A. 水處理用的KDF究竟是什麼東西
凱得菲(KDF)濾料在水處理中的應用
摘要：介紹高純銅鋅合金凱得菲（KDF）的特性，在水處理行業的應用范圍及前景
關鍵詞：高純銅鋅合金、凱得菲（KDF）、電化反應、重金屬、余氯、阻垢、水處理
一、 凱得菲（KDF）的作用及作用機理
凱得菲（KDF）是高純度的銅/鋅合金顆粒，它通過微電化學氧化-還原反應（Redox）進行水處理工作，在與水接觸時，合金中的兩種金屬在亞微觀尺度上構成無數小的原電池系統，這種材料在水中具有強大的反應能力和極快的反應速度，可以清除水中高達99%的氯和水中溶解的鉛、汞、鎳、鉻等金屬離子和化合物。對抑制細菌、真菌、污垢、水藻的滋生效果卓著。被用於預處理、主處理與廢水處理設備。凱得菲(KDF)完善或取代現有技術，可大輻度延長了系統壽命，減少了重金屬、微生物、污垢，降低了總費用，減化系統維護。
(1) 去除強氧化劑(余氯)
凱得菲(KDF)具有強大的還原能力，能去除水中的各種強氧化劑，對余氯特別有效。凱得菲(KDF)是由銅、鋅二種不同的金屬組成的，與水接觸時，合金中電位正的銅成為陰極，而電位負的鋅是陽極，構成原電池。鋅陽極在反應中失去了電子，生成鋅離子進入溶液，銅陰極上發生游離氯的還原反應，而不會發生金屬銅的溶解，水和余氯成為最後的電子接受者，同時生成氫離子、氫氧根離子和氯離子總反應式如下：
Zn+HOCl+H2O+2e—Zn2++Cl-+H++2OH-
水中其他的氧化劑，如臭氧、溴、碘等與凱得菲(KDF)接觸後也能發生類似的氧化還原反應。
(2)去除重金屬
凱得菲(KDF)處理介質可以去除水中的多種重金屬離子，如鉛、汞、銅、鎳、鎘、砷、銻、鋁和其他許多可溶性重金屬離子，它們的去除是通過置換反應和物理和化學吸附反應來完成的。凱得菲(KDF)去除重金屬離子的機理如下：金屬離子吸附於凱得菲(KDF)處理介質的表面並與凱得菲(KDF)中的鋅發生置換反應，生成的金屬或吸附在凱得菲(KDF)表面，或進入凱得菲(KDF)晶格中，從而使有毒重金屬污染物結合在凱得菲(KDF)上。例如，水中溶解的鉛離子還原成不溶性的鉛原子，並吸附於凱得菲(KDF)介質的表面,汞離子與凱得菲(KDF)也發生類似的反應，X射線衍射研究發現汞的去除是形成了銅－汞合金。凱得菲(KDF)處理重金屬離子的化學反應式如下：
Zn/Cu/Zn+Pb2+ →Zn/Cu/Pb+Zn2+
Zn/Cu/Zn+Hg2+→Zn/Cu/Hg+Zn2+
金屬離子在水的PH升高時水解形成金屬氫氧化物沉澱，也能去除金屬離子。
(3)去除硫化氫
在應用膜法進行水處理時，如果選用地下水作水源，水中可能存在硫化氫，硫化氫如被氧化成硫磺就會污染濾膜表面，凱得菲(KDF)過濾介質有去除硫化氫的功能，生成的硫化銅不溶於水，可在凱得菲(KDF)介質反沖洗時去除，化學反應式如下：
Cu/Zn + H2S → Cu/Zn + CuS + H2
2H2 +02 →2H20
(4)減少懸浮固體
凱得菲（KDF）處理介質的顆粒平均尺寸大約為60目，最小的顆粒約110目，也能起到物理過濾去除懸浮物質的作用，通常凱得菲（KDF）過濾介質能夠有效地去除直徑小於至50μm的顆粒。
由鋼鐵材料製成的輸水管件腐蝕時，鐵氧化形成FeO膠體，FeO與凱得菲（KDF）接觸，也可以發生氧化還原反應，FeO最終形成Fe2O3固體沉澱在凱得菲(KDF)表面，可用反沖洗方法將它們去除，化學反應式如下：
Zn + FeO ＝ ZnO + Fe
2Fe + 3O2＝2Fe2O3
