张秋晨
北京央视瑞安技术服务有限公司 100026
摘要:本文以某办公楼内B3层软化水机房为研究背景。以节能环保、提升生产质量、提升给排水系统设备运行效率及延长给排水系统设备设施寿命为研究目的。结合某办公楼针对软化水设备机械式控制头、电子式控制头分别就出水质量、出水量、设备运行效率、运营成本等进行对比。通过查询资料，并根据年度数据进行基础理论分析和数据计算。分析现阶段软化水机房内，所使用的机械式控制头对热水系统、直饮水系统因钙、镁离子含量上升造成管路及板式换热器结垢、直饮水设备保养频次增加等问题及因记录误差对水资源浪费的情况进行阐述和计算分析后提出合理化解决建议。
关键词：软化水、水垢、控制头、节水
一．软化水系统介绍
1. 软化水系统
软化水机房内主要由1个原水箱、4台原水增压泵、4套软化水处理设备构成。原设计为提供充足的水源,并防止进水压力波动影响软化水设备运行,将市政自来水引至原水水箱，再由原水增压泵送至软化水设备。因原水增压泵的启停，由生活水机房水箱内压力传感器控制。水箱内水位到达低液位时原水泵开始启动软水设备开始制水，到达高液位时原水水泵停止工作。根据设定，每套软化水设备制水达到400m3后，需要进行树脂再生。将市政供水管路直接连接至软水设备，管路中加装加压阀稳定送水压力。利用软化水处理设备将市政供水经过软化处理后，供至直饮水机房与生活给水机房。
2. 软化水处理设备运行原理
软化水处理设备是运用离子交换的原理，用软水器中的钠离子交换树脂吸附水中的钙、镁离子，释放钠离子，使水质得到软化的工作过程完全自动化的水处理设备，水质软化的反应方程式为：
2RNa+Ca2+=R2Ca+2Na+ 2RNa+Mg2+=R2Mg+2Na+
吸附钙、镁离子饱和后的树脂经过钠盐溶液的处理，可重新转化为钠型而恢复其交换能力，这一再生过程的反应式为：
R2Ca+2NaCl=2RNa+CaCl2 R2Mg+2NaCl=2RNa+MgCl2
上述正向和反向离子交换的反复进行，就可使软化水持续不断地产生。
3. 软化水设备运行步骤
（1）正常工作
原水在一定的进水压力下（0.2~0.6MPa），通过控制阀，进入树脂罐（内含树脂），与树脂中所含的钠离子（Na+）与水中的阳离子（Ca2+，Mg2+，Fe2+等）进行交换，使树脂罐出水的Ca2+，Mg2+离子含量达到既定的要求，实现对原水的软化。
（2）反洗?
树脂失效后，在进行再生之前，先用水进行反洗。反洗的目的：通过反洗，松动树脂层，有利于树脂与再生液充分接触；使树脂表面积累的悬浮物及碎树脂随反洗水排出，从而使交换器的水流阻力不会越来越大。
（3）再生吸盐
再生液在一定浓度、流量下，通过控制阀，进入树脂罐，流经失效的树脂层，使其恢复原有的交换能力。
（4）慢速清洗
再生液进完后，树脂罐内存在有未参与再生交换的盐液，采用小于或等于再生液流速的清水进行清洗，以充分利用盐液的再生作用并减轻正洗的负荷。
（5）快速冲洗
目的是清除树脂层中残留的再生废液，通常以正常流速清洗至出水合格为止。
（6）盐水重注
向盐水缸中注入溶液再生一次所需盐量的水。
二．问题分析
目前B3层软化水机房已正常投入是使用中，分析软化水系统中存在的问题，通过不断的改善以达到最优、最环保的工况。
现软化水机房内软化设备共计4台，全部使用的都为弗莱克控制器。弗莱克控制器由控制阀、控制头组成。控制阀的作用是控制水流方向及各类工作状态的切换并受到控制头控制。
目前，机房内控制头均为机械式控制头。在软化水设备出水端装有液体流量传感器，液体流量传感器通过测定将通过的流量回传至机械式控制头。控制头收到信息后进行记录并与控制阀协调工作。当流量到达400m3时停止制水，进入反洗、再生、慢冲洗、快冲洗状态，以保证出水质量。
控制头接收到流量传感器发送的信号，通过齿轮的旋转来记录制水量。
控制头的齿轮由工程塑料制成，通过长久的使用，会造成齿轮间咬合不够严密或齿轮损坏。这样带来的后果会造成出水量记录出现误差。带来的直接影响是制水量超过设定制水量后还没有进入后续状态或制水量还没有到达设定制水量就进入反洗、再生、慢冲洗、快冲洗状态。
