軟化水的四種方法和特點
軟化水的四種方法和特點，通常對硬度高、堿度高的水采用石灰軟化法;對硬度高、堿度低的水采用石灰-純堿軟化法;而對硬度低、堿度高的負硬水則采用石灰-石膏處理法。
(一) 軟化方法
通常對硬度高、堿度高的水采用石灰軟化法;對硬度高、堿度低的水采用石灰-純堿軟化法;而對硬度低、堿度高的負硬水則采用石灰-石膏處理法。
1. 石灰軟化法
為避免投加生石灰(CaO)產生的灰塵污染，通常先將生石灰制成消石灰Ca(OH)2(即熟石灰)使用，其反應如下
CaO+H2O====Ca(OH)2
消石灰投入高硬水中，會產生下列反應
Ca(OH)2+CO2====CaCO3$+H2O
Ca(OH) 2+Ca(HCO3) 2====2CaCO3$+2H2O
2Ca(OH) 2+Mg(HCO3) 2====2CaCO3$+Mg(OH) 2+2H2O
形成的CaCO3和Mg(OH)2都是難溶化合物，可從水中沉淀析出。
但水中的永硬和負硬卻不能用石灰處理的方法除去，因為鎂的永硬與負硬和消石灰會產生下列反應
MgSO4+Ca(OH) 2====Mg(OH) 2$+CaSO4
MgCl2+Ca(OH) 2====Mg(OH) 2$+CaCl2
NaHCO3+Ca(OH) 2====CaCO3$+NaOH+H2O
由反應式可看出，鎂的永硬全部轉化為等量的溶解度很大的鈣的永硬，而負硬則轉化為等量的、堿度，所以水中的堿度沒有除去。
石灰加入量可按下式估算
[CaO]=28/Z1{[CO2]+[Ca(HCO3) 2]+2[Mg(HCO3)2+B]}
式中 [CaO]——需投加的工業石灰量，mg/L;
[CO2]——原水中CO2的濃度(1/2CO2計)，mmol/L;
[Ca(HCO3) 2]——原水中Ca(HCO3) 2的濃度[1/2Ca(HCO3) 2計]，mmol/L
[Mg(HCO3) 2]——原水中Mg(HCO3) 2的濃度[1/2 Mg(HCO3) 2計]mmol/L;
Z1——工業石灰純度，%;
28——1/2CaO的摩爾質量，g/mol;
B——石灰過剩量(1/2CaO計)，mmol/L(一般為0.2—0.4mmol/L)。
2.石灰-純堿軟化法
石灰軟化法只適用于暫硬高、永硬低的水質處理。對硬度高堿度低即永硬高的水，可采用石灰-純堿軟化法，即加石灰的同時再投加適量的純堿(NaCO3又稱蘇打)。其反應如下
CaSO4+Na2CO3====CaCO3$+Na2SO4
CaC12+Na2CO3====CaCO3$+2NaC1
MgSO4+Na2CO3====MgCO3$+Na2SO4
MgC12+Na2CO3==== MgCO3$+2 Na2 C1
MgCO3+Ca(OH)2====CaCO3$+Mg(OH)2
經石灰-純堿軟化后的水，其硬度可降為0.15-0.2mmol/L。此外，永硬也可以直接用離離子交換法除去。
石灰-純堿加入量可按下列計算式估算。
(1) 石灰用量估算
[CaO]=28/Z1{[CO2]+M總+HMg+B} mg/L
(2) 純堿用量估算
[Na2C03]=53/Z2 (H永+B) mg/L
式中 M總——原水總堿度(H+計)，mmol/L;
HMg——原水鎂硬度(1/2Mg+計)，mmol/L;
[Na2C03]——純堿投加量，mg/L;
H永——原水永硬(1/2Ca2++1/2Mg+計)，mmol/L;
B——純堿過剩量[1/2Na2C03計]，mmo1/L(一般取1.0-1.4mmol/L);
53——1/2 Na2C03的摩爾質量，g/mol;
Z2——工業純堿的純度，%。
其他符號同前。
軟化水的四種方法和特點，通常對硬度高、堿度高的水采用石灰軟化法;對硬度高、堿度低的水采用石灰-純堿軟化法;而對硬度低、堿度高的負硬水則采用石灰-石膏處理法。