(5)減少礦物質結垢
凱得菲(KDF)處理介質對碳酸鈣垢的作用有兩上方面。
①一方面，根據PH、二氧化碳濃度和碳酸鈣溶解度之間的關系，當二氧化碳從溶液中除去時，PH值升高，因而使碳酸鈣的溶解度降低。凱得菲(KDF)通過電化學反應也使水的PH值升高，降低碳酸鈣的溶解度，結果使碳酸鈣垢容易析出。
②另一方面，由於凱得菲(KDF)處理介質中鋅離子的溶出，水中的鋅離子含量有所增加，水中鋅離子的存在能改變垢的晶體生長機理，使水中的碳酸鈣垢以文石的結晶形態產生沉澱，在容器的器壁上形成軟垢，而不是結晶為方解石型的硬垢。曾有人研究過水中雜質存在對方解石結晶生長的影響，研究發現，即使鋅離子的濃度很低時，也能阻止方解石結晶的形成。
通過試驗可以進一步證明，凱得菲(KDF)處理介質防止礦物硬垢的形成和積累，主要是阻止方解石形態碳酸鈣的結晶。採用掃描電子顯微鏡和X射線衍射進行結晶學研究證明，未經凱得菲(KDF)處理的水中產生的硬垢是一些相對大的、具有規則形態的針狀鈣鹽和鎂鹽的結晶，這些鹽類質地堅硬、溶解度低、具有網狀結構，是玻璃石灰石垢，經過凱得菲(KDF)處理介質的水中結成的垢，從根本上改變了碳酸鈣（鎂）結晶的形態，垢形相對變小，外觀平坦呈圓形、顆粒形和棒形，都是由不堅硬的粉狀成分組成的，這些成分不會粘附於金屬、塑料或陶瓷的表面，很容易用物理過濾方法將它們除去。
(6)抑制微生物繁殖
凱得菲(KDF)處理介質不是通過一種機理、而是幾種機理控制微生物的生長繁殖，通過每一種的單獨作用或協同作用來達到抑制微生物的作用。主要機理包括：氧化還原電位的變化，氫氧根離子和過氧化氫的形成，介質中鋅的溶出等。在一般情況下，凱得菲(KDF)處理介質作為反滲透膜的預處理手段時，能夠抑制細菌、藻類等微生物的繁殖，從而防止了微生物對膜的破壞。
①氧化還原電位的變化
水通過凱得菲(KDF)處理介質時，其氧化還原電位從＋200mV變化到－500mV，在一般情況下，各種類型的微生物只能在特定的氧化還原電位下生長，電位的大幅度變化，能破壞細菌的細胞，從而控制了微生物的生長。但是，水的氧化還原電位變化很小，用凱得菲(KDF)控制細菌，必須使細菌與凱得菲(KDF)直接接觸，凱得菲(KDF)對細菌的抑製作用主要發生於凱得菲(KDF)與水接觸面上，所以僅靠氧化還原電位的變化並不能完全控制微生物。
②氫氧根離子和過氧化氫
在凱得菲(KDF)將二價鐵氧化到三價鐵的過程中會產生氫氧根離子和過氧化氫，這就可以抑制那些在低氧化電位時尚能存活，但對氫離子和過氧化氫敏感的微生物，但是氫氧根離子和過氧化氫的壽命短，只是在過濾過程中具有高的反應活性，對微生物的抑制效果比較明顯，在流出水中的殘余效應比較小。
③鋅離子對微生物的控制
凱得菲(KDF)處理介質中釋放出來的鋅對微生物有明顯的控製作用，鋅能阻止酶的合成，從而影響有機體的正常生長，達到抑制微生物繁殖的目的.另外，凱得菲(KDF)介質通過阻止葉綠素合成而控制藻類生長，鋅離子的存在從本質上降低了有機體從光合作用生產食物的能力，這將顯著影響細菌的生長。
二、凱得菲（KDF）的可應用范圍
凱得菲(KDF)可廣泛應用於預處理、主處理與廢水處理設備中。它們多與活性碳顆粒過濾器，碳塊或管內過濾器共同使用，也可單獨使用。
用凱得菲（KDF）介質進行水的預處理是一種簡單、低耗的方法。對於微濾、超濾、反滲透膜、離子交換樹脂、顆粒狀活性碳，凱得菲（KDF）介質能夠保護這些昂貴易損的水處理組件不受氯、微生物、結垢影響。此外，凱得菲（KDF）介質能去除高達98%的重金屬，如Pb、Cd、Ce、Ag、Ar、Al、Se、Cu、Hg，另外，藉助沉澱在凱得菲（KDF）介質上發生的氧化還原反應還可以降低水中碳酸鹽、硝酸鹽和硫酸鹽。
