什么是重水、硬水、软水、自由水？
重水看起来和普通水很像，它们的化学性质是一样的，只是有些物理性质不同。普通水的密度为1g/cm3，而重水的密度为1.056g/cm3。普通水的沸点是100℃，重水的沸点是101.42℃。普通水的冰点是0℃，重水的冰点是3.8℃。此外，普通的水可以滋养生命，培育万物，而重水则不能萌发种子。如果人和动物喝了大量的水，也会导致死亡。但是，重水的特殊价值体现在原子能技术的应用上。为了制造威力强大的核武器，需要重水作为核裂变反应的缓和剂。
重水和普通水一样，也是氢和氧化形成的液态化合物，但重水分子的氢原子和普通水分子的氢原子不同。我们知道，氢有三种同位素。一种是真，只含一个质子。它可以和一个氧原子结合形成普通的水分子。另一种是重氢——氘。它包含一个质子和一个中子。它能与一个氧原子结合形成重水分子。还有一种超重的氢——氚。它包含两个中子和一个质子。
重水可以用许多方法生产。原来的方法是电解，因为重水不能电解，所以可以和普通水分离。另一个简单的方法是通过反复蒸馏，利用重水比普通水沸点高的特点。后来，一些其他更好的方法被开发出来。
然而，只有两种方法被证明具有商业意义:水-硫化氢交换法(GS法)和氨-氢交换法。
GS法是一种基于水和硫化氢在一系列塔中交换氢和氘的方法(通过顶部冷却和底部加热操作)。在这个过程中，水流到塔底，硫化氢气体从塔底循环到塔顶。一系列多孔板用于促进硫化氢气体和水的混合。氘在低温时迁移到水中，在高温时迁移到硫化氢中。含有浓缩氘的硫化氢气体或水从第一级塔的热段和冷段的连接处排出，在下一级塔中重复该过程。最后阶段的产物(氘浓缩至30%水)被送至蒸馏单元以制备反应器阶段的重水(99.75%氧化氘)。
氨-氢交换法可以在催化剂存在下通过与液氨接触从合成气中提取氘。合成气被送到交换塔，然后送到氨合成塔。在交换塔中，气体从底部流向顶部，而液氨从顶部流向底部。氘从合成气中的氢中洗出并浓缩在液氨中。然后液氨流入塔底的氨裂解器，气体则流入塔顶的氨合成塔。在后续阶段进一步浓缩，最后通过蒸馏生产出反应堆级重水。合成气进料可由合成氨厂提供，该合成氨厂也可与氨氢交换法重水厂合建。氨氢交换法也可以用普通水作为供氘源。
用GS法或氨氢交换法生产重水的工厂所用的许多关键设备项目与化学工业和石油工业的几个生产过程中所用的相同。对于使用GS方法的小工厂来说尤其如此。然而，这种设备很少“现货供应”。GS法和氨氢交换法需要在高压下处理大量易燃、腐蚀性和有毒的流体。因此，在制定使用这些方法的工厂和设备的设计和操作标准时，需要认真注意材料的选择和材料的规格，以确保长期使用中的高度安全性和可靠性。规模的选择主要取决于经济和需求。因此，大多数设备项目将根据用户的要求制造。
最后需要指出的是，对于GS法和氨氢交换法，那些不是专门为重水生产设计或制造的设备项目，可以组装成专门为重水生产设计或制造的系统。在氨-氢交换法中使用的催化剂生产系统和在上述两种方法中用于最终将重水浓缩到反应器水平的水蒸馏系统是这种系统的例子。
为GS法或氨氢交换法生产重水而专门设计或制造的设备项目包括:
6.1.水-硫化氢交换塔
为GS法生产重水而专门设计或制造的由优质碳钢(如ASTM A516)制成的交换塔。该塔的直径为6米(20英尺)至9米(30英尺)，它可以在大于或等于2 MPa (300 psi)的压力下运行，耐腐蚀性为6 mm或更高。
6.2.鼓风机和压缩机
