1、引言
我國(guó)有大面積的地方為鹽堿地區(qū)和石灰溶地區(qū)，這些地區(qū)的水硬度高，有時(shí)硬度達(dá)到700多度，硬度嚴(yán)重超標(biāo)，這些水不僅口味極差，而且如果長(zhǎng)期飲用，會(huì)對(duì)入的身體健康造成嚴(yán)重?fù)p害。目前我國(guó)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中硬度為450度，有研究表明水的硬度在170度左右對(duì)人體最適合，這些地區(qū)在進(jìn)行水處理時(shí)要考慮軟化處理。目前主要的軟化方法有：石灰藥劑強(qiáng)化混凝法、離子交換法和膜法。
2、軟化處理
2.1石灰藥劑強(qiáng)化混凝軟化法
水的藥劑軟化法的工藝過(guò)程，就是根據(jù)容度積原理，按需要向水中投加適當(dāng)藥劑，使之與鈣、鎂離子反應(yīng)生成不溶性沉淀物為CaCO3和（OH）2。通常用的藥劑有石灰、純堿、苛性鈉、磷酸三鈉等，其中以石灰軟化最為常用。
石灰經(jīng)消化后。制成石灰乳投加在原水中，在高pH值條件下與重碳酸鹽產(chǎn)生如下反應(yīng)：
Ca（HCO3）+Ca（OH）2＝2CaCO3↓2H2O
Mg（HCO3）2+Ca（OH）2=CaCO3↓+MgCO3+2H2O
MgCO3+Ca（OH）2＝Mg（OH）2↓+CaCO3↓
其中CaCO3和Mg（OH）2為沉淀物，鈣鎂二價(jià)離子形成的沉淀物在下沉過(guò)程中起到混凝劑的作用，CaCO3具有良好的絮凝作用。使各種沉淀物在反應(yīng)池中絮凝，在沉淀池和濾池中去除。對(duì)于地下水，一般水的濁度不高，不需投加其它混疑劑。其中pH值對(duì)混凝效果好壞影響很大，各地在進(jìn)行石灰軟比時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厮|(zhì)實(shí)際情況，通過(guò)燒杯試驗(yàn)觀(guān)察不同pH值下的去除效果，同時(shí)考慮投藥的經(jīng)濟(jì)性，確定最佳pH值。在生產(chǎn)試驗(yàn)中投加Ca（OH）2將水溶液調(diào)整為最洼的pH值。在這種方法中，水的pH值和藥劑投加量是關(guān)鍵。通常在燒杯試驗(yàn)、模型試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)中確定。為增加混凝效果，可投加聚丙稀酰胺作為助凝劑。投加石灰后，出廠(chǎng)水的pH值會(huì)較高，在出廠(chǎng)水中應(yīng)進(jìn)行酸中和，調(diào)整水的pH值符合飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。許多地區(qū)的水源中，在硬度超標(biāo)的同時(shí)，溶解性總固體和鐵、錳也往往超標(biāo)，強(qiáng)化混凝和石灰藥劑法也能去除一定的鐵、錳和溶解性總固體。由于石灰的價(jià)格低，來(lái)源廣，適用于原水的碳酸鹽硬度較高、非碳酸鹽硬度較低的情況。生活飲用水不要求深度軟化，目前表明這種方法處理后，出水硬度指標(biāo)完全符合飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，石灰藥劑強(qiáng)化混凝法是經(jīng)濟(jì)有效的。投加石灰能去除水中大部分碳酸鹽硬度，不能去除非碳酸鹽硬度，如原水非碳酸鹽硬度較高，可用石灰蘇打法。隨著水源受到日益嚴(yán)重的污染，普遍水源中的有機(jī)物濃度增大，水中出現(xiàn)了隱孢子蟲(chóng)和其它一些病原菌。美國(guó)對(duì)石灰藥劑強(qiáng)化混凝法對(duì)消毒副產(chǎn)物的前提物去除進(jìn)行了大量研究，采取不同地方的水源、具有不同水質(zhì)的水樣為研究對(duì)象，水樣中的鈣鎂離子濃度比例不同，試圖找到石灰軟化與去除消毒副產(chǎn)物的前提物之間的關(guān)系。為了去除水中的天然有機(jī)物，可在石灰軟化處理后加陰離子交換樹(shù)脂，這種方法對(duì)去除有機(jī)物和色度是有效的，能將色度從17度降低到小于3度，一般情況下陰離子樹(shù)脂能有效去除分子量在1000以上的有機(jī)物，1000以下不一定有效。