影響膜分離工藝效率的主要問題是各種污染物在膜表面的沉積，造成膜表面孔的堵塞，這已是無可爭議的事實。凱得菲（KDF）介質與微濾、超濾、反滲透膜、離子交換樹脂、顆粒狀活性碳相比，在提高水處理效率和持續保持高效方面具有更多的優勢，消耗更低。
(1)去除市政飲用水中的余氯
凱得菲(KDF)處理介質正日益被用來替代或與活性碳過濾器聯合使用，去除市政自來水中的余氯（可高達99%），其主要特點是使用壽命長。進行凱得菲(KDF)介質預處理可延長顆粒活性炭的使用壽命，並保護活性炭層（床）免受細菌污染。使碳的去污能力提升到原來的15倍，並且凱得菲（KDF）使更小型的碳過濾器的使用成為可能，從而降低了使用成本。
(2)保護反滲透裝置
反滲透膜很容易受氯腐蝕。凱得菲(KDF)介質可代替活性炭處理以保護反滲透（RO）免受氯氣、細菌污染。活性炭過濾器也可有效地去除余氯，但是由於活性炭在高氯水中會很快吸附飽和，所以在操作時必須嚴格控制水中氯氣的濃度，而且活性炭過濾床容易孳生細菌。凱得菲(KDF)處理介質除氯率高。有抑制微生物繁殖的作用，因而可為反滲透膜提供了穩定、長期的保護。
(3)抑製冷卻水中細菌及藻類的繁殖、減少結垢
冷卻塔及水冷式熱交換器中的水常被加溫並曝於空氣——因而成為細菌、藻類繁殖的絕好溫床（例如LEGIONELLA（軍團菌）可得自冷卻塔）。傳統化學方法通過投加葯劑控製冷卻塔中藻類及細菌生長、其費用昂貴，後續污水處理成本也高。凱得菲(KDF)處理介質處理冷卻水成本低，可有效控制藻類及細菌生長，不使用對環境有害的化學物質。另外，經凱得菲(KDF)介質處理後的水可減少硬水垢的生成。
(4)凱得菲（KDF）處理介質與其它凈水系統
凱得菲（KDF）介質可以控制顆粒活性碳層或活性碳濾芯內細菌、藻類和繁殖。當活性碳與凱得菲（KDF）處理介質一起使用時，活性碳去除有機雜質及余氯的能力增強。
凱得菲（KDF）處理介質也可以代替滲銀活性炭。從而降低成本。也避免了滲銀活性炭銀的毒性造成的潛在危險。
(5)去除有害重金屬及其他可溶性重金屬離子
凱得菲（KDF）介質，可單獨用來從水中除去鉛、汞、砷等有害重金屬以達到滿足飲用水的要求。以除砷為例，美國《水工業》雜志1994年第4期報導，當進水含砷量為5mg/l，凱得菲（KDF）過濾處理後水中含砷量為0.01mg/l，去除率達99.7%。在應用凱得菲（KDF）除砷時，毋須投加葯劑，所需設備也較簡單，僅需配備一台凱得菲（KDF）過濾器，處理過程也十分迅速，其過濾速度是一般採用石英砂的機械過濾器的三倍，因而設備佔地面積也較小。
三、凱得菲（KDF）的其他優點
凱得菲（KDF）處理介質的高壽命
所有的水處理介質都具有一個有效期。硅砂（SiO2）無疑是壽命最長的過濾介質，其次就是使用凱得菲(KDF)處理介質。有兩種情況會降低凱得菲(KDF)的使用壽命，每一種都有很長的時間。第一種是水中余氯的含量比鋅的溶解量要大得多時，余氯濃度為0.55ppm的市政自來水通過凱得菲(KDF)僅產生0.25ppm的鋅，除去10ppm的氯，其鋅的含量也不會超標。第二種是凱得菲(KDF)的物理降解，如腐蝕、磨擦或消耗，但是物理作用對凱得菲(KDF)使用壽命影響很小，據保守估計使用壽命在10年以上。
提供高質量家庭用水
