生活饮用水软化处理方法探讨

　　1、引言

　　我国有大面积的地方为盐碱地区和石灰溶地区，这些地区的水硬度高，有时硬度达到700多度，硬度严重超标，这些水不仅口味极差，而且如果长期饮用，会对入的身体健康造成严重损害。目前我国饮用水水质标准中硬度为450度，有研究表明水的硬度在170度左右对人体最适合，这些地区在进行水处理时要考虑软化处理。目前主要的软化方法有：石灰药剂强化混凝法、离子交换法和膜法。

　　2、软化处理

　　2.1石灰药剂强化混凝软化法

　　水的药剂软化法的工艺过程，就是根据容度积原理，按需要向水中投加适当药剂，使之与钙、镁离子反应生成不溶性沉淀物为CaCO3和（OH）2。通常用的药剂有石灰、纯碱、苛性钠、磷酸三钠等，其中以石灰软化最为常用。

　　石灰经消化后。制成石灰乳投加在原水中，在高pH值条件下与重碳酸盐产生如下反应：

　　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为沉淀物，钙镁二价离子形成的沉淀物在下沉过程中起到混凝剂的作用，CaCO3具有良好的絮凝作用。使各种沉淀物在反应池中絮凝，在沉淀池和滤池中去除。对于地下水，一般水的浊度不高，不需投加其它混疑剂。其中pH值对混凝效果好坏影响很大，各地在进行石灰软比时，应根据当地水质实际情况，通过烧杯试验观察不同pH值下的去除效果，同时考虑投药的经济性，确定最佳pH值。在生产试验中投加Ca（OH）2将水溶液调整为最洼的pH值。在这种方法中，水的pH值和药剂投加量是关键。通常在烧杯试验、模型试验和生产试验中确定。为增加混凝效果，可投加聚丙稀酰胺作为助凝剂。投加石灰后，出厂水的pH值会较高，在出厂水中应进行酸中和，调整水的pH值符合饮用水水质标准。许多地区的水源中，在硬度超标的同时，溶解性总固体和铁、锰也往往超标，强化混凝和石灰药剂法也能去除一定的铁、锰和溶解性总固体。由于石灰的价格低，来源广，适用于原水的碳酸盐硬度较高、非碳酸盐硬度较低的情况。生活饮用水不要求深度软化，目前表明这种方法处理后，出水硬度指标完全符合饮用水水质标准，石灰药剂强化混凝法是经济有效的。投加石灰能去除水中大部分碳酸盐硬度，不能去除非碳酸盐硬度，如原水非碳酸盐硬度较高，可用石灰苏打法。随着水源受到日益严重的污染，普遍水源中的有机物浓度增大，水中出现了隐孢子虫和其它一些病原菌。美国对石灰药剂强化混凝法对消毒副产物的前提物去除进行了大量研究，采取不同地方的水源、具有不同水质的水样为研究对象，水样中的钙镁离子浓度比例不同，试图找到石灰软化与去除消毒副产物的前提物之间的关系。为了去除水中的天然有机物，可在石灰软化处理后加阴离子交换树脂，这种方法对去除有机物和色度是有效的，能将色度从17度降低到小于3度，一般情况下阴离子树脂能有效去除分子量在1000以上的有机物，1000以下不一定有效。

　　2.2离子交换软化法

　　离子交换法，就是将水连续通过阳离子交换体，使组成水质硬度的钙镁离子，与离子交换剂中的钠离子或氢离子进行交换，钙镁离子被钠或氢离子所取代，从而获得水质软化的效果。常用离子交换剂有阳离子交换树脂和磺化煤等。离子交换剂的工作交换容量是有限的，当其失去交换能力时，就要进行再生。离子交换树脂运行过程中原水总含盐量及其组分、树脂层高度、运行流速、水温、再生方式、再生剂品种和纯度、再生液浓度和温度、再生流速、再生剂用量等均会影响树脂的实际工作交换容量。离子交换法会在水中产生一定的腐蚀性，会在三个方面产生影响：一是会在水中产生金属腐蚀副产物，二是会改变水的化学性质，三是会破坏供水管网的表面钝化膜，从而腐蚀管网。因此控制水的腐蚀性至关重要。

