的距离为100～155m。有的交换器盐水的环形管上没有喷嘴，而只是钻有孔眼，则孔径一般为10～20mm，孔的总面积应使盐水流速在1～1.5m／s。环形管上孔眼的喷射力不能过强，其距软化剂表面的距离也不可太近，否则易使软化剂表面冲成凹凸不平，影响软化及还原效果，故有的交换器环形管的孔眼做成向上喷射，但这样做，反冲时杂质又易堵塞孔眼。环形管中心圆的直径可采取软化器直径的一半。交换器的直径在1m左右的，环形管直径采用25～40mm的管；交换器直径大的软化器可用50mm的管。
离子交换器常用规格有Φ500、Φ750、Φ1000、Φ1500、Φ2000及Φ2500。交换剂层高度有1.5m、2m及2.5m。
钢质离子交换器，用树脂为交换剂时，交换器的内壁必须采取防腐措施，以防树脂“中毒”及罐体腐蚀。
3、钠离子交换器的操作运行
离子交换器的运行是按反洗、还原、正洗、软化四个步骤周期性地运行的。
1）反洗（或称逆洗）。
当离子交换剂失效后，就停止软化工作，由下而上进行反洗，反洗的目的是：
①使交换剂层翻松，为还原创造良好条件；
②将交换剂层表面的泥渣等污物及破碎的交换剂细小颗粒冲出。
若设有反洗水箱时，开始反洗是利用上一次还原时收集在反洗水箱中的正洗水，待正洗水耗尽后再用自来水进行反洗，以节约用水及充分利用食盐。反洗时一定要把交换剂搅松，使混浊物冲洗出来，一般反洗强度在3～5L／（s*m³）（相当于空罐流速18m／h）。如冲洗不出混浊物，则反洗强度应加强，但反洗时发现有沉淀非常快的交换剂冲出来时，应降低反洗强度。反洗强度随交换剂密度不同，也应有所不同。反洗要求一定的强度，若反洗水压过低，水量过小，则反洗不完全，会使交换剂的工作交换能力大为降低，或增加盐耗率。反洗强度也不可太大，否则交换剂易在反洗时流失。反洗系统出水要均匀，否则反洗强度大的地方交换剂层低，水流阻力小；反洗强度小的地方，交换剂层高，水流阻力大，造成水流短路而影响软化效果。反洗时间一般为10~20min，每立方米交换剂正常反洗用水约为2.5－3m²。
若生水悬浮物很少，如特别净洁的自来水，且盐水又经过机械过滤十分干净，则每次还原前也可不反洗，而是每隔一次或两次还原进行一次反洗。并且利用反洗水箱，将前两次或三次还原后正洗时的后半段正洗水加以积存，则可节约大量自来水。
2）还原（又称再生）
①还原的目的。
还原的目的就是使失效的离子交换剂恢复其软化能力。
②还原的操作及注意事项。
还原的操作方法基本上可归纳为两种：
一是流动还原，即盐液以一定的速度流过交换剂层；
二是浸泡还原，即将盐液加人交换器中，使交换剂层在静止的盐液中浸泡。
根据化学的分配定律，当还原用盐浓度一定时，被还原而存在于盐液中的钙、镁离子含量与交换剂中残存的钙、镁离子含量，有一个固定不变的平衡常数。浸泡还原达到平衡后，离子交换剂中的钙、镁离子，就不能再被盐液还原，再增加浸泡时间也就没有什么意义了。而流动还原，总是由基本不含钙、镁离子的新盐液与交换剂接触能不断置换出交换剂中的钙、镁离子。因此，流动还原比浸泡还原的再生度高，食盐能较充分地被利用。流动还原要经过调试，确定合适的流速及盐液浓度，否则，若流速过快或过慢，盐液都不能充分被利用。
在特殊的情况下，浸泡还原的效果也可能比流动还原好。例如：流动还原调节不当时；或交换器盐液分布不好，产生偏流，采用流动还原时仅一部分失效的交换剂得到还原，总的再生度较低，采用浸泡还原再生度反而高些。
有的操作是将盐液分两次还原，第一次盐液浓度较小，第次盐液浓度加大，这样可以提高再生度。有的先用废盐液还原，然后再用新盐液还原，以节约食盐。但需注意，收集废盐液时，必须把前次还原开始的废盐液排掉，只收“尾液”，因为开始时的废盐液中含钙、镁离子较多，不宜收集使用。还原时必须注意避免交换器下部被抽空，而使空气漏人离子交换剂层之间。为此，有的在操作规程中规定：还原开始时，先打开交换器的放气阀门及排水阀门，待上部水流尽后，关闭排水阀门，打开盐水阀门，起动盐水泵，至放气阀门溢水时，关闭放气阀门，打开下端排水阀进行还原。