天然無毒的高純銅鋅合金凱得菲（KDF）減少了飲用水與其它家庭用水中的細菌、重金屬、氯及其它有害成份，使用戶看不到氯的影響，如片狀皮膚乾燥、頭發粗糙、浴缸蓬頭中的青苔、綠藻的減少，從而得到口感更好，雜味更少的水質。
四、 總結
KDF已經在國外水處理行業中得到普遍使用，但國內企業應用較少，我公司通過不斷的嘗試，使其成功的國產化，且已批量出口，凱得菲（KDF）在我公司自有產品中使用，有良好的使用效果，並通過了北京市防疫站的鑒定，從國內外用戶反饋來看，也達到了國外同類產品的水平。可以預見，隨著國內企業對凱得菲（KDF）的逐步認識，凱得菲（KDF）在國內水處理行業中必將得到更加廣泛的應用。
B. 冷卻塔循環水除垢、防垢有什麼好的辦法
使用遼寧抄星力電化學除垢設備襲，該設備是引進以色列技術研發生產的。設備主要有陰極板和陽極板（專利）組成，安裝在循環水管道的旁路上，其工作原理是利用電化學法氧化和還原循環水中的成垢物質，使其定向生成在電極板上，定期處理。在電解過程中陽極板主要生成次氯酸HCLO3等強氧化物質，氧化循環水中的有機物和無機物起到殺菌除藻的作用；陰極板主要生成氫氧根離子（OH-）碳酸根離子（CO3-）當循環水中的鈣鎂離子經過該區域時產生還原反應，生成碳酸鈣，氫氧化鎂，硅酸鈣等附著在陰極板上，達到一定厚度即可清理，排除循環水體系外，從而達到很好的殺菌除藻，除垢防垢的效果。使用星力電化學定向除垢設備無需添加緩蝕劑，阻垢劑和殺菌劑，可以減少循環水的污水排放，同時也可以提高循環水的濃縮倍數，節約用水20%-40% 。
C. 電化學水處理怎麼除垢的只用電嗎
不對，不只是用電，電解除垢是利用電與化學能相互轉化的產物，也內叫EST電化學水處理，也有叫容EST電解除垢的，當然，要想完成這一過程，必須給機器先通電，然後才能產生化學反應的動力，所以說，通電外部因素，化學反應是內部因素。上海亨祥寧科技希望能幫到你！
D. 電化學水處理器和電子除垢器性能一樣嗎
是的，節能環保除垢的，都是不加葯的情況下進行電解水處理，也叫電解水除垢
E. 有什麼常用的軟化水處理方法
本發明公開了一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，將電解槽分隔成陽極室和陰極室，並分別置有陽極板和陰極板;根據I≥1.01Qη(M+2M2)得到電流，待軟化的水流經陰極室，通電後，在陰極室內形成強鹼性區域，體系pH≥10，產生的OH‑，使Ca2+生成CaCO3晶體，Mg2+生成Mg(OH)2晶體，且隨著pH值的增大，碳酸鈣晶體的zeta電位降低，晶體聚團行為加強而訊速形成晶核;過飽和的晶體懸浮液隨水流流出電解室的過程中，以此晶核為生長點並迅速成長，實現自發結晶，再進行沉降或過濾，即完成軟化。本發明計算出適宜電流值，將水中鈣鎂離子一次性除去，且在處理過程中陰極板上幾乎不會附著水垢，電能利用效率高達90%，極大提高了設備的處理能力和便於實現數字化和自動化控制。
權利要求書
1.一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，其特徵在於，包括以下步驟：
(1)通過隔膜或細孔板將電解槽分隔成陽極室和陰極室，並將陽極板和陰極板分別置於陽極室和陰極室中;
(2)通一電流，所述的電流根據I≥1.01Qη(M+2M2)計算得到，其中，I為電極板的電流，單位：A;η為目標軟化率，單位：1;Q為陰極室的水流量，單位：L/s;當M0>M1時，M=M0;當M0[(M0+M2)/(M1+M2)]時，M=2M1-M0;M0為待軟化水的鹼度，單位：mgCaCO3/L;M1為待軟化水的鈣硬度，單位：mgCaCO3/L;M2為待軟化水的鎂硬度，單位：mgCaCO3/L;
