軟化水處

A. 有什麼常用的軟化水處理方法

本發明公開了一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，將電解槽分隔成陽極室和陰極室，並分別置有陽極板和陰極板;根據I≥1.01Qη(M+2M2)得到電流，待軟化的水流經陰極室，通電後，在陰極室內形成強鹼性區域，體系pH≥10，產生的OH‑，使Ca2+生成CaCO3晶體，Mg2+生成Mg(OH)2晶體，且隨著pH值的增大，碳酸鈣晶體的zeta電位降低，晶體聚團行為加強而訊速形成晶核;過飽和的晶體懸浮液隨水流流出電解室的過程中，以此晶核為生長點並迅速成長，實現自發結晶，再進行沉降或過濾，即完成軟化。本發明計算出適宜電流值，將水中鈣鎂離子一次性除去，且在處理過程中陰極板上幾乎不會附著水垢，電能利用效率高達90%，極大提高了設備的處理能力和便於實現數字化和自動化控制。
權利要求書
1.一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，其特徵在於，包括以下步驟：
(1)通過隔膜或細孔板將電解槽分隔成陽極室和陰極室，並將陽極板和陰極板分別置於陽極室和陰極室中;
(2)通一電流，所述的電流根據I≥1.01Qη(M+2M2)計算得到，其中，I為電極板的電流，單位：A;η為目標軟化率，單位：1;Q為陰極室的水流量，單位：L/s;當M0>M1時，M=M0;當M0[(M0+M2)/(M1+M2)]時，M=2M1-M0;M0為待軟化水的鹼度，單位：mgCaCO3/L;M1為待軟化水的鈣硬度，單位：mgCaCO3/L;M2為待軟化水的鎂硬度，單位：mgCaCO3/L;
(3)待軟化的水流經陰極室，通電後，在陰極室內形成強鹼性區域，體系pH≥10，電解產生的OH-，與HCO3-反應生成CO32-，然後與水體中的Ca2+結合生成CaCO3晶體;與Mg2+結合生成Mg(OH)2晶體，且隨電解的繼續，陰極液pH值增大，CaCO3晶體的zeta電位降低，晶體聚團行為加強而迅速形成晶核，隨高速水流流出陰極室的過飽和CaCO3和Mg(OH)2懸浮液以此晶核為生長點並迅速成長，實現自發結晶，生成肉眼可見的固體顆粒物，懸浮於水中，再進行沉降或過濾，即完成軟化。
2.根據權利要求1所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，其特徵在於，還包括在M0[(M0+M2)/(M1+M2)]時，向陰極液中通入足量空氣或二氧化碳。
3.根據權利要求2所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，其特徵在於，常溫常壓下通入空氣的流量根據Q1=0.61Q(M1-M0)計算得到，其中，Q1為向陰極室通入空氣的流量，單位：L/s。
4.根據權利要求2所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，其特徵在於，常溫常壓下通入CO2的流量根據Q0=2.45Q(M1-M0)·10-4計算得到，其中，Q0為向陰極室通入CO2的流量，單位：L/s。
5.根據權利要求1所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，其特徵在於，所述的陽極板為碳電極、貴金屬電極或鈦基金屬氧化物電極中的一種;所述的陰極板為定型導電材料中的一種。
6.根據權利要求1所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，其特徵在於，所述的隔膜為陰離子交換膜、陽離子交換膜、雙極膜、石棉纖維膜、無紡布、化纖濾布或陶瓷隔膜中的一種;所述的細孔隔板為帶有微小細孔且不影響導電的塑料薄板。
7.一種利用權利要求1～6所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法軟化硬水的裝置。
8.根據權利要求7所述的軟化硬水的裝置，其特徵在於，至少在所述的陰極室的兩端分別設有進水口和出水口，在所述的進水口上設有空氣或二氧化碳補氣口，在所述的出水口上連有過濾器或沉降池。
9.根據權利要求8所述的軟化硬水的裝置，其特徵在於，在所述的出水口與所述的過濾器或沉降池之間設有第一氣液分離器。