1.超出状态
由于齿轮间咬合不够严密、齿轮损坏造成空转或卡死，造成制水量超过设定制水量后还没有进入反洗、再生、慢冲洗、快冲洗状态。内部树脂置换能力已经全部失效却还在继续制水。造成出水水质下降，水中钙、镁离子、杂质含量上升。与市政供水直接进入生活水水箱无异。这样带来的后果主要有以下3点：
（1）对热水系统的影响
长时间使用含有钙、镁离子的水源会使热水系统出现问题并影响工作效率及使用寿命。
办公楼内生活热水设备、动力热水设备共计10套。热水系统内2次侧供水、3次侧供水水源来源均来自B3层生活水水箱。如水箱内水质不合格，钙、镁离子含量较高会导致热水系统中换热器内发生结垢，堵塞穿孔，增加水的组阻力引起流水不畅，影响换热效率而造成出水温度未到达设定温度。同时，通过日积月累的使用，金属热水管路中不断附着碳酸钙、碳酸镁使得管径变小。碳酸钙、碳酸镁虽不会附着在PPR管路管壁上，却会在管路转弯、接缝处沉积，影响原有设计的水力平衡。
（2）对直饮水系统的影响
软化水设备制出软水后先汇集成一路再分为两路，分别供至生活水水箱、直饮水机房原水水箱。原水水箱通过增加泵送至净水设备经过砂滤器、炭滤器、保安过滤器、NF主机等的处理方式后注入直饮水纯水箱中。砂滤器、炭滤器、保安过滤器的作用主要为去除水中悬浮物、胶体、有色物、异味等进行过滤。NF主机的作用是将水中的金属离子过滤。由于软化水树脂净水能力失效含有较多杂质的水进入净水设备，增加各过滤部件的过滤负担，使各过滤部件的保养周期频次增加及更换周期缩短。
2.缩减状态
由于齿轮间咬合不够严密、齿轮损坏造成空转或卡死，造成制水量未到达设定制水量就进入反洗、再生、慢冲洗、快冲洗状态。内部树脂还拥有置换能力，却因控制头计量误差提早终止制水状态，不仅仅提升无为的运营成本，并对水资源造成了极大浪费。
（1）水量计算
按照误差10%计算，即产水到达360m3就停止产水状态，进入反洗、再生、慢冲洗、快冲洗状态。
年度软化水机房总用水量87083立方米，根据安装计量表计量每台软化水设备反洗、再生、慢冲洗、快冲洗状态所需用水量约为10立方米。
根据公式：
总制水量=总用水量÷（设定制水量+再生水量）×设定制水量
计算可得：出每台设备每年完整运行53.1次，制水量为84959m3。如果每台设备提早进入再生状态，根据公式：
制水频次=制水总量÷每台设备制水量
得出每台设备每年完整运行58.9次。每台增加5.9次完整运行，四台设备反洗时每年共计增加水用量236m3。
（2）盐量计算
每次洗罐时所需的用盐量，罐体容积约为3.5立方米，树脂约为罐体容积的70%。根据周期产水量及相关参数利用公式计算树脂体积，根据公式：
每立方树脂再生所需盐量=树脂交换容量×流动床参数×氯化钠分子量÷盐浓度参数
得出，每立方米树脂再生所需盐量为82.5公斤，则每台设备再生所需盐量为212千克。根据计算得出，四台设备反洗时每年共计增加用盐量5003.2公斤。
三．结论及建议
通过计算后的结果可以看出，如果控制头齿轮出现故障，假设流量的记录出现了10%的误差，每年将浪费了236吨的市政供水及5003公斤的软化用盐。
现软化水机房已进入全自动运行状态，人工所需要做的只有水化验及加盐工作并不会注意到流量的问题。如处于超出状态则会对水资源造成浪费及对软化水机房的运行成本造成提高。如处于未达到状态则会对热水系统、直饮水系统造成极大的影响。
相比之下，电子式控制头可以避开这种问题。流量计反馈信息后，控制头不以机械齿轮的模式进行记录，而是以电子信息的模式记录并指挥控制阀控制软化水设备的各个运行状态，避免因记录误差而对给水排水系统造成影响。不仅如此，电子式控制头可以在保证供水的情况下高效、合理的安排软化水设备运行状态，进一步的提升设备使用效率。
参考文献
[1] FLECK 全自动控制器操作手册
[2] 中华人民共和国国家标准（GB/T 50109-2014）：工业用水软化除盐设计规范