　　2.3膜软化法

　　一方面原水受到日益严重的污染，另一方面人们对饮用水的水质要求越来越高，随着膜分离技术的提高，膜软化工艺日益受到重视。尽管建造费和运行费比石灰软化要高，但膜软化能生产优质饮用水，即使未来的水质标准进一步提高，膜法仍能满足要求，膜软化的优势相当明显。膜软化能处理不同水质的原水，能按照人们的要求生产各种质量的饮用水。石灰软化处理不能满足未来的需要，在建造水厂时，从长远考虑应选择膜技术。但目前膜的价格较贵。随着膜的价格降低，膜软化将得到广泛应用。一些高硬度的水还含有高色度和高天然有机物含量，对这些原水水质较差而软化就要考虑采用膜软化，膜软化的同时对色、总有机碳、三卤甲烷的前提物（THMFP）也能有效的去除。膜软化适用在进料水质饺差而软化水质要求较高的领域，膜软化具有不需再生、无污泥产生、完全去除有机物、操作简单、占地面积少等优点，是其它软化工艺所不能比拟的。常用的膜技术包括电渗析、纳滤和反渗透。

　　反渗透在进行软化时，能将水中的全部钙镁离子基本去除，完全软化的水饮用会对人体健康不利。在采用反渗透软化时，一部分水绕过反渗透装置，另一部分进行膜处理，然后将两部分进行混合，两者的比值称为混合率。通过调节混合率，使出水硬度到达期望的值。在美国佛罗里达州的两个农村地区在对井水软化时采用反渗透膜时，采用混合法。这两个反渗透膜分离水厂主要差别在两地的井水水质和出水水质目标。A地使用较低硬度和总溶解固体浅的含水层，且出水水质要求较低。因此允许更大的水绕过，混合率高，减少了制水成本。两水厂有相近的年运行费用，但A水厂有更高的产水量。第三种情况是采用低压力的软化膜，这一软化膜足以软化水、去除消毒副产物、降低总溶解固体、去除所有的色度符合饮用水水质标准。由于更低的压力，膜的出水硬度较高，则混合率也更低。总处理费用和前两种接近。利用更低的混合率，更多的原水经过膜处理，能更好控制三卤甲烷的前提物。

　　电渗析在膜分离领域占有重要地位，在一些地方是饮用水的主要生产方法。在用电渗析降低水的硬度时，应重视预处理工艺，首先要加碱性药剂去除水中的部分非碳酸盐硬度，使预处理后水的硬度基本达到饮用水的要求以减少膜表面结垢。在预处理中，还要降低水的浊度和色度，满足电渗析的进水水质要求，减少膜污染，延长膜的寿命。在电渗析中，不要去除水中全部的钙镁离子，完全软化的水并不适合饮用，通常饮用水的硬度在170度对人体是最好的。为防止电溶析膜上结垢，电渗析可用频繁倒极的工作方式，排放的极水可用碱液加以中和处理。电渗析属深度处理技术，降低硬度的同时，也可降低水中的溶解性总固体含量。

　　纳滤膜属于有机高分子纳米技术，最适合饮用水的软化处理。纳滤膜具有松散的表面层结构。由于膜内氨基和羧基两种正负基团，对低浓度的盐类有很高的去除效果，可在较低的压力（0.5～1Mpa）下实现较高的水通量。纳滤膜的总盐类去除率在50-70％，对Ca2+、Mg2+和SO42+的去除率特别高，在净水处理中适用高SO2+含量的水的软化，纳滤又保留了人体所需的无害的纳钾等盐分。纳滤进水要求几乎不含浊度，一般要求进水的SDI≤3，故比较适合用于硬度高的地下水软化处理，由于纳滤去除大部分的硬度，出水会对管网产生一定的腐蚀。在膜处理后，对后续处理要重视，要进行氯消毒，二氧化氯、硫化氢等气体的去除，控制腐蚀。

　　膜软化过程应根据不同进水水质、对产品水质和水量的要求等，选用不同的软化膜组件，确立操作工艺流程和参数。膜法软化的预处理要求严格，通常要经过预沉淀、粗滤、精滤等多道预处理工艺。针对高硬度造成CaCO3过泡和易在纳滤膜运转时形成结垢趋势，由于建造方使，全自动，管理方便，同采用石灰软化的水厂相比，膜分离水厂能提供较好的水质，膜能去除贾第鞭毛虫、隐泡子虫、放射性核素、硫、氮、金属、大部分有机致癌物。随着饮用水中出现的氯化消毒副产物和隐孢子虫等水传播细菌，膜软化方法更是优选的方法。膜净化水厂主要为小水量的，但目前膜软化的最大产水量也可达到每天几万吨。

　　3、结束语

　　各种软化处理方法各有特点，软化处理受多种因素影响，石灰药剂强化混凝法预处理简单，但出水水质不如膜软化好且管理较繁杂，离子交换软化法和膜软化对预处理要求严格，费用也较高。若膜软化法没旁路使出水水质与石灰软化的一样，则其操作和维修费用比石灰软化法的低。