10.一種軟化硬水的系統，其特徵在於，將若干個權利要求8所述的電解槽並聯、串聯或串並復合連接，且在陰極室出水口的匯集處設有第二氣液分離器。
說明書
一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法及其裝置
技術領域
本發明屬於電化學軟化水技術領域，特別涉及一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法及其裝置。
背景技術
利用電化學技術進行水體脫鹽除垢處理，早在2006年就有文獻(Desalination,2006,201:150)報道，隨後也有不少國內文獻及專利(西安交通大學學報,2009,43(5):104;專利公開CN105523611A、CN204198498U)報道過，並在工程實踐中得到一定程度的應用。相比於傳統的消石灰軟化法，電化學脫鹽軟化水技術佔地空間小、處理速度快、不需要使用絮凝劑無二次污染、廢棄固體物少，操作簡單方便，可實現數字化控制，具有很高的經濟效益和環境效益。用於冷卻循環水的除垢防垢領域，與以往傳統的化學加葯方法以及電磁技術、超聲波技術相比，電化學技術的優點在於能夠將水中的成垢的鈣鎂離子以水垢沉積的方式從水中取出，並能提高濃縮倍數，達到節水減排的目的。
現有的電化學設備主要用於冷卻循環水的除垢防垢領域，為提高除垢效率，中國專利公開CN105621538A、CN201923867U及CN105329985A等專利對電化學除垢設備進行了相應的優化設計，其創新點在於充分優化電化學設備內部結構，擴大陰極面積，簡化操作，提高設備的處理效率與處理能力。
為了擺脫極板面積大小的限制因素，以色列文獻(Desalination,2010,263:285;Journal of Membrance Science,2013,445:88)提出了一種新的處理方法，利用陽離子交換膜將電解槽分隔為陽極室與陰極室，將待處理的水流經陰極室後，引入外部結晶器內進行誘發結晶以提高極板處理能力，電能利用率達到50%。中國專利CN204198498U利用刮刀刮掉陰極板垢以提供微小晶核增加結晶比表面積，雖在一定程度上提高了電能的利用率，但其電能利用率依舊偏低，一是增加了陰極動力旋轉部分的電耗，二是由於其輔助電極接正電且在陰極室內，其表面必定會析氧(氯)而產生H+，可消耗陰極產生的部分OH-而導致電能利用率降低，另外其在後續工藝中提及需添加絮凝劑造成二次污染及處理成本的增加，另外其設備內腔底部沒有隔膜將陰陽兩室分開，而其實施例中陽極室酸性水一直往復循環部分H+必會進入陰極室，也會降低電能的利用率。生活中大部分水體都是硬水即鹼度小於硬度(等同於重碳酸根的含量低於鈣鎂量)，故在不補加二氧化碳的情況下不能完全消除硬度。專利CN106277369A雖也提及陰陽極間加隔膜，但同樣要求陰極室出水口需連接一外部結晶器誘發結晶，結晶器體積龐大且時效性低，因無二氧化碳的補給同樣存在硬度水條件下不能完全消除硬度達到徹底軟化水的目的。
發明內容
本發明的第一目的是提供了一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，向電解槽中通入電流，使得陰極室內形成強鹼性區域，利用電解產生的OH-，使得Ca2+生成CaCO3晶體，與Mg2+生成Mg(OH)2晶體，並隨著電解的進行，陰極室pH值增大，碳酸鈣晶體聚團行為加強而迅速形成晶核，使得過飽和的CaCO3和Mg(OH)2懸浮液高效自發結晶，避免了誘發結晶和外加絮凝劑而帶來的二次污染，減少了工序步驟，而且時間上也快很多，投資少、設備佔用空間也少，處理能力大。
本發明的第二目的是提供了一種利用上述高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法軟化硬水的裝置及其系統，向電解槽中通入電流，使得陰極室內形成強鹼性區域，利用電解產生的OH-，使得Ca2+生成CaCO3晶體，與Mg2+生成Mg(OH)2晶體，並隨著電解的進行，陰極室pH值增大，CaCO3晶體聚團行為加強而迅速形成晶核，使得過飽和的CaCO3和Mg(OH)2懸浮液高效自發結晶，避免了誘發結晶和外加絮凝劑而帶來的二次污染，減少了工序步驟，而且時間上也快很多，投資少、設備佔用空間也少，處理能力大。
