软水处理药剂的核心是降低水中钙(Ca²⁺)、镁(Mg²⁺)离子浓度,防止结垢(如锅炉、管道、换热器等设备表面的碳酸钙、氢氧化镁沉淀)。常用药剂通过螯合、分散、沉淀或抑制结晶等作用实现软化,主要分为以下几类:
一、螯合 / 络合型药剂
通过与钙镁离子形成稳定的水溶性络合物,使其无法生成沉淀,适用于中低硬度水或需要 “掩蔽” 金属离子的场景(如反渗透预处理、循环冷却水系统)。
1. 有机膦酸盐类
代表药剂:羟基乙叉二膦酸(HEDP)、乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP)、氨基三甲叉膦酸(ATMP)等。
作用机理:膦酸基团(-PO₃H₂)与 Ca²⁺、Mg²⁺形成环状螯合物,阻止其与碳酸根、硫酸根结合生成沉淀。
兼具分散作用,可将已形成的微小晶核分散在水中,避免聚集长大。
特点:高效低毒,耐温性较好(部分品种耐 150℃以上),适用于高温系统(如锅炉水)。
适用 pH 范围广(pH 5-9),但过量投加导致磷排放超标(需注意环保要求)。
2. 聚羧酸类(分散剂)
代表药剂:聚丙烯酸(PAA)、聚马来酸(PMA)、丙烯酸 - 马来酸共聚物(AA/MA)等。
作用机理:分子链上的羧酸基团(-COOH)吸附在钙镁晶体表面,抑制晶体生长和聚集,使其以微小颗粒分散于水中。
特点:无磷环保,生物降解性好,适合环保要求高的场景(如饮用水预处理)。
单独使用时软化能力较弱,常与膦酸盐复配,增强分散效果。
3. 氨基羧酸类(强螯合剂)
代表药剂:乙二胺四乙酸(EDTA)、氮川三乙酸(NTA)。
作用机理:多齿配体与金属离子形成1:1 稳定络合物(如 EDTA-Ca²⁺),水溶性极强,彻底阻止沉淀。
特点:螯合能力极强,甚至可溶解已形成的水垢(如碳酸钙),但成本高、生物降解性差(NTA 被部分国家限制使用)。
主要用于高精密系统(如电子行业纯水制备)或应急除垢。
二、沉淀型药剂(化学除硬剂)
通过调节 pH 或引入阴离子,使钙镁离子以氢氧化物、碳酸盐沉淀形式去除,适用于高硬度水的预处理(如工业循环水、锅炉补水)。
1. 碱剂(调节 pH 促进沉淀)
代表药剂:氢氧化钙(Ca (OH)₂,熟石灰):提高 pH 至 10-11,使 Mg²⁺生成 Mg (OH)₂沉淀(Ca²⁺部分沉淀为 Ca (OH)₂)。
碳酸钠(Na₂CO₃,纯碱):提供 CO₃²⁻,与 Ca²⁺生成 CaCO₃沉淀(需配合 pH 调节,与石灰联用,即 “石灰 - 纯碱法”)。
作用机理:通过反应:Mg²⁺ + 2OH⁻ → Mg (OH)₂↓(pH>10 时高效)
Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃↓(需 CO₃²⁻过量)
特点:成本低,适合大规模处理(如电厂循环水软化),但需后续固液分离(沉淀污泥量大)。
出水 pH 高,需回调(如加盐酸),否则易腐蚀管道。
2. 复合除硬剂
代表配方:氢氧化钠(NaOH)+ 碳酸钠 + 聚合氯化铝(PAC)。
作用机理:NaOH 调 pH 促使 Mg²⁺沉淀,碳酸钠去除 Ca²⁺,PAC 作为絮凝剂加速沉淀颗粒聚集。
适用场景:高硬度、高碱度废水(如钢铁厂、煤化工废水),可同时去除悬浮物和硬度。
三、阻垢缓蚀剂(多功能复合药剂)
针对工业循环冷却水系统,兼具软化(阻垢)和金属防腐功能,通过复配多种成分实现协同效应。
1. 磷系复合药剂
配方:有机膦酸盐(如 HEDP)+ 聚羧酸(如 PAA)+ 锌盐(如 Zn²⁺,缓蚀剂)。
作用:膦酸盐螯合钙镁,聚羧酸分散垢层,锌盐在金属表面形成保护膜,防止腐蚀。
特点:性价比高,广泛用于电厂、化工厂循环水,但含磷导致富营养化(需配套除磷处理)。
2. 无磷阻垢剂
配方:聚环氧琥珀酸(PESA)、聚天冬氨酸(PASP)等无磷聚合物。
作用:通过吸附晶体表面抑制结垢,环保无磷,适合严格控磷的地区(如太湖流域)。
四、应用场景与选型建议
场景推荐药剂注意事项
锅炉水软化 有机膦酸盐(HEDP/EDTMP)+ 纯碱 需控制残留硬度(避免结垢导致爆管),定期排污
循环冷却水系统 磷系复合阻垢剂(HEDP+PAA + 锌盐) 监测浓缩倍数,避免药剂过量导致泡沫或腐蚀
反渗透预处理 聚羧酸类分散剂(AA/MA)+ 低用量 EDTA 防止膜表面钙镁垢沉积,控制 SDI<5
高硬度工业废水 石灰 - 纯碱法 + PAC 需配套沉淀池 / 过滤器,处理后调回中性 pH
饮用水软化(辅助) 无磷聚羧酸(PESA) 严格控制药剂纯度(避免重金属残留),符合 GB 5749
五、使用注意事项
水质分析先行:检测钙镁离子浓度、碱度、pH 等,计算结垢指数(如朗格利尔指数 LSI),确定药剂类型和投加量。
投加方式:固体药剂需溶解为 5%-10% 溶液,通过计量泵连续投加(避免间歇投加导致局部过浓或结垢)。
配伍禁忌:螯合型药剂避免与强氧化剂(如次氯酸钠)混用,防止分解;