为循环硫化氢气体(即含70%以上H2S的气体)而专门设计或制造的单级低压头(即0.2兆帕或30磅/平方英寸)离心鼓风机或压缩机，用于通过GS法生产重水。这些鼓风机或压缩机的气体通过量大于或等于56 m3/s (65，438+020，000标准立方英尺/分钟)，并且它们可以在大于或等于65，438+0.8 MPa (260 psi)的吸入压力下运行，并且它们被设计用于密封潮湿的H2S介质。
6.3.氨氢交换塔
为用氨-氢交换法生产重水而专门设计或制造的氨-氢交换塔。该塔的高度大于或等于35米(114.3英尺)，直径为1.5米(4.9英尺)至2.5米(8.2英尺)，可在大于15 MPa (2225 psi)的压力下运行。这些塔具有至少一个由法兰连接的轴向孔，其直径等于交换塔圆筒的直径，通过该孔可以安装或拆卸塔的内部部件。
6.4.塔内部构件和多级泵
为用氨-氢交换法生产重水而专门设计或制造的塔内件和多级泵。塔的内部包括一个特别设计的多级接触装置，以促进气体/液体的充分接触。多级泵包括专门设计用于将一个接触级中的液氨循环至其他级的水下泵。
6.5.氨裂化器
专门设计或制造用于通过氨-氢交换法生产重水的氨裂解器。该装置可以在大于或等于3 MPa (450 psi)的压力下运行。
6.6.红外吸收分析仪
当氘浓度等于或高于90%时，可以“在线”分析氢/氘比率的红外吸收分析仪。
6.7.催化燃烧器
氨氢交换法生产重水时，使用专门设计或制造的催化燃烧器将浓氘气转化为重水。
硬水
所谓“硬水”，就是有很多矿物质成分溶解在水中，尤其是钙和镁。硬水不会对健康造成直接的伤害，但是会给生活带来很多麻烦，比如在用水器具上结垢，肥皂和洗涤剂的洗涤效率降低等。
水是一种很好的溶剂，可以有效去除污垢和杂质。纯水——无色、无味、无嗅，被称为“万能溶剂”。当水与二氧化碳结合产生微量碳酸时，水的溶解效果更好。当水流过土地和岩石时，会溶解少量的矿物质成分，钙和镁是最常见的两种成分，也就是它们使水变硬。水中的钙、镁等矿物质成分越多，水的硬度越大。
在英国，水的硬度一般用以下指标表示:
硬度范围软轻硬度中硬度高硬度超硬度。
溶解矿物质(毫克/升水)0-17.17.1-60 60-120 120–180 180 &；超过
软水
软水
软水
只含有少量可溶性钙和镁盐的天然水，或软化的硬水。天然软水一般指江、河、湖(淡水湖)水。软化硬水是指钙盐和镁盐的含量降低到1.0 ~ 50 mg/L后得到的软化水，虽然暂时的硬水可以通过煮沸变成软水，但在工业上用这种方法处理大量的水是极不经济的。软化水的方法有:①石灰-纯碱法。首先测量水的硬度，然后加入一定量的氢氧化钙和碳酸钠，使硬水中的钙镁离子沉淀出来；
Ca(HCO3)2+Ca(OH)22CaCO3↓+2H2O
Mg(HCO 3)2+2Ca(OH)2Mg(OH)2↓+2Ca co 3 ↓+ 2H2O
CaSO4+Na2CO3CaO3 ↓+Na2SO4 ②磷酸盐软水法。对于锅炉水，可以加入次磷酸钠(NaPO3)作为水软化剂，它与钙和镁离子形成复合物。当水烧开时，钙和镁不会沉淀，因此不会形成水垢。这种方法不适合软化饮用水。③离子交换法。沸石和离子交换剂虽然不溶于水，但其中的钠离子和氢离子能与硬水中的钙镁离子交换，使钙镁离子被沸石、人造沸石和离子交换剂吸附并除去。长期使用失效的沸石和离子交换剂可通过再生重新使用，因此该方法是一种既经济又先进的软水法。
自由水
自由水
(自由水)植物细胞中不被胶体颗粒或大分子吸附的水，能自由移动，起溶剂作用。水以自由水和束缚水两种状态存在于细胞中，由于存在状态不同，其特性也不同。因此，它在细胞中扮演着不同的角色。由于它们之间的比例不同，会影响原生质的物理性质，进而影响新陈代谢的强度。游离水占总含水量的比例越大，原生质的粘度越小，新陈代谢越旺盛。