本發明的技術方案如下：
一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，包括以下步驟：
(1)通過隔膜或細孔板將電解槽分隔成陽極室和陰極室，並將陽極板和陰極板分別置於陽極室和陰極室中;
(2)通一電流，所述的電流根據I≥1.01Qη(M+2M2)計算得到，其中，I為電極板的電流，單位：A;η為目標軟化率，單位：1;Q為陰極室的水流量，單位：L/s;當M0>M1時，M=M0;當M0[(M0+M2)/(M1+M2)]時，M=2M1-M0;M0為待軟化水的鹼度，單位：mgCaCO3/L;M1為待軟化水的鈣硬度，單位：mgCaCO3/L;M2為待軟化水的鎂硬度，單位：mgCaCO3/L;
(3)待軟化的水流經陰極室，通電後，在陰極室內形成強鹼性區域，體系pH≥10，電解產生的OH-，與HCO3-反應生成CO32-，然後與水體中的Ca2+結合生成CaCO3晶體;與Mg2+結合生成Mg(OH)2晶體，且隨電解的進行陰極室pH值的增大，CaCO3晶體的zeta電位降低，晶體聚團行為加強而迅速形成晶核，隨高速水流流出陰極室的過飽和CaCO3和Mg(OH)2懸浮液以此晶核為生長點並迅速成長，實現自發結晶，生成為肉眼可見的固體顆粒物，懸浮於水中，再進行沉降或過濾，即完成軟化。
優選為，還包括在M0[(M0+M2)/(M1+M2)]時，向陰極液中通入足量空氣或二氧化碳。
優選為，常溫常壓下通入空氣的流量根據Q1=0.61Q(M1-M0)計算得到，其中，Q1為向陰極室通入空氣的流量，單位：L/s。
優選為，常溫常壓下通入CO2的流量根據Q0=2.45Q(M1-M0)·10-4計算得到，其中，Q0為向陰極室通入CO2的流量，單位：L/s。
優選為，所述的陽極板為碳電極、貴金屬電極或鈦基金屬氧化物電極中的一種;所述的陰極板為不銹鋼、鑄鐵、石墨、鋁或銅等定型導電材料中的一種。
優選為，所述的隔膜為陰離子交換膜、陽離子交換膜、雙極膜、石棉纖維膜、無紡布、化纖濾布或陶瓷隔膜中的一種;所述的細孔隔板為帶有微小細孔且不影響導電的塑料薄板，如聚四氟乙烯塑料薄板。
本發明還公開了一種利用上述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法軟化硬水的裝置。
優選為，至少在所述的陰極室的兩端分別設有進水口和出水口，在所述的進水口上設有空氣或二氧化碳補氣口，在所述的出水口上連有過濾器或沉降池。
優選為，在所述的出水口與所述的過濾器或沉降池之間設有第一氣液分離器，用來收集綠色能源—氫氣。
本發明還公開了一種軟化硬水的系統，將若干個上述的電解槽並聯、串聯或串並復合連接，且在陰極室出水口的匯集處設有第二氣液分離器，用來收集綠色能源—氫氣。
與現有技術相比，本發明的有益效果如下：
一、本發明的一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，通過I≥1.01Qη(M+2M2)計算出一適宜電流，使得陰極室內形成強鹼性區域，體系pH≥10，利用電解產生的OH-，使得Ca2+生成CaCO3晶體，與Mg2+生成Mg(OH)2晶體，並隨著電解的進行，陰極室pH值增大，CaCO3晶體聚團行為加強而迅速形成晶核，流出陰極室的過飽和懸浮液以此晶核為生長點高效自發結晶，實現將水中大部分或全部鈣鎂離子一次性除去，且在陰極板上不會附著水垢，無需誘發結晶和外加絮凝劑，避免了二次污染，減少了工序步驟，具有軟化效率稿，投資少、設備佔用空間少，處理能力大等優點;
二、本發明的一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，還根據Q1=0.61Q(M1-M0)計算通入空氣的流量和根據Q0=2.45Q(M1-M0)·10-4計算通入二氧化碳的流量，以提供足夠量的HCO3-，達到所需軟化率;
三、本發明的一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，根據通入電流的計算公式和通入空氣或二氧化碳的計算公式，計算出電流值及通入空氣或二氧化碳的速率，便於實現數控化和自動化，使用清潔電能作為唯一的「處理劑」，無色環保無污染。