还原前必须检査运行中交换器的盐水阀门是否关闭，避免盐水流入正在运行的离子交换器中，而使软水中含盐量和Ca大量增加，造成事故。
③还原盐水浓度。还原用盐为工业用盐，其硬度不能过大，将食盐溶成10％浓度的溶液，其硬度应小于40mmol／L，不溶物的量小于2％。钠离子交换，按理论计算食盐的单位耗量为58.5g／mol，但实际耗量比理论耗量要大3.5～4倍，还原才能完全。盐水浓度对还原效果也有影响，太稀不能还原完全，太浓又浪费食盐。常用浓度为5％～10％，以5％～8％为宜。若采用分段还原，应先用3％～5％盐水还原，然后用8％～12％盐水还原，可以提高还原效率。
3）正洗。
正洗的目的是清除残余的还原剂及还原时的生成物（氯化钠及氯化镁等）。钠离子交换器，正洗速度约为6～8m/h左右，正洗时间为30～40min，每立方米交换剂正洗用水约为5m³。
停止正洗的标准一般规定为正洗水的残留硬度小于0.15度或小于0.05mmol／L，氯根不超过原水中氯根含量。
如正洗后不立即投入运行，最好还原后不立即正洗，或先用20％～30％的正洗水量稍正洗一下，使交换剂浸在稀盐溶液中，停1～2h后再正洗；或投入运行前再正洗。
若要将正洗水存集于反洗水箱中时，正洗初期的正洗水排至排水沟中。当后半段正洗水的水样中加入人几滴10％纯碱溶液（NaCO3）不再混浊时，就将正洗水送入反洗水箱。
4）软化。
工作正常的离子交换器，不论进人交换器的生水硬度如何变化，其出水（软水）的残留硬度都不受影响，交換器开始运行时，软水残留硬度稍高，此情况很短时间就消失，这种现象是正常的。然后软水的残留硬度就很小，并保持平稳，直到交换剂快失效前残留硬度又稍有上升。当交换剂失效后，残留硬度迅速增高。
软化过程宜连续运行，如中断时间稍长，再进行软化，在继续软化开始时也会产生软水的残留硬度稍有升高的现象。
交换器开始运行时软水碱度和氯根都稍有升高，这与硬度的变化规律相同。开始运行的一定时间内，碱度及氯根都有波动，性能越不好的交换器波动得越厉害。
软化的效果与软化流速及交换剂的状况有关，其关系如下：
①软化流速。
软化时软化流速是个很重要的因素；钠离子交
换以阳树脂为交换剂时，推荐的过滤速度见下表。
推荐的过滤速度
|
生水含盐量／（mmol／L） |
生水总硬度／（mmol／L） |
采用流速／（m／h） |
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3 |
2.5 |
25 |
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6 |
5.3 |
20 |
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10.5 |
8.9 |
15 |
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21 |
14.5 |
10 |
②交换剂及石英砂颗粒的均匀性。
有时交换器内石英砂及交剂颗粒不均匀，是使交换剂工作交换能力降低的一个原因。装石英砂时应筛分，使每层砂粒都均匀；装交换剂时应使0.25mm以下粉粒不超过5％，每装750~1000mm高时，用水自下而上翻松，洗去粉状细粒，直到冲洗水澄清为止。然后续装料，直装到
比设计高度高出70~100mm。全部装好后再进行翻松，经过20~25min后慢慢停止，这称为水力分类，即最终使粗的交换剂在最下部，细的颗粒在交換剂表面，然后把最上层50mm左右最细的交换剂除去。
③软化剂＂中毒”。
如生水中铝离子、铁离子等阳离子量多，这些离子电荷量最大，与软化剂化合力最强，离子交换剂吸收这些阳离子后有部分是不可逆的，化合后难再分离，而使这部分交换剂失去软化、还原作用。“中毒”后必须用1％~2％的酸冲洗，用氢离子才能置换掉铝离子、铁离子。
软化时必须进行化验控制。在软化前，进行2~3min的校核性正洗，使氯离子达到标准再投入运行，这种做法是较好的。软化时软水的氯根及碱度可以每班分析一次。生水的氢根、硬度、碱度最好每班也分析一次。软水的硬度要经常化验。