2.2離子交換軟化法
離子交換法，就是將水連續(xù)通過(guò)陽(yáng)離子交換體，使組成水質(zhì)硬度的鈣鎂離子，與離子交換劑中的鈉離子或氫離子進(jìn)行交換，鈣鎂離子被鈉或氫離子所取代，從而獲得水質(zhì)軟化的效果。常用離子交換劑有陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和磺化煤等。離子交換劑的工作交換容量是有限的，當(dāng)其失去交換能力時(shí)，就要進(jìn)行再生。離子交換樹(shù)脂運(yùn)行過(guò)程中原水總含鹽量及其組分、樹(shù)脂層高度、運(yùn)行流速、水溫、再生方式、再生劑品種和純度、再生液濃度和溫度、再生流速、再生劑用量等均會(huì)影響樹(shù)脂的實(shí)際工作交換容量。離子交換法會(huì)在水中產(chǎn)生一定的腐蝕性，會(huì)在三個(gè)方面產(chǎn)生影響：一是會(huì)在水中產(chǎn)生金屬腐蝕副產(chǎn)物，二是會(huì)改變水的化學(xué)性質(zhì)，三是會(huì)破壞供水管網(wǎng)的表面鈍化膜，從而腐蝕管網(wǎng)。因此控制水的腐蝕性至關(guān)重要。
2.3膜軟化法
一方面原水受到日益嚴(yán)重的污染，另一方面人們對(duì)飲用水的水質(zhì)要求越來(lái)越高，隨著膜分離技術(shù)的提高，膜軟化工藝日益受到重視。盡管建造費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)比石灰軟化要高，但膜軟化能生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飲用水，即使未來(lái)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提高，膜法仍能滿(mǎn)足要求，膜軟化的優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯。膜軟化能處理不同水質(zhì)的原水，能按照人們的要求生產(chǎn)各種質(zhì)量的飲用水。石灰軟化處理不能滿(mǎn)足未來(lái)的需要，在建造水廠(chǎng)時(shí)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮應(yīng)選擇膜技術(shù)。但目前膜的價(jià)格較貴。隨著膜的價(jià)格降低，膜軟化將得到廣泛應(yīng)用。一些高硬度的水還含有高色度和高天然有機(jī)物含量，對(duì)這些原水水質(zhì)較差而軟化就要考慮采用膜軟化，膜軟化的同時(shí)對(duì)色、總有機(jī)碳、三鹵甲烷的前提物（THMFP）也能有效的去除。膜軟化適用在進(jìn)料水質(zhì)餃差而軟化水質(zhì)要求較高的領(lǐng)域，膜軟化具有不需再生、無(wú)污泥產(chǎn)生、完全去除有機(jī)物、操作簡(jiǎn)單、占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，是其它軟化工藝所不能比擬的。常用的膜技術(shù)包括電滲析、納濾和反滲透。
反滲透在進(jìn)行軟化時(shí)，能將水中的全部鈣鎂離子基本去除，完全軟化的水飲用會(huì)對(duì)人體健康不利。在采用反滲透軟化時(shí)，一部分水繞過(guò)反滲透裝置，另一部分進(jìn)行膜處理，然后將兩部分進(jìn)行混合，兩者的比值稱(chēng)為混合率。通過(guò)調(diào)節(jié)混合率，使出水硬度到達(dá)期望的值。在美國(guó)佛羅里達(dá)州的兩個(gè)農(nóng)村地區(qū)在對(duì)井水軟化時(shí)采用反滲透膜時(shí)，采用混合法。這兩個(gè)反滲透膜分離水廠(chǎng)主要差別在兩地的井水水質(zhì)和出水水質(zhì)目標(biāo)。