水處理工程系統(tǒng)
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全自動(dòng)軟水器的工作原理
分割線作者：成都沛億科技有限公司（www.klazzic.net） 張錦云 日期：2009年12月14日
軟水器作為一種原水處理設(shè)備，在水處理行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。它既可單獨(dú)用于去除原水中的硬度離子，給鍋爐、熱水器等設(shè)備供給軟水，也可作為反滲透等純水設(shè)備的預(yù)處理單元，防止原水在膜表面結(jié)垢。許多用戶對(duì)軟水器的工作原理還不甚了解，通過(guò)閱讀本文，希望對(duì)您有所幫助。
通常軟水器的主要組成部分為：樹(shù)脂罐、樹(shù)脂、控制閥、溶鹽箱，控制閥決定著軟水器的工作方式，一般有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式，自動(dòng)工作方式的軟水器在水處理行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，本文將詳細(xì)介紹。
無(wú)論是手動(dòng)還是全自動(dòng)的軟水器，其工作的理論依據(jù)都是離子交換，即Na＋與硬度離子（主要是Ca2+、Mg2+）發(fā)生離子交換，將硬度離子置換并截留下來(lái)，從而達(dá)到軟化水、防止水垢形成的工藝目的。水垢的主要化學(xué)成分是CaCO3、MgCO3、Mg(OH)2、CaSO4、MgSO4等不溶于水的鈣鹽或鎂鹽，要防止水垢的形成有兩種方式：一種是不去除原水中鈣、鎂離子，在原水中添加阻垢劑，阻止水垢晶體的形成；一種是用軟化樹(shù)脂置換原水中的鈣、鎂離子，使水垢無(wú)法形成（全自動(dòng)軟水器的方式）。
全自動(dòng)軟水器去除鈣鎂離子反應(yīng)方程式為：（RNa表示Na型陽(yáng)離子樹(shù)脂；Ca2+表示硬度離子）
2RNa + Ca2+ → R2Ca + 2Na+
上式RNa樹(shù)脂吸附鈣、鎂離子后變成R2Ca或R2Mg型樹(shù)脂，隨著交換的進(jìn)行，樹(shù)脂容器內(nèi)的樹(shù)脂由上到下，逐漸由RNa變成R2Ca或R2Mg，R2Ca或R2Mg型樹(shù)脂沒(méi)有置換鈣、鎂離子的能力，當(dāng)樹(shù)脂容器底部的樹(shù)脂有R2Ca或R2Mg型樹(shù)脂形成時(shí)，軟水器即需要再生將R2Ca或R2Mg型樹(shù)脂轉(zhuǎn)化為RNa型樹(shù)脂，以恢復(fù)樹(shù)脂的交換能力。其反應(yīng)方程式為：
R2Ca + 2Na+ → 2RNa + Ca2+
式中Na+由溶解的工業(yè)飽和鹽水提供，再生出來(lái)Ca2+ 、Mg2+廢液經(jīng)沖洗排掉。
軟水器再生周期
軟水器再生完成后到下一次再生開(kāi)始前的工作時(shí)間為一個(gè)再生周期。一般客戶希望再生周期越長(zhǎng)越好，但再生周期受原水硬度、軟水產(chǎn)水量、樹(shù)脂交換容量、樹(shù)脂裝填量、樹(shù)脂污染程度以及再生完成度等因素的影響，不可能無(wú)限延長(zhǎng)。一套軟水器安裝完畢后，樹(shù)脂交換容量和樹(shù)脂裝填量即為不變因素；原水硬度為非可控因素；當(dāng)然，客戶一般不會(huì)為了延長(zhǎng)再生周期而不用或少用軟水（這樣軟水器就失去了其存在的價(jià)值）；所以，用戶可控的影響再生周期的因素僅剩下樹(shù)脂污染程度和再生完成度，這兩個(gè)因素都與軟水器再生有關(guān)。軟水器再生時(shí)，通過(guò)控制閥實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂的清洗、反洗、吸鹽、鹽水回流等工位操作，這些工位操作的完成效果決定著脂污染程度和再生完成度，與再生周期直接相關(guān)。下圖為軟水器控制閥工位循環(huán)圖（以美國(guó)Fleck全自動(dòng)軟水器控制閥為例，控制閥可自動(dòng)完成下圖所有工位循環(huán)）。
如上圖所示，F(xiàn)leck5600全自動(dòng)軟水器從正常工作（制水），到完成一個(gè)再生過(guò)程，需要經(jīng)過(guò)7個(gè)工位，耗時(shí)約兩個(gè)半小時(shí)，這期間，入水（Inlet）大多數(shù)從排水口（Drain）排放掉，軟水器無(wú)法制取軟水（正因如此，許多需要連續(xù)運(yùn)行的軟水系統(tǒng)，需配置一用一備或一閥兩罐型軟水器。）。下圖為Fleck5600軟水器不同工位水流流程圖。