3. 石灰-石膏處理法
對于高堿度的負硬水，即水中總堿度大于總硬度的水，此時水中多余的總堿度常以Na2 HC03或KHCO3形式存在，對這些多余的堿度常以石灰-石膏處理法除去，因為
2 Na2HC03+ CaSO4+ Ca(OH) 2====2 CaCO3$+ Na2SO4+2H2O
2KHCO3+ CaSO4+ Ca(OH) 2====2 CaCO3$+ K2SO4+2H2O
(二)軟化的設備
石灰軟化設備包括制備消石灰的設備、投加消石灰與原水充分混合的設備，以及生成的碳酸鈣、等沉淀物的沉淀和過濾分離設備。圖2-20、圖2-21和圖2-22為一般常
見的石灰軟化系統的流程圖。
除氯
原水經過混凝、沉淀、澄清、過濾后，即可作為工業用水使用。如果作為飲用水，還必須進行消毒處理，以防止疾病傳播。通常在水中通入氯氣作為殺死細菌等微生物的消毒方法。氯氣通入水中后，極易溶于水，產生下列反應
C12+H2O====HC1+HOC1
次氯酸還會進一步電離，生成次氯酸根
HOC1====H++OC1-
氯氣在水中生成的HOC1和OC1-對細菌等微生物有的殺滅作用。但在起殺生作用前，由于水中溶有各種有機物等雜質，這些雜質會首先與C12反應，耗去溶入水中的C12，只有滿足這些耗氯需要后，才會有多余的C12來殺滅細菌，這部分氯稱為余氯。為維持殺滅細菌的效果，管網水中始終要保持余氯量的在0.5-1mg/L,在管網末端也要保持0.05-0.1mg/L的余氯。當采用經過消毒處理的自來水作鍋爐給水時，必須除去自來水中的余氯。因為余氯的存在會破壞離子交換樹脂的結構，使其強度變差，容易破碎。特別是在靠近自來水廠附近時，水中余氯高，更需注意除氯。
目前常用的除氯方法有活性炭脫氯法和添加化學藥劑除氯法。
(一) 活性炭脫氯法
活性炭由木炭、瀝青炭和果殼、果核、動物骨頭等經高溫焙燒和活化制成。活性炭中有很多毛細孔相互連通，因此，比表面積極大。據測試，1克活性炭有500-1000m2的表面積，圖2-23為活性炭內部氣孔分布情況。過濾用活性炭是顆粒狀的，粒徑一般為1-4mm。這些微孔可以起吸附作用。
活性炭脫氯不是由于物理吸附作用，它還有催化作用，使余氯進一步轉化成碳的化合物，其反應機理為
C12+H2O====HC1+HOCl
HOCl====HCl+[O](活性炭)
C+[O]====CO#
C+2[O]====CO2#
因此，活性炭在整個吸附脫氯過程中不存在吸附飽和問題，只是損失少量的炭。所以活性炭脫氯可以運行相當長的時間。例如用19.6m3的活性炭粒料作濾料，處理余氯量為4mg/L的自來水時，可連續處理265萬m3，使其余氯量小于0.01mg/L。在相同條件下，處理余氯量為2mg/L的自來水時，可使用6年之久。
活性炭除能脫氯外，還能除去水中臭味、色度、有機物以及殘留的濁度。因此，活性炭使用一定時期后，仍會喪失其吸附能力，需要再生。再生方法較多，有的將失效活性炭在500-10000C高溫條件下焙燒，將吸附的有機物分解和揮發;也可用高壓蒸汽吹洗或用CaOH、NaCl等溶液再生清洗，將吸附的雜質解吸下來;也可用有機溶劑萃取。但這些再生方法的經濟效益尚有待定論，因此，有些地方對失效活性炭棄之不用，換用新的。
活性炭脫氯的設備常使用壓力過濾器。即在過濾器中以粒狀活性炭作濾料，其他功能與前述壓力過濾器相似。
(二) 化學藥劑脫氯法
化學藥劑脫氯法是利用投加還原性藥劑如二氧化硫和亞等，將余氯還原。其反應分別為：
SO2+ HOC1+ H2O ====3H-+C1-+SO42-
Na2SO3+HOC1====Na2SO4+HC1
二氧化硫脫氯效果好，但水的pH值會因反應中生成強酸而下降;而亞法要好一些。后者比較簡單，操作方便，同時亞還可以與水中的溶解氧作用，達到除氧的目的。