B. 軟化水處理工藝

不需要
水的軟化方法有：①加熱法；②石灰蘇打法：用石灰降低暫時硬水版硬度，用燒鹼（蘇打）降低非權碳酸鹽硬水的硬度；③離子交換法：用離子交換劑除去鈣鎂離子，目前家用「凈水器」多採用這種方法。

絮凝劑是能夠將溶液中的懸浮微粒聚集聯結形成粗大的絮狀團粒或團塊的物質。

目前使用的絮凝劑按其來源及性質可分為無機絮凝劑、合成有機高分子絮凝劑和天然生物高分子絮凝劑三大類。無機絮凝劑主要是鐵鹽和鋁鹽,這類葯劑在使用過程中耗量較大,並具有一定的腐蝕性和毒性,對人類健康和生態環境會產生不利影響;合成的高分子絮凝劑,如聚丙烯酞胺、聚丙烯酸等具有用量少、絮凝速度快等優點,但這類高聚物的殘余單體具有「三致」效應(致畸、致癌、致突變),因而使其應用范圍受到限制;相比之下,天然生物高分子絮凝劑,如殼聚糖、澱粉衍生物、明膠等,是從自然物質中提取並稍經化學改性處理的物質,這類絮凝劑無毒或低毒、無二次污染,但絮凝活性低,單獨用於絮凝凈化效果也不理想。現在提出一種新型的微生物絮凝劑。

C. 什麼是軟水處理

軟水處理就是水的軟化處理=就是將水的硬度降下來=利用科學的方法將水中的鈣鎂離子除去。
水的軟化方法有：①加熱法；②石灰蘇打法：用石灰降低暫時硬水硬度，用燒鹼（蘇打）降低非碳酸鹽硬水的硬度；③離子交換法：用離子交換劑除去鈣鎂離子，目前家用「凈水器」多採用這種方法。
絮凝劑是能夠將溶液中的懸浮微粒聚集聯結形成粗大的絮狀團粒或團塊的物質。
目前使用的絮凝劑按其來源及性質可分為無機絮凝劑、合成有機高分子絮凝劑和天然生物高分子絮凝劑三大類。無機絮凝劑主要是鐵鹽和鋁鹽,這類葯劑在使用過程中耗量較大,並具有一定的腐蝕性和毒性,對人類健康和生態環境會產生不利影響;合成的高分子絮凝劑,如聚丙烯酞胺、聚丙烯酸等具有用量少、絮凝速度快等優點,但這類高聚物的殘余單體具有「三致」效應(致畸、致癌、致突變),因而使其應用范圍受到限制;相比之下,天然生物高分子絮凝劑,如殼聚糖、澱粉衍生物、明膠等,是從自然物質中提取並稍經化學改性處理的物質,這類絮凝劑無毒或低毒、無二次污染,但絮凝活性低,單獨用於絮凝凈化效果也不理想。現在提出一種新型的微生物絮凝劑。