各工位水流及功能釋義如下：
- 工作位置（SERVICE POSITION）
水流：硬水從入口進(jìn)入控制閥，通過(guò)下部活塞槽及通道，由頂部進(jìn)入罐內(nèi)，然后，向下穿過(guò)樹(shù)脂層，成為軟化水， 經(jīng)下布水器返回中心管，向上至閥出水口排出。
功能：軟化水，樹(shù)脂從上到下，經(jīng)過(guò)離子交換逐漸由RNa型變成R2Ca或R2Mg型，當(dāng)罐體底部有R2Ca或R2Mg型樹(shù)脂形成時(shí)，需要進(jìn)入下面的再生程序。 - 預(yù)清洗位置（PRELIMINARY RINSE POSITION）
水流：硬水從入口進(jìn)入控制閥，通過(guò)下部活塞槽，由頂部進(jìn)入罐內(nèi)，再向下穿過(guò)樹(shù)脂層，經(jīng)過(guò)下布水器沿中心管向上返回，再經(jīng)活塞中心孔、頂部活塞槽至排污口排出。
功能：清洗，樹(shù)脂層水流自上而下，雜質(zhì)由排污口排出。 - 反洗位置（BACKWASH POSITION）
水流：硬水從入口進(jìn)入控制閥，通過(guò)下部活塞槽及活塞環(huán)岸，向下經(jīng)中心管、下布水器進(jìn)入罐內(nèi)，再向上經(jīng)樹(shù)脂層、 控制閥流道、頂部活塞槽，從排污口排出。
功能：反向清洗，樹(shù)脂層水流自下而上，雜質(zhì)由排污口排出。（主要清洗方式，樹(shù)脂層處于蓬松狀態(tài)，清洗效果好。） - 吸鹽位置（BRINE POSITION）
水流：硬水從入口進(jìn)入控制閥，經(jīng)下部活塞槽，流過(guò)射流器噴嘴產(chǎn)生負(fù)壓，從而從鹽罐吸入鹽水。鹽水向下流經(jīng)樹(shù)脂層，穿過(guò)下布水器，沿中心管向上，流回活塞中心孔，并從排污口排出。
功能：再生，控制閥控制吸入鹽水，鹽水水流自上而下流經(jīng)樹(shù)脂層，將失效的R2Ca或R2Mg型樹(shù)脂轉(zhuǎn)化為RNa型樹(shù)脂，恢復(fù)交換能力。 - 慢速清洗位置（SLOW RINSE POSITION）
水流：吸完所有鹽水后，硬水繼續(xù)從入口進(jìn)入控制閥，通過(guò)下部活塞槽，流過(guò)噴嘴，向下穿過(guò)樹(shù)脂層，從下布水器進(jìn)入中心管，向上進(jìn)入活塞中心孔，最后從排污口流出。
功能：清洗，再生完成后罐體內(nèi)有大量高濃度NaCl溶液，通過(guò)慢速清洗可將其排出罐體。 - 快速清洗位置（RAPID RINSE POSITION）
水流：硬水從入口進(jìn)入控制閥，通過(guò)下部活塞槽及活塞環(huán)岸， 向下經(jīng)中心管、下布水器進(jìn)入罐內(nèi)，再向上經(jīng)樹(shù)脂層、 控制閥流道、頂部活塞槽，從排污口排出。
功能：反向清洗，該工位水流方向與反洗工位相同，功能也相同，只不過(guò)，反洗的對(duì)象是過(guò)濾雜質(zhì)，快速清洗的對(duì)象是再生進(jìn)入罐體的NaCl溶液。 - 沉淀清洗位置（SETTLING RINSE POSITION）
水流：硬水從入口進(jìn)入控制閥，通過(guò)下部活塞槽，由頂部進(jìn)入罐內(nèi)，再向下穿過(guò)樹(shù)脂層，經(jīng)過(guò)下布水器沿中心管向上返回，再經(jīng)活塞中心孔、頂部活塞槽至排污口排出。
功能：清洗壓實(shí)樹(shù)脂層，上道工序樹(shù)脂處于反洗蓬松狀態(tài)，沉淀清洗水流自上而下，可讓樹(shù)脂層沉淀壓實(shí)。 - 鹽水罐回流位置（BRINE TANK FILL POSITION）
水流：硬水從入口進(jìn)入控制閥，部分硬水經(jīng)下部活塞槽，射流器喉管，吸鹽閥及吸鹽限流墊圈，注入鹽罐。其全硬水經(jīng)下部活塞槽至罐頂，向下穿過(guò)樹(shù)脂層，變成軟化水，進(jìn)入下布水器，沿中心管向上，并從閥體出口排出。
功能：溶鹽箱補(bǔ)水，為下次再生溶鹽做準(zhǔn)備。
上圖以Fleck5600軟水器控制閥為例，對(duì)全自動(dòng)軟水器各工位進(jìn)行了介紹，其它型號(hào)或品牌的軟水器控制閥可能閥體結(jié)構(gòu)不一樣，但反洗、快洗、慢洗、吸鹽、鹽水回流等水流方向及功能是相同的，用戶可以舉一反三。
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