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软化水设备核心基于离子交换原理开展工作。设备内部装填有离子交换树脂，常见的是强酸性阳离子交换树脂。当含硬水成分（如钙、镁离子）的原水进入设备并流经树脂层时，树脂所具备的可交换离子（一般是钠离子）便会与水中的钙、镁离子发生交换反应。
例如，针对水中的钙离子（Ca²⁺），其交换反应可表示为：2RNa + Ca²⁺ → R₂Ca + 2Na⁺（这里的 R 代表树脂基团）；对于镁离子（Mg²⁺）同样会有类似的交换过程发生。经过这样的离子交换环节，水中的钙、镁离子被吸附留存于树脂之上，而钠离子则释放到水中，由此使得水的硬度得以降低，达成软化水的目标。
不过，随着持续不断的离子交换操作，树脂上原本的可交换离子会逐渐被钙、镁离子所替代占据，树脂的交换能力随之逐步下降。当达到一定程度后，就需要对树脂实施再生处理，恢复其交换功能。再生过程通常是运用高浓度的氯化钠（NaCl）溶液（也就是再生剂）使其流经树脂层，让树脂上吸附的钙、镁离子被钠离子重新置换下来，如此一来，树脂便能再次具备足够的交换能力，继续投入到软化水的工作流程之中。
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