D. 軟化水有什麼作用

設備通過樹脂交換的抄能力吸附水中的鈣、鎂離子，達到一定的飽和狀態後，在反清洗的作用下將鈣、鎂離子沖掉，達到了凈化的目的。如果水中的鈣、鎂離子過多就會對設備造成損壞，起不到了很好的凈水效果，所以軟化水設備的出現對水處理行業來說有重要的意義。設備具有產水穩定、操作簡單方便，便於維修和保護的特點，已經收到了用戶的好評。有時候在對水質要求比較高的處理設備中還會用軟化水設備作為預處理過程。

E. 純凈水和軟化水有什麼區別

區別：純凈抄水能直接飲用，主要指飲用水。軟化水設備出來的軟化水原則上不能飲用，主要用於生活用水，用軟水洗衣物，能使衣物更鮮艷、蓬鬆柔軟.

純水機過濾出來就是純凈水，它採用反滲透膜過濾技術，核心是微孔過濾，只有水分子和比水分子小的礦物質能通過過濾膜並保留下來，細菌、污染物、礦物質均不能通過過濾膜，從而保證出水水質的純凈。

軟水機基本是採用離子交換技術，採用再生鈉型樹脂置換水中的易結垢的鈣、鎂離子，從而軟化水質達到去除水垢的目的。

(5)軟化水處擴展閱讀：

純凈水是通過相應的過濾材料，去除水中的鐵銹、泥沙、余氯、有機物、有害的重金屬離子、細菌、病毒等得到的水。一般屬於物理過濾方式。

軟化水，簡單講，就是去除水中的硬度離子，如鈣、鎂離子的水，降低水的硬度。一般來講是通過樹脂置換出溶解在自來水中的鈣、鎂等重金屬離子，屬於化學方式。

用軟水洗頭發，能使頭發更柔順富有光澤。用軟化水洗臉能起到美容的效果，可以說生活用水軟化後有著十分重要的作用。

F. 什麼是軟化水什麼是新水什麼是中水三者有何區別

軟水是只含有少量的可溶性鎂鹽和鈣鹽的天然水，也可以說經軟化處理過的硬水。天然的軟水一般指江水、河水、湖(淡水湖)水等。

新水就是補充進循環水系統的自來水或處理水。循環水系統中的保有水量是要求保持恆定的。

再生水是指廢水或雨水經適當處理後，達到一定的水質指標，滿足某種使用要求，可以進行有益使用的水。

區別：用途不同

軟化水：浴室、廚房、洗衣、暖氣、鍋爐、中央空調設備供水等廣大領域。

新水：工廠、生活。

再生水：可以用於農田灌溉、園林綠化（公園、校園、高速公路綠帶、高爾夫球場、公墓、綠帶和住宅區等）、工業（冷卻水、鍋爐水工藝用水）、大型建築沖洗以及游樂與環境（改善湖泊、池塘、沼澤地，增大河水流量和魚類養殖等），還有消防、空調和水沖廁等市政雜用。

(6)軟化水處擴展閱讀

軟水的作用：

1、防止水管道、熱水器、咖啡機，加濕器、蒸汽電熨斗、浴缸、淋浴噴頭、抽水馬桶等家庭器具積留水垢、經常堵塞、熱效率低等現象。

2、延長豆腐保質期，豆漿更香濃，豆芽不需生長素，長勢粗壯。洗菜，清除農葯成分，延長蔬菜保鮮期。煮飯，縮短時間，米粒松軟光潤、麵食不易膨脹。烹調，保持蔬菜的天然口感和營養成分。