(3)待軟化的水流經陰極室，通電後，在陰極室內形成強鹼性區域，體系pH≥10，電解產生的OH-，與HCO3-反應生成CO32-，然後與水體中的Ca2+結合生成CaCO3晶體;與Mg2+結合生成Mg(OH)2晶體，且隨電解的繼續，陰極液pH值增大，CaCO3晶體的zeta電位降低，晶體聚團行為加強而迅速形成晶核，隨高速水流流出陰極室的過飽和CaCO3和Mg(OH)2懸浮液以此晶核為生長點並迅速成長，實現自發結晶，生成肉眼可見的固體顆粒物，懸浮於水中，再進行沉降或過濾，即完成軟化。
2.根據權利要求1所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，其特徵在於，還包括在M0[(M0+M2)/(M1+M2)]時，向陰極液中通入足量空氣或二氧化碳。
3.根據權利要求2所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，其特徵在於，常溫常壓下通入空氣的流量根據Q1=0.61Q(M1-M0)計算得到，其中，Q1為向陰極室通入空氣的流量，單位：L/s。
4.根據權利要求2所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，其特徵在於，常溫常壓下通入CO2的流量根據Q0=2.45Q(M1-M0)·10-4計算得到，其中，Q0為向陰極室通入CO2的流量，單位：L/s。
5.根據權利要求1所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，其特徵在於，所述的陽極板為碳電極、貴金屬電極或鈦基金屬氧化物電極中的一種;所述的陰極板為定型導電材料中的一種。
6.根據權利要求1所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，其特徵在於，所述的隔膜為陰離子交換膜、陽離子交換膜、雙極膜、石棉纖維膜、無紡布、化纖濾布或陶瓷隔膜中的一種;所述的細孔隔板為帶有微小細孔且不影響導電的塑料薄板。
7.一種利用權利要求1～6所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法軟化硬水的裝置。
8.根據權利要求7所述的軟化硬水的裝置，其特徵在於，至少在所述的陰極室的兩端分別設有進水口和出水口，在所述的進水口上設有空氣或二氧化碳補氣口，在所述的出水口上連有過濾器或沉降池。
9.根據權利要求8所述的軟化硬水的裝置，其特徵在於，在所述的出水口與所述的過濾器或沉降池之間設有第一氣液分離器。
10.一種軟化硬水的系統，其特徵在於，將若干個權利要求8所述的電解槽並聯、串聯或串並復合連接，且在陰極室出水口的匯集處設有第二氣液分離器。
說明書
一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法及其裝置
技術領域
本發明屬於電化學軟化水技術領域，特別涉及一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法及其裝置。
背景技術
