采用離子交換軟化，基本原理是原水流經(jīng)陽離子交換劑時，水中Ca²⁺、Mg²⁺等陽離子被交換劑吸附，而交換劑中的可交換離子(Na⁺或H⁺)則溶入水中，從而除去了水中鈣鎂離子，使水得到了軟化。離子交換軟化法有以下幾種。

        a．鈉離子交換軟化法。

        鈉離子交換劑是工業(yè)鍋爐最常使用的離子交換劑，化學(xué)分子式用NaR表示，當(dāng)原水經(jīng)鈉離子交換劑時，水中的鈣、鎂離子被鈉離子置換，其反應(yīng)式為：
碳酸鹽硬度：
 
        Ca(HCO₃)₂+2NaR——CaR₂+2NaHCO₃
        Mg(HCO₃)₂+2NaR——MgR₂+2NaHCO₃

非碳酸鹽硬度：
  
        CaSO₄+2NaR——CaR₂+Na₂SO₄
        MgSO₄+2NaR——MR₂+Na₂SO₄

        鈉離子交換法不僅可以除去永久硬度，也可以除去暫時硬度，而且處理前后水中的總堿度保持不變。處理后水的含鹽量增加，因為鈣鎂鹽等當(dāng)量地轉(zhuǎn)變成鈉鹽，而鈉的當(dāng)量值(23)比鈣和鎂的當(dāng)量值(20.04)和(12.16)高，所以用毫克每升表示水的含鹽量將有所提高。

        隨著交換過程的不斷進(jìn)行，交換劑中的Na+被大部分置換，出水中便含有Ca²⁺、Mg²⁺(即出現(xiàn)了硬度)，當(dāng)硬度達(dá)到一定范圍時，此水已不符合鍋爐給水標(biāo)準(zhǔn)，說明交換劑已失效，此時就要再生，恢復(fù)交換劑的軟化能力，再生劑是食鹽(NaCI)。

        再生過程中，使含有大量Na+的氯化鈉溶液通過失效的交換劑層，將離子交換劑所吸附的Ca²⁺、Mg²⁺強行排除掉，而Na⁺被交換劑所吸附，使交換劑重新恢復(fù)交換能力，其反應(yīng)式如下：
  
        CaR₂+2Na⁺=2NaR+Ca²⁺
        MgR₂+2Na⁺=2NaR+Mg²⁺

        b．部分鈉離子交換軟化法。

        即只是讓原水的一部分經(jīng)過離子交換器，另一部分直接進(jìn)入水箱。經(jīng)鈉離子交換后軟水中NaHCO₃在水箱中受熱分解成為Na₂CO₃，利用這些Na₂CO₃，去軟化未經(jīng)鈉離子交化器中的生水永硬，同時消除一部分堿度。

        部分鈉離子交換軟化有如下特點：①減少鈉離子交換器的負(fù)荷，可減小設(shè)備容量；②可以軟化、除堿而不需要另加藥劑，并減少原用食鹽的消耗量；③軟化不徹底，尤其是當(dāng)水中的永硬與總硬度之比小于0.5，軟化效果更差；因此，這種方法只適用于小型鍋爐，當(dāng)水中的永硬與總硬度之比大于0.5時，作為軟化除堿使用。

        c．氫一鈉離子交換軟化法。氫離子交換軟化水的原理是利用離子交換劑中氫離子置換原水中的鈣鎂離子，反應(yīng)式如下：

        碳酸鹽硬度：
 
        Ca(HCO₃)₂+2HR----CaR+2H₂O+2CO₂
        Mg(HCO₃)₂+2HR----MgR+2H₂O+2CO₂

非碳酸鹽硬度：
 
        CaSO₄+2HR----CaR+H₂SO₄
        CaCl+2HR----CaR+2HCl
        MgSO₄+2HR----MgR+H₂SO₄
        MgCl₂+2HR----MgR+2HCl

        由此可見，氫離子交換還有除鹽的作用，除鹽的量與水中的碳酸鹽硬度的摩爾數(shù)相等。氫離子交換后水中有游離酸，產(chǎn)生的酸量與水中的非碳酸鹽硬度的摩爾數(shù)相等。因此不能作為鍋爐給水，氫離子交換不能單獨使用，必須與鈉離子交換聯(lián)合使用，稱為氫----鈉離子交換，使產(chǎn)生的游離酸與經(jīng)鈉離子交換后生成的堿相中和，達(dá)到除堿的目的。
 

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