3、有效抑制真菌，促進外傷癒合，減少便秘、腸胃類及結石類疾病的發病幾率。

4、清洗廚房浴室，強勁去污、除異味。具有較強的去污力。軟水洗滌衣物纖維，不會發硬，發脆，節約洗滌用品。

5、軟水從根本上消除了水鹼，使設備安全運行，節省經費支出，減少水設備及水管道維修費60%以上，減少熱水燃料費30%以上，減少洗滌劑購置費50%以上。

G. 軟化水是什麼水

不含或含較少可溶性鈣、鎂化合物的水叫做軟水（soft
water）。軟水不易與肥皂產生浮渣，而硬水相反。天然軟水一般指江水、河水、湖(淡水湖)水。經軟化處理的硬水指鈣鹽和鎂鹽含量降為
1.0～50
毫克／升後得到的軟化水。雖然煮沸就可以將暫時硬水變為軟水，但在工業上若採用此法來處理大量用水，則是極不經濟的。
在日常生活中，我們經常見到水壺用久後內壁會有水垢生成，這是因為在我們取用的水中含有不少無機鹽類物質，如鈣、鎂鹽等。這些鹽在常溫下的水中肉眼無法發現，一旦它們加溫煮沸，便有不少鈣、鎂鹽以碳酸鹽形式沉澱出來，它們緊貼壺壁就形成水垢。我們通常把水中鈣、鎂離子的含量用「硬度」這個指標來表示。硬度1度相當於每升水中含有10毫克氧化鈣。低於8度的水稱為軟水，高於17度的稱為硬水，介於8～17度之間的稱為中度硬水。雨、雪水、江、河、湖水都是軟水，泉水、深井水、海水都是硬水。
有些鈣、鎂離子含量很高的水卻不見有水垢生成，這是因為這些鈣、鎂離子以氯化鹽形式存在，它們是可溶的，所以在加熱時並不能沉澱出來。
水的硬度對日常生活影響是很大的。如水的硬度大時洗衣服不起泡；旅居異地因飲水的硬度不適應可出現水土不服的症狀；壺內結水垢會使壺的導熱性下降；工業鍋爐的水垢可引起爆炸事故。所以，生活和工業用水均應適當控制水的硬度。常喝軟水（純凈水）容易得心腦血管疾病，常喝硬水（礦泉水）容易得腎結石。

H. 軟化水的好處

水質的硬度過來於高，喝起來源口感不好，水中也容易產生白色沉澱物狀的水垢;水垢附在加熱容器或者是加熱器上面，日積月累就會延長容器加熱的時間，也會加大能源的耗損。如果水垢進入人體，對人體的健康也會有影響，因為水垢是無法被吸收的。
北京科立潔公司的軟水器是大家值得信賴的產品。
特點：完全替代傳統手工控制閥門的鈉離子交換罐
1.
自動化程度高：安裝調試後，軟水器按預先設置好的程序自動完成工作，再生循環；只需定期加入足量的再生劑（鹽）既可。
2.
結構合理：採用新式的布水結構及反洗控制方式，使布水更均勻合理，樹脂的交換能力得到充分利用；反洗強度幾乎不受水壓高低波動的影響。
3.
耐腐蝕防污染：採用玻璃鋼罐體和工程塑料管件，耐腐蝕能力強。
4.
佔地少：設備設計結構緊湊，具有小巧輕便、美觀的特點，因而佔地面積小，安裝快捷方便。

I. 工業上是如何軟化水的

工業一般都是生來產源用水，用水量會很大，用蒸餾法確實是太浪費時間和能源了。現在工業上一般都用鈉離子交換法，就是利用鈉離子樹脂把鈣鎂離子置換出來，君浩環保軟化水設備就是這樣做的，設備是全自動運行，省時省力，效率還高。

J. 軟化水處理設備入口水壓低有什麼影響

一般說來來，軟化水設備的運行壓力要源求是0.2-0.5MPa，這樣的壓力要求有兩方面的原因：壓力大於0.2MPa，是為了保證再生的吸鹽效果。因為全自動軟化水設備是靠水力形成負壓來抽取鹽水的，吸鹽器上端的壓力直接影響吸鹽的速度和效果，一般說來如果壓力低於0.18MPa的話，吸鹽效果會明顯下降。