利用電化學技術進行水體脫鹽除垢處理，早在2006年就有文獻(Desalination,2006,201:150)報道，隨後也有不少國內文獻及專利(西安交通大學學報,2009,43(5):104;專利公開CN105523611A、CN204198498U)報道過，並在工程實踐中得到一定程度的應用。相比於傳統的消石灰軟化法，電化學脫鹽軟化水技術佔地空間小、處理速度快、不需要使用絮凝劑無二次污染、廢棄固體物少，操作簡單方便，可實現數字化控制，具有很高的經濟效益和環境效益。用於冷卻循環水的除垢防垢領域，與以往傳統的化學加葯方法以及電磁技術、超聲波技術相比，電化學技術的優點在於能夠將水中的成垢的鈣鎂離子以水垢沉積的方式從水中取出，並能提高濃縮倍數，達到節水減排的目的。
現有的電化學設備主要用於冷卻循環水的除垢防垢領域，為提高除垢效率，中國專利公開CN105621538A、CN201923867U及CN105329985A等專利對電化學除垢設備進行了相應的優化設計，其創新點在於充分優化電化學設備內部結構，擴大陰極面積，簡化操作，提高設備的處理效率與處理能力。
為了擺脫極板面積大小的限制因素，以色列文獻(Desalination,2010,263:285;Journal of Membrance Science,2013,445:88)提出了一種新的處理方法，利用陽離子交換膜將電解槽分隔為陽極室與陰極室，將待處理的水流經陰極室後，引入外部結晶器內進行誘發結晶以提高極板處理能力，電能利用率達到50%。中國專利CN204198498U利用刮刀刮掉陰極板垢以提供微小晶核增加結晶比表面積，雖在一定程度上提高了電能的利用率，但其電能利用率依舊偏低，一是增加了陰極動力旋轉部分的電耗，二是由於其輔助電極接正電且在陰極室內，其表面必定會析氧(氯)而產生H+，可消耗陰極產生的部分OH-而導致電能利用率降低，另外其在後續工藝中提及需添加絮凝劑造成二次污染及處理成本的增加，另外其設備內腔底部沒有隔膜將陰陽兩室分開，而其實施例中陽極室酸性水一直往復循環部分H+必會進入陰極室，也會降低電能的利用率。生活中大部分水體都是硬水即鹼度小於硬度(等同於重碳酸根的含量低於鈣鎂量)，故在不補加二氧化碳的情況下不能完全消除硬度。專利CN106277369A雖也提及陰陽極間加隔膜，但同樣要求陰極室出水口需連接一外部結晶器誘發結晶，結晶器體積龐大且時效性低，因無二氧化碳的補給同樣存在硬度水條件下不能完全消除硬度達到徹底軟化水的目的。
發明內容
本發明的第一目的是提供了一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，向電解槽中通入電流，使得陰極室內形成強鹼性區域，利用電解產生的OH-，使得Ca2+生成CaCO3晶體，與Mg2+生成Mg(OH)2晶體，並隨著電解的進行，陰極室pH值增大，碳酸鈣晶體聚團行為加強而迅速形成晶核，使得過飽和的CaCO3和Mg(OH)2懸浮液高效自發結晶，避免了誘發結晶和外加絮凝劑而帶來的二次污染，減少了工序步驟，而且時間上也快很多，投資少、設備佔用空間也少，處理能力大。
本發明的第二目的是提供了一種利用上述高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法軟化硬水的裝置及其系統，向電解槽中通入電流，使得陰極室內形成強鹼性區域，利用電解產生的OH-，使得Ca2+生成CaCO3晶體，與Mg2+生成Mg(OH)2晶體，並隨著電解的進行，陰極室pH值增大，CaCO3晶體聚團行為加強而迅速形成晶核，使得過飽和的CaCO3和Mg(OH)2懸浮液高效自發結晶，避免了誘發結晶和外加絮凝劑而帶來的二次污染，減少了工序步驟，而且時間上也快很多，投資少、設備佔用空間也少，處理能力大。