A地使用較低硬度和總?cè)芙夤腆w淺的含水層，且出水水質(zhì)要求較低。因此允許更大的水繞過(guò)，混合率高，減少了制水成本。兩水廠(chǎng)有相近的年運(yùn)行費(fèi)用，但A水廠(chǎng)有更高的產(chǎn)水量。第三種情況是采用低壓力的軟化膜，這一軟化膜足以軟化水、去除消毒副產(chǎn)物、降低總?cè)芙夤腆w、去除所有的色度符合飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由于更低的壓力，膜的出水硬度較高，則混合率也更低。總處理費(fèi)用和前兩種接近。利用更低的混合率，更多的原水經(jīng)過(guò)膜處理，能更好控制三鹵甲烷的前提物。
電滲析在膜分離領(lǐng)域占有重要地位，在一些地方是飲用水的主要生產(chǎn)方法。在用電滲析降低水的硬度時(shí)，應(yīng)重視預(yù)處理工藝，首先要加堿性藥劑去除水中的部分非碳酸鹽硬度，使預(yù)處理后水的硬度基本達(dá)到飲用水的要求以減少膜表面結(jié)垢。在預(yù)處理中，還要降低水的濁度和色度，滿(mǎn)足電滲析的進(jìn)水水質(zhì)要求，減少膜污染，延長(zhǎng)膜的壽命。在電滲析中，不要去除水中全部的鈣鎂離子，完全軟化的水并不適合飲用，通常飲用水的硬度在170度對(duì)人體是最好的。為防止電溶析膜上結(jié)垢，電滲析可用頻繁倒極的工作方式，排放的極水可用堿液加以中和處理。電滲析屬深度處理技術(shù)，降低硬度的同時(shí)，也可降低水中的溶解性總固體含量。
納濾膜屬于有機(jī)高分子納米技術(shù)，最適合飲用水的軟化處理。納濾膜具有松散的表面層結(jié)構(gòu)。由于膜內(nèi)氨基和羧基兩種正負(fù)基團(tuán)，對(duì)低濃度的鹽類(lèi)有很高的去除效果，可在較低的壓力（0.5～1Mpa）下實(shí)現(xiàn)較高的水通量。納濾膜的總鹽類(lèi)去除率在50-70％，對(duì)Ca2+、Mg2+和SO42+的去除率特別高，在凈水處理中適用高SO2+含量的水的軟化，納濾又保留了人體所需的無(wú)害的納鉀等鹽分。納濾進(jìn)水要求幾乎不含濁度，一般要求進(jìn)水的SDI≤3，故比較適合用于硬度高的地下水軟化處理，由于納濾去除大部分的硬度，出水會(huì)對(duì)管網(wǎng)產(chǎn)生一定的腐蝕。在膜處理后，對(duì)后續(xù)處理要重視，要進(jìn)行氯消毒，二氧化氯、硫化氫等氣體的去除，控制腐蝕。
膜軟化過(guò)程應(yīng)根據(jù)不同進(jìn)水水質(zhì)、對(duì)產(chǎn)品水質(zhì)和水量的要求等，選用不同的軟化膜組件，確立操作工藝流程和參數(shù)。膜法軟化的預(yù)處理要求嚴(yán)格，通常要經(jīng)過(guò)預(yù)沉淀、粗濾、精濾等多道預(yù)處理工藝。針對(duì)高硬度造成CaCO3過(guò)泡和易在納濾膜運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)形成結(jié)垢趨勢(shì)，由于建造方使，全自動(dòng)，管理方便，同采用石灰軟化的水廠(chǎng)相比，膜分離水廠(chǎng)能提供較好的水質(zhì)，膜能去除賈第鞭毛蟲(chóng)、隱泡子蟲(chóng)、放射性核素、硫、氮、金屬、大部分有機(jī)致癌物。隨著飲用水中出現(xiàn)的氯化消毒副產(chǎn)物和隱孢子蟲(chóng)等水傳播細(xì)菌，膜軟化方法更是優(yōu)選的方法。膜凈化水廠(chǎng)主要為小水量的，但目前膜軟化的最大產(chǎn)水量也可達(dá)到每天幾萬(wàn)噸。
3、結(jié)束語(yǔ)
各種軟化處理方法各有特點(diǎn)，軟化處理受多種因素影響，石灰藥劑強(qiáng)化混凝法預(yù)處理簡(jiǎn)單，但出水水質(zhì)不如膜軟化好且管理較繁雜，離子交換軟化法和膜軟化對(duì)預(yù)處理要求嚴(yán)格，費(fèi)用也較高。若膜軟化法沒(méi)旁路使出水水質(zhì)與石灰軟化的一樣，則其操作和維修費(fèi)用比石灰軟化法的低。
