2.5 软化实验
2.5.1 实验目的
（1）熟悉离子交换软化装置的操作过程。
（2）加深氢、钠离子交换软化过程、再生过程基本理论的理解。
2.5.2 实验原理
水中的硬度盐类包括Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe3+、Al3+等，在天然水中，主要是Ca2+和Mg2+。水中钙、镁离子的总含量称为水的总硬度，总硬度又分为暂时硬度和永久硬度。暂时硬度为碳酸盐硬度，煮沸时可沉淀析出；永久硬度为非碳酸盐硬度，在煮沸时不能沉淀析出。
降低水的硬度，称之为水的软化，软化方法包括药剂法软化和离子交换法软化。药剂软化法是往水中投加某些药剂（如石灰、苏打等），使之与水中的钙、镁离子生成沉淀物CaCO3和Mg（OH）2。
离子交换软化法是水中的钙、镁离子与树脂上的可交换离子钠离子或氢离子发生离子交换，全部去除或降低水中的钙、镁离子含量。树脂交换容量用尽，即树脂失效后，需要进行再生。通过加入过量的钠离子或氢离子溶液，将树脂上的钙、镁离子置换出来，代之新的可用交换离子，恢复树脂的交换能力。钠离子型交换树脂用食盐再生，氢离子型交换树脂用稀盐酸或者稀硫酸再生。水质软化的基本反应式如下。
（1）钠离子型交换树脂。
1）交换：
2）再生：
（2）氢离子型交换树脂。
1）交换：
2）再生：
本实验采用钠离子型交换树脂。
2.5.3 设备、仪器与用具
软化实验所用到的设备、仪器与用具如下。
（1）软化装置，如图2-4所示。
（2）100mL量筒、秒表。
（3）1m钢卷尺。
（4）测硬度所需药剂和用品。
（5）食盐。
2.5.4 操作步骤和方法
软化实验的操作步骤和方法如下。
（1）熟悉实验装置，清楚运行软化交换过程、树脂反冲洗过程、再生过程及树脂正洗过程管路的流程。
（2）测定原水硬度，记录交换柱内径及测量树脂层高度，数据记入表2-11。
（3）反洗：去除树脂层中的气泡和破碎的树脂。冲洗水用自来水，设定反洗流速和反洗时间。反洗结束将水放至水面高于树脂表面10cm左右，数据记入表2-12。
（4）根据软化装置树脂工作交换容量（e/L），树脂体积（L），计算顺流再生一次钠离子交换树脂时所消耗的食盐量，配制浓度10%左右的NaCl再生液。
图2-4 软化装置
1—软化柱；2—自来水箱；3—软化水或纯净水箱；4—水泵；5—进水转子流量计；6—反冲洗转子流量计；7—进水管；8—反冲洗进水管；9—加药口；10—排气管；11—反冲洗排水管；12—软化排水管
（5）再生：将再生液流过树脂层，再生流速为3～5m/h，再生液用毕时，关闭出水阀，将树脂在盐液中浸泡5～10min，数据记入表2-13。
（6）正洗：用软化水或纯净水冲洗树脂层。正洗流速15m/h左右，每3min测一次出水硬度，直至出水水质合乎要求时为止。数据记入表2-14。
（7）软化：启动水泵，以运行流速15m/h调节流量计，调节出水阀，使进出、水量保持平衡，每隔10min测一次出水硬度，当出水硬度超过原水硬度的20%以上时，结束实验。交换柱内树脂应浸泡在水中。数据记入表2-15。
表2-11 原水硬度及实验装置有关数据
表2-12 反洗过程记录
表2-13 再生过程记录
表2-14 正洗过程记录
表2-15 软化过程实验记录
2.5.5 实验结果整理
软化实验的实验结果整理步骤如下。
（1）绘制运行时间与出水硬度关系曲线。
（2）绘制清洗历时与出水硬度关系曲线。
2.5.6 思考题
（1）影响钠离子型交换软化出水硬度的因素有哪些?
（2）再生液浓度过高或过低对树脂再生效果有何影响?
（3）在软化反应为什么会产生CO2气体?