本發明的技術方案如下：
一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，包括以下步驟：
(1)通過隔膜或細孔板將電解槽分隔成陽極室和陰極室，並將陽極板和陰極板分別置於陽極室和陰極室中;
(2)通一電流，所述的電流根據I≥1.01Qη(M+2M2)計算得到，其中，I為電極板的電流，單位：A;η為目標軟化率，單位：1;Q為陰極室的水流量，單位：L/s;當M0>M1時，M=M0;當M0[(M0+M2)/(M1+M2)]時，M=2M1-M0;M0為待軟化水的鹼度，單位：mgCaCO3/L;M1為待軟化水的鈣硬度，單位：mgCaCO3/L;M2為待軟化水的鎂硬度，單位：mgCaCO3/L;
(3)待軟化的水流經陰極室，通電後，在陰極室內形成強鹼性區域，體系pH≥10，電解產生的OH-，與HCO3-反應生成CO32-，然後與水體中的Ca2+結合生成CaCO3晶體;與Mg2+結合生成Mg(OH)2晶體，且隨電解的進行陰極室pH值的增大，CaCO3晶體的zeta電位降低，晶體聚團行為加強而迅速形成晶核，隨高速水流流出陰極室的過飽和CaCO3和Mg(OH)2懸浮液以此晶核為生長點並迅速成長，實現自發結晶，生成為肉眼可見的固體顆粒物，懸浮於水中，再進行沉降或過濾，即完成軟化。
優選為，還包括在M0[(M0+M2)/(M1+M2)]時，向陰極液中通入足量空氣或二氧化碳。
優選為，常溫常壓下通入空氣的流量根據Q1=0.61Q(M1-M0)計算得到，其中，Q1為向陰極室通入空氣的流量，單位：L/s。
優選為，常溫常壓下通入CO2的流量根據Q0=2.45Q(M1-M0)·10-4計算得到，其中，Q0為向陰極室通入CO2的流量，單位：L/s。
優選為，所述的陽極板為碳電極、貴金屬電極或鈦基金屬氧化物電極中的一種;所述的陰極板為不銹鋼、鑄鐵、石墨、鋁或銅等定型導電材料中的一種。
優選為，所述的隔膜為陰離子交換膜、陽離子交換膜、雙極膜、石棉纖維膜、無紡布、化纖濾布或陶瓷隔膜中的一種;所述的細孔隔板為帶有微小細孔且不影響導電的塑料薄板，如聚四氟乙烯塑料薄板。
本發明還公開了一種利用上述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法軟化硬水的裝置。
優選為，至少在所述的陰極室的兩端分別設有進水口和出水口，在所述的進水口上設有空氣或二氧化碳補氣口，在所述的出水口上連有過濾器或沉降池。
優選為，在所述的出水口與所述的過濾器或沉降池之間設有第一氣液分離器，用來收集綠色能源—氫氣。
本發明還公開了一種軟化硬水的系統，將若干個上述的電解槽並聯、串聯或串並復合連接，且在陰極室出水口的匯集處設有第二氣液分離器，用來收集綠色能源—氫氣。
與現有技術相比，本發明的有益效果如下：
一、本發明的一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，通過I≥1.01Qη(M+2M2)計算出一適宜電流，使得陰極室內形成強鹼性區域，體系pH≥10，利用電解產生的OH-，使得Ca2+生成CaCO3晶體，與Mg2+生成Mg(OH)2晶體，並隨著電解的進行，陰極室pH值增大，CaCO3晶體聚團行為加強而迅速形成晶核，流出陰極室的過飽和懸浮液以此晶核為生長點高效自發結晶，實現將水中大部分或全部鈣鎂離子一次性除去，且在陰極板上不會附著水垢，無需誘發結晶和外加絮凝劑，避免了二次污染，減少了工序步驟，具有軟化效率稿，投資少、設備佔用空間少，處理能力大等優點;
