软水机高效再生模式及其方法

软水机高效再生模式及其方法

陈宝

珠海格力电器股份有限公司     广东珠海519000

摘要：为提高软水机再生方法盐利用率，提供一种软水设备的树脂再生方法，该方法包括连续循环进行的吸盐再生步骤和无盐水置换步骤且所述循环次数至少为两次。多阶段吸盐再生实现分峰减负，通过将总盐分在多个循环周期利用，能够避免一次性吸盐再生模式由于置换水置换中钙镁离子浓度过高而造成的离子返混现象，且流动的无盐水液置换上一阶段吸盐再生产生的钙镁离子以弱化离子返混对下一再生过程的影响，提高再生效率同时达到节盐的目的。

关键词：软水机；树脂；离子返混；吸盐再生；再生效率

1 引言

传统的软水机的工作过程一般包括运行-反洗-再生-补水-正洗五大步骤，其中再生步骤为利用高浓度盐溶液对失效的离子交换树脂进行再生，置换导致其失效的钙、镁等离子，使其恢复工作能力。现有的软水机，其再生步骤包含吸盐再生和慢洗两个阶段，其中吸盐再生主要为对高浓度的浓盐水进行适当稀释后与失效离子树脂进行再生交换，该步骤结束后即进入慢洗步骤，作用为利用原水对未利用的残留盐溶液进行置换同时发挥该部分残留盐溶液的作用进行弱再生。吸盐再生过程的溶液为原水和浓盐水混合而成的稀盐水，此时流量为V1；浓盐水吸完后，则只有原水进入，此时流量为V2，对于传统软水机V1＞V2。

但传统的再生方法仅是依据经验设置再生和慢洗的盐量，以及确定再生终止的时间，无法根据实际情况控制再生模式，缺乏科学性，因而不可避免的会造成盐的浪费。因此迫切的需要找到一种解决方案提高再生效率同时达到产品节盐的目的。

2 实现方法与分析

2.1技术难点与问题分析

（1）传统软水机的单个“吸盐再生-慢洗”再生步骤，一次性吸盐再生模式由于置换水置换中钙镁离子浓度过高而造成的离子返混现象，再生盐利用率不高：

传统的软水机的工作过程：一般包括运行→反洗→再生→补水→正洗五大步骤，其再生步骤包含吸盐再生和慢洗两个阶段，其中吸盐再生主要为对高浓度的浓盐水进行适当稀释后与失效离子树脂进行再生交换，该步骤结束后即进入慢洗步骤，作用为利用原水对未利用的残留盐溶液进行置换同时发挥该部分残留盐溶液的作用进行弱再生；

图一

2.2具体实现方式如下

图二

图三

2.2.1传统的软水机再生过程研究与分析

针对传统的软水机再生过程（图1所示），进行了进一步的数据研究。如图2所述。图2为监测的传统再生过程再生排放液的重量和硬度的变化曲线，再生液组成包括原水、盐成分、置换下来的钙镁成分。从图2可知，传统软水机再生过程，其硬度峰与重量峰均为单峰形式，存在的问题为易造成置换下来的钙镁离子浓度局部过高，造成离子返混问题。当硬度出现峰值时，再生液重量也接近出现峰值，该结果表明此时为硬度置换下的最高值，盐利用率也是全过程最高值。然而，当硬度峰值过后，其硬度值断崖式下降，说明此时置换下的钙镁离子量已经在减少，而重量曲线没有出现相似的现象，该结果说明此时出现盐浪费问题。发明人分析，发生该现象的原因有两个，一是可能树脂已经得到充分再生（从实验数据分析可能性很低），再生盐过量；二是可能置换下来的钙镁离子局部浓度过高存在离子返混问题，影响再生效率。

2.2.2多阶段吸盐再生-无盐水置换的方法研究与分析

1、多阶段吸盐再生-无盐水置换步骤确定

从上述分析可知，传统再生过程不可避免的存在盐浪费问题，针对该问题，提供一种软水设备的树脂再生方法，可有效提高盐利用率，实现节盐目的。

请参阅图3，该树脂再生方法，包括连续循环进行的吸盐再生步骤和无盐水置换步骤，所述循环次数至少为两次，且所述吸盐再生的步骤包括向待处理的树脂中通入流动的盐水，使所述盐水与所述待处理的树脂发生离子置换反应；

所述无盐水置换步骤包括向所述吸盐再生后的树脂中通入流动的不含盐的水，对所述吸盐再生后的树脂和树脂中的液体进行冲洗，置换过程中同时带动所述吸盐再生步骤未充分利用的盐进行二次利用。

