Kemisk mjukgöring är en process som innebär att man tillsätter specifika kemikalier till vatten för att omvandla härdande kalcium- och magnesiumjoner till olösliga föreningar, som sedan avlägsnas genom utfällning och filtrering. Detta är en klassisk och effektiv härdningsteknik.
I. Skift av nederbörd-Upplösningsjämvikt
Den teoretiska grunden för denna metod är löslighetsproduktprincipen. Det vill säga, genom att tillsätta kemikalier till vattnet, ökas koncentrationen av anjoner som kan bilda olösliga fällningar med kalcium- och magnesiumjoner (som CO3^2-, OH-, PO4^3-, etc.), vilket gör att jonprodukten överskrider sin löslighetsproduktkonstant och därigenom genererar utfällning.
De viktigaste utfällningsreaktionerna inkluderar:
1. Avlägsnande av karbonathårdhet:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O
Kalk ger OH--joner för att omvandla bikarbonatjoner till karbonatjoner och höjer pH-värdet för att bilda magnesiumhydroxidfällning.
2. Avlägsnande av icke-karbonathårdhet (kalcium):
CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl
Soda ger CO3^2-joner, som kombineras med kalciumjoner för att bilda kalciumkarbonatfällning.
3. Avlägsnande av icke-karbonathårdhet (magnesium):
MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaSO4
Den alstrade CaSO4 behöver fortfarande avlägsnas ytterligare med soda. Kalk används för att tillhandahålla OH--joner för att bilda magnesiumhydroxidfällning med en produkt med mindre löslighet.
II. Vanligt använda kemiska reagenser och deras funktioner
1. Kalk: Dess huvudkomponent är Ca(OH)2.
Tar bort karbonathårdhet (inklusive kalcium- och magnesiumkarbonathårdhet) och ger en miljö med högt pH. Doseringen måste beräknas exakt; överdriven tillsats är inte bara slösaktig utan kan också leda till återupplösning av magnesiumjoner eller introducera ny hårdhet.
2. Sodaaska: Dess huvudkomponent är Na2CO3.
Tar bort icke-karbonathårdhet (kalciumhårdhet) från vatten. Det löser sig i själva vattnet utan att introducera nya hårdhetsjoner, utan introducerar snarare Na+, vilket har en relativt liten inverkan på vattenkvaliteten.
3. Natriumhydroxid: NaOH.
Används ibland som ett partiellt substitut för kalk, vilket ger OH--joner, vilket gör driften enklare men dyrare. Reaktionen liknar den för kalk.
4. Fosfater: Såsom natriumtripolyfosfat, natriumhexametafosfat, etc.
Denna metod är inte en traditionell utfällningsmetod, utan förhindrar snarare beläggningsbildning genom att generera dispergerade kolloider eller komplexbildande kalcium- och magnesiumjoner. Det är en "dold metod" eller "tröskeleffekt", som ofta används för hjälpbehandling eller i situationer med låga krav.
III. Klassiskt processflöde: Lime-Soda Ash Method
Detta är den mest representativa kemiska mjukgöringsprocessen, och dess flöde är som följer:
1. Reaktionstank/avhärdningstank:
Råvatten kommer först in i reaktionstanken, där kalkslam och sodalösning tillsätts enligt den beräknade dosen. Tanken är utrustad med en mekanisk omrörningsanordning för att säkerställa noggrann blandning och reaktion av reagenserna och för att ge tillräcklig tid och förutsättningar för fällning.
Alla de centrala kemiska reaktionerna som nämnts ovan fullbordas här och genererar en stor mängd CaCO3 och Mg(OH)2 flockiga fällningar.
2. Sedimentationstank/klarningstank:
Det reagerade vattnet rinner in i sedimentationstanken, där flödet saktar ner. Eftersom CaCO3 är en tung fällning, sedimenterar den snabbt naturligt; medan Mg(OH)2 är en lätt flockig fällning, sedimenterar den långsammare. Flockningsmedel (såsom PAM) tillsätts vanligtvis för att främja flocktillväxt och påskynda sedimenteringen. Den klarnade övre delen fortsätter till nästa steg, medan bottenslammet regelbundet avlägsnas.
3. Filtreringstank:
Vattnet efter sedimentering kan fortfarande innehålla små suspenderade partiklar, vilket kräver precisionsfiltrering genom ett multi-mediafilter (som antracit eller kiseldioxidsand) för att avlägsna kvarvarande fint sediment och säkerställa att avloppsvattnets grumlighet uppfyller standarderna.
4. pH-justeringstank:
Vattnet som behandlas med kalk har ett mycket högt pH (vanligtvis över 10), vilket gör det frätande och olämpligt för efterföljande användning eller utsläpp.
Därför måste syra (som svavelsyra eller saltsyra) eller CO2 tillsättas efter filtrering för att neutralisera pH och föra tillbaka det till ett neutralt område (t.ex. 6,5-8,5). Metoden för att introducera CO2, även känd som "rekarbonatisering", kan också omvandla små mängder lösta kalciumjoner till kalciumkarbonat för ytterligare avlägsnande.
IV. Tekniska egenskaper
Fördelar:
1. Betydande och tillförlitliga resultat: Tekniken är mogen och kan reducera hårdheten till en låg nivå (resterande hårdhet kan nå 0,5-1,0 mmol/L).
2. Samtidigt avlägsnande av andra föroreningar: I processen att ta bort hårdhet kan det också effektivt minska alkaliniteten, kiselinnehållet, vissa tungmetaller och suspenderade ämnen i vattnet.
3. Låg behandlingskostnad: Reagenserna som används (kalk, soda) är allmänt tillgängliga och relativt billiga.
Nackdelar och begränsningar:
1. Produktion av stort slam: Det genererar en stor mängd kemiskt slam (huvudsakligen sammansatt av kalciumkarbonat och magnesiumhydroxid), och behandlingen och bortskaffandet av detta slam kommer att öka ytterligare kostnader och miljötryck.
2. Komplex drift och hantering: Doseringen av reagenser måste beräknas exakt och justeras efter förändringar i råvattenkvaliteten, vilket kräver mycket skickliga operatörer.
3. Begränsad avloppskvalitet: Det är svårt att uppnå de extremt låga hårdhetskraven för djupavhärdning (t.ex.<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.
4. Stort fotavtryck: Utrustningen kräver en rad strukturer såsom reaktions-, sedimenterings- och filtreringsanläggningar, vilket resulterar i höga infrastrukturinvesteringar.