二、本發明的一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，還根據Q1=0.61Q(M1-M0)計算通入空氣的流量和根據Q0=2.45Q(M1-M0)·10-4計算通入二氧化碳的流量，以提供足夠量的HCO3-，達到所需軟化率;
三、本發明的一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法，根據通入電流的計算公式和通入空氣或二氧化碳的計算公式，計算出電流值及通入空氣或二氧化碳的速率，便於實現數控化和自動化，使用清潔電能作為唯一的「處理劑」，無色環保無污染。
F. 水泥廠循環水處理新方式-EST電化學處理系統
水泥廠循環水處理新方式 -EST電化學處理系統
水泥廠循環水特點
在水泥工業中，工業循環冷卻用水在工業水中佔有很大的比重。我國水資源匱乏，如何提高循環水的重復利用率，節約水資源是擺在我們面前的實際問題。因此，對水泥工藝來說，對循環冷卻水技術的研究具有很深的實際意義。由於循環冷卻水在使用時不斷循環，水中的礦物質不斷增加，造成設備管道結垢、腐蝕，對工業生產造成嚴重的影響。為了防止設備的結垢和腐蝕，除了用葯劑進行處理的傳統辦法外，我們又有了EST電化學循環水處理系統。
水泥廠循環水冷卻水處理的原則
發展水泥廠循環水處理技術，提高循環水冷卻水利用率，具有很好的經濟以及社會效益。在選擇循環水處理工藝技術方案時，一般應遵循下列原則。
1. 在減少污染的同時綜合合理的利用水資源並滿足所需經濟效益原則。
2. 補充水要達到工業循環冷卻水用水的水質要求。
3. 根據高效、低耗、運行穩定、操作方便、減少二次污染的原則，選擇可靠的、成熟的水處理工藝。
4. 水處理應能滿足企業發展需要，盡可能採用現代化管理手段，實現科學化、自動化管理。
5. 要按照工程設計的有關規定，盡可能少佔地，減少工程投資，並結合企業的總體規劃和長遠發展。對循環水進行處理，可以減少系統的結垢及腐蝕，延緩系統的水阻系數增大，確保換熱設備的傳熱面積，滿足生產過程的正常需要，從而節省大量的電能，減少新鮮水的補水量，降低系統的排污量，保護環境，具有很好的經濟效益和社會效益。
EST電化學處理系統與傳統加葯處理系統對比
使用飛創科技的EST電化學水處理系統可提高循環水濃縮倍數，大大減少排污量和補水量，很容易實現水的「零排放」；而排出的結垢物質完全可以作為水泥生產的原料使用，完全可以實現固體廢物的「零排放」。
EST電化學處理系統特點
預先結垢專利技術，看得見的除垢
動態調節冷卻循環水LSI 指數
防治生物污染，包括殺滅軍團菌
全自動運行，自動適應水質變化
節水節能減少排放，環境友好型
EST電化學處理系統工作原理
電動清掃驅動裝置、清洗和排污閥門聯動作用，將反應室內壁預先沉積的水垢和其它沉積物從反應室內壁清除下來，從排污閥排出。智能除垢裝置全自動運行，無需人工操作。
EST電化學處理系統水泥廠案例
該水泥企業於2017年5開始施工，總處理量為350m³/h,其中300m³/h供余熱發電使用，50m³/h供水泥生產系統使用
EST電化學處理系統應用范圍
工業循環冷卻水系統，製冷機組循環水系統，中央空調系統和各類熱交換系統。
EST 規格型號
標准流量： 5-25 m3/h. 模塊化設計：多台組合實現更大處理流量
設計壓力：6bar，10bar 可選 供電要求： AC 380V 50Hz
刮垢方式：電動