相比于传统软水机的单个“吸盐再生-慢洗”再生步骤，多阶段吸盐再生-无盐水置换的方法，可以有效提升再生效率和提高盐利用率。该再生模式原理为多阶段吸盐再生实现分峰减负，通过将总盐分在多个循环周期利用，能够避免一次性吸盐再生模式由于置换水置换中钙镁离子浓度过高而造成的离子返混现象，并且流动的无盐水液置换上一阶段吸盐再生产生的钙镁离子以弱化离子返混对下一再生过程的影响，提高再生效率同时达到节盐的目的。并且该再生方式吸盐再生步骤和无盐水置换步骤均为动态流动接触过程，相较于静态接触过程，可有效避免置换下的钙镁离子的返混现象，同时节约再生时间。

吸盐再生，这里指的是原水吸盐箱中浓盐水，原水与浓盐水混合后对浓盐水进行稀释达到再生需要的浓度，然后进入树脂，盐离子与钙镁离子进行离子置换，使钙镁离子从树脂上脱离。溶液组成包括盐水和原水。

无盐水置换，原水不吸收浓盐水，仅有原水经过树脂，其作用为对吸盐再生步骤未完全利用的盐进行置换清洗，同时流经树脂时对树脂进行弱再生过程。因为盐比水重，盐会有下沉，所以即使吸盐过程结束，但是还存有沉底盐，本申请的无盐水置换的优点就是置换冲洗的同时，可以对这部分盐进行再利用。

2、吸盐再生步骤通入的盐水中的盐量的确定方法：

设定所述循环次数为N；沿所述待处理的树脂的纵向选取N+1个待测点，相邻的两个待测点之间形成一个树脂段，将所述待处理的树脂分为N个树脂段；测定各所述待测点的树脂失效程度，所述树脂段的平均失效程度为所述相邻的两个待测点的失效程度的平均值，所述树脂段的需盐量= N个循环周期设定的总盐量×所述树脂段的平均失效程度÷N个树脂段的平均失效程度的总和；各循环周期的吸盐再生步骤中通入的盐水中的盐量分别对应一个树脂段的所述需盐量，所述各循环周期的吸盐再生步骤中通入的盐水中的盐量的总和为所述N个循环周期设定的总盐量。

传统的再生吸盐过程吸盐量多少没有指导性，存在盲目性。相比于传统的树脂吸盐再生方案，本实施例的多阶段再生方案，对每一个阶段的吸盐量多少提供了一个计算方法，可以更好的发挥多阶段再生的效果和提高盐利用率。相比于现有软水机单个吸盐再生-慢洗步骤，本实施例中提出的多阶段再生模式在盐耗一致时可以获得更大的再生效率（体现为高周期制水量），确保高效再生的同时达到提升盐利用率的目的。

设定的循环次数N根据实际要求确定，可以认为设定，例如设定为2个、3个、4个、5个或更多个循环周期。确定的待测点数与循环次数相关。相邻的待测点之间形成一个树脂段。每一树脂段的需盐量分别对应一个循环周期的需盐量。N+1个待测点，将所述待处理的树脂分为N个树脂段，代表N个循环周期的需盐量。一个循环周期的需盐量依据一个树脂段纵向失效程度决定。树脂段的失效程度越大，树脂再生所需的盐量越多。失效程度的确定需要通过对不同高度的树脂段取样测试其剩余交换容量确定。

剩余交换容量的测试原理见下表1，在一实施例中，测定点的测试方法为将取样的树脂放入锥形瓶中，放于摇床中振荡反应一定时间，再按照表1测试计算。

表1 剩余交换容量测定

其中，Qe为树脂体积交换容量，依据树脂的种类确定。

待测点的树脂失效程度S的计算公式为：S=（R1-R2）/R1，其中，R1为新树脂的硬度去除率，R2为所述待处理的树脂的硬度去除率。这里的新树脂指的是与待处理的树脂在未使用前的材料和结构基本相同的树脂，新树脂与未使用前的待处理的树脂具有基本相同的树脂去除性能。

新树脂的硬度去除率R1的计算公式为：R1=(m×W1-W2)/ （m×W1），其中，W1为所述新树脂的理论交换硬度量，（m×W1）为试验配置硬度量，也就是采用硬度为（m×W1）的水对新树脂的硬度去除率进行测定。

新树脂的理论交换硬度量计算公式为：W1= V×Qe。V为新树脂的体积，Qe为新树脂体积交换容量。在一实施例中，1＜m≤1.5，也就是说mW1大于W1的数值，保证新树脂的树脂去除性能不会过剩，也不会造成过多的硬度剩余。

W2为所述新树脂处理原硬度为mW1的水后产出水中的剩余硬度量，也就是，W2为硬度为mW1的水流经新树脂后产水的硬度。mW1-W2为被新树脂去除的硬度值。mW1-W2与mW1的比值即代表新树脂的硬度去除能力。

待处理的树脂的硬度去除率R2的计算公式为：R2=(m×W1-W3)/ （m×W1），其中，W1为所述新树脂的理论交换硬度量，（m×W1）为试验配置硬度量。W3为所述待处理的树脂处理原硬度为（m×W1）的水后产出水中的剩余硬度量。在一实施例中，1＜m≤1.5。此处的m值与R1计算中的m值相同。也就是，R2检测的试验配置硬度量与R1检测的试验配置硬度量相同，保证试验的单一变量仅为树脂的使用程度不同。

所述树脂段的需盐量= N个循环周期设定的总盐量×所述树脂段的平均失效程度÷N个树脂段的平均失效程度的总和。

即，Mi=M总×(Si+ Si+1)/2/{(S1+S2)/2+……(SN+ SN+1)/2}。

具体来说，在一实施例中，设定有2个循环周期。将待处理的树脂在纵向取2+1=3个待测点。S1、S2、S3分别代表待测点1、待测点2和待测点3位置的树脂失效程度。3个待测点将待处理的树脂分为2个树脂段，待测点1和待测点2之间形成第一树脂段，待测点2和待测点3之间形成第二树脂段。(S1+ S2)/2代表第一树脂段的树脂平均失效程度，(S2+ S3)/2代表第二树脂段的树脂平均失效程度。第一树脂段的树脂再生所需盐量为M1=M总×(S1+ S2)/2/{(S1+S2)/2+(S2+ S3)/2}，即，第一循环周期中的吸盐再生步骤使用的盐量为M1。第二树脂段的树脂再生所需盐量为M2=M总×(S2+ S3)/2/{( S1+S2)/2+(S2+ S3)/2}，即，第二循环周期中的吸盐再生步骤使用的盐量为M2。M总为人为规定的处理该树脂的N个循环周期所用的总盐量。

另一实施例中，设定有3个循环周期。将待处理的树脂在纵向取3+1=4个待测点。S1、S2、S3、S4分别代表待测点1、待测点2、待测点3和待测点4位置的树脂失效程度。4个待测点将待处理的树脂分为3个树脂段，待测点1和待测点2之间形成第一树脂段，待测点2和待测点3之间形成第二树脂段，待测点3和待测点4之间形成第三树脂段。(S1+ S2)/2代表第一树脂段的树脂平均失效程度，(S2+ S3)/2代表第二树脂段的树脂平均失效程度，(S3+ S4)/2代表第二树脂段的树脂平均失效程度。第一树脂段的树脂再生所需盐量为M1=M总×(S1+ S2)/2/{( S1+S2)/2+(S2+ S3)/2+(S3+ S4)/2}，即，第一循环周期中的吸盐再生步骤使用的盐量为M1。第二树脂段的树脂再生所需盐量为M2=M总×(S2+ S3)/2/{( S1+S2)/2+(S2+ S3)/2(S3+ S4)/2}，即，第二循环周期中的吸盐再生步骤使用的盐量为M2。第三树脂段的树脂再生所需盐量为M3=M总×(S3+ S4)/2/{( S1+S2)/2+(S2+ S3)/2(S3+ S4)/2}，即，第三循环周期中的吸盐再生步骤使用的盐量为M3。

更多个循环周期的情况下的吸盐再生步骤通入的盐水中的盐量的计算方法同上，不再赘述。

3 结论

提供一种新型软水机再生方式，该再生方式包括连续循环进行的吸盐再生步骤和无盐水置换步骤，所述循环次数至少为两次；所述吸盐再生的步骤包括向待处理的树脂中通入流动的盐水，使所述盐水与所述待处理的树脂发生离子置换反应；所述无盐水置换步骤包括向所述吸盐再生后的树脂中通入流动的不含盐的水，对所述吸盐再生后的树脂和树脂中的液体进行冲洗，置换过程中同时带动所述吸盐再生步骤未充分利用的盐进行二次利用。

参考文献：

[1]王方,王明亚,王明太.双极膜法混床离子交换树脂电再生技术[J].水处理技术,2018,44(08):41-44.

[2]许颖博. 软水器交换效能及水处理方法的研究[J]. 中外企业家,2016,(29):102-104.

[3]郭晓芬. 探究脱盐水树脂再生水处理技术.,2023-03.

[4]常丽颖. 脱盐水树脂再生水处理技术.建筑技术科学,2021-04.