Химическото омекотяване е процес, който включва добавяне на специфични химикали към водата за превръщане на втвърдяващите се калциеви и магнезиеви йони в неразтворими съединения, които след това се отстраняват чрез утаяване и филтриране. Това е класическа и ефективна технология за отстраняване на втвърдяването.
I. Изместване на утаяването-Равновесие на разтваряне
Теоретичната основа на този метод е принципът на продукта на разтворимостта. Тоест, чрез добавяне на химикали към водата, концентрацията на аниони, които могат да образуват неразтворими утайки с калциеви и магнезиеви йони (като CO3^2-, OH-, PO4^3- и т.н.), се увеличава, което кара йонния продукт да надхвърли своята константа на продукта на разтворимост, като по този начин генерира утаяване.
Основните реакции на утаяване включват:
1. Отстраняване на карбонатната твърдост:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O
Лаймът осигурява OH- йони за превръщане на бикарбонатните йони в карбонатни йони и повишава pH, за да образува утайка от магнезиев хидроксид.
2. Премахване на не-карбонатна твърдост (калций):
CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl
Калцинираната сода осигурява CO3^2- йони, които се комбинират с калциевите йони, за да образуват утайка от калциев карбонат.
3. Премахване на не-карбонатна твърдост (магнезий):
MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaSO4
Генерираният CaSO4 все още трябва да бъде допълнително отстранен от калцинирана сода. Вар се използва за осигуряване на OH- йони за образуване на утайка от магнезиев хидроксид с по-малък продукт на разтворимост.
II. Често използвани химични реактиви и техните функции
1. Вар: Основният му компонент е Ca(OH)2.
Премахва карбонатната твърдост (включително калциева и магнезиева карбонатна твърдост) и осигурява среда с високо pH. Дозата трябва да бъде точно изчислена; прекомерното добавяне е не само разточително, но също така може да доведе до повторно разтваряне на магнезиевите йони или въвеждане на нова твърдост.
2. Калцинирана сода: Нейният основен компонент е Na2CO3.
Премахва не{0}}карбонатната твърдост (калциева твърдост) от водата. Той се разтваря във самата вода, без да въвежда нови йони на твърдостта, а по-скоро въвежда Na+, като има сравнително малко въздействие върху качеството на водата.
3. Натриев хидроксид: NaOH.
Понякога се използва като частичен заместител на варовик, осигурявайки OH- йони, което прави работата по-лесна, но по-скъпа. Реакцията е подобна на тази на вар.
4. Фосфати: като натриев триполифосфат, натриев хексаметафосфат и др.
Този метод не е традиционен метод за утаяване, а по-скоро предотвратява образуването на котлен камък чрез генериране на диспергирани колоиди или образуване на комплекси с калциеви и магнезиеви йони. Това е "скрит метод" или "прагов ефект", често използван за спомагателно лечение или в ситуации с ниски изисквания.
III. Класически технологичен поток: метод с вар-калцинирана сода
Това е най-представителният процес на химическо омекотяване и протича по следния начин:
1. Реакционен резервоар/резервоар за омекотяване:
Суровата вода първо влиза в реакционния резервоар, където се добавят варова каша и разтвор на калцинирана сода според изчислената доза. Резервоарът е снабден с механично разбъркващо устройство, за да се осигури цялостно смесване и реакция на реагентите и да се осигури достатъчно време и условия за образуване на утайка.
Всички основни химични реакции, споменати по-горе, завършват тук, генерирайки голямо количество CaCO3 и Mg(OH)2 флокулентни утайки.
2. Резервоар за утаяване/резервоар за избистряне:
Реагиралата вода се влива в резервоара за утаяване, където скоростта на потока се забавя. Тъй като CaCO3 е тежка утайка, той бързо се утаява естествено; докато Mg(OH)2 е лека флокулираща утайка, тя се утаява по-бавно. Флокуланти (като PAM) обикновено се добавят за насърчаване на растежа на флокулите и ускоряване на утаяването. Избистрената горна част преминава към следващата стъпка, докато долната утайка периодично се отстранява.
3. Филтърен резервоар:
Водата след утаяване все още може да съдържа малки суспендирани частици, което изисква прецизно филтриране през много-медиен филтър (като антрацит или силициев пясък), за да се отстрани остатъчната фина утайка и да се гарантира, че мътността на отпадъчните води отговаря на стандартите.
4. Резервоар за регулиране на pH:
Водата, обработена с вар, има много високо pH (обикновено над 10), което я прави корозивна и неподходяща за последваща употреба или изхвърляне.
Следователно след филтриране трябва да се добави киселина (като сярна киселина или солна киселина) или CO2, за да се неутрализира рН и да се върне обратно в неутрален диапазон (напр. 6,5-8,5). Методът за въвеждане на CO2, известен също като "рекарбонизация", може също така да преобразува малки количества разтворени калциеви йони в калциев карбонат за по-нататъшно отстраняване.
IV. Технически характеристики
Предимства:
1. Значителни и надеждни резултати: Технологията е развита и може да намали твърдостта до ниско ниво (остатъчната твърдост може да достигне 0,5-1,0 mmol/L).
2. Едновременно отстраняване на други примеси: В процеса на премахване на твърдостта може също така ефективно да намали алкалността, съдържанието на силиций, някои тежки метали и суспендирани твърди вещества във водата.
3. Ниски разходи за обработка: Използваните реагенти (вар, калцинирана сода) са широко достъпни и сравнително евтини.
Недостатъци и ограничения:
1. Голямо производство на утайки: Генерира голямо количество химически утайки (съставени главно от калциев карбонат и магнезиев хидроксид), а обработката и изхвърлянето на тази утайка ще увеличи допълнителните разходи и натиска върху околната среда.
2. Комплексна работа и управление: Дозата на реагентите трябва да бъде прецизно изчислена и коригирана според промените в качеството на суровата вода, което изисква висококвалифицирани оператори.
3. Ограничено качество на отпадъчните води: Трудно е да се постигнат изключително ниските изисквания за твърдост на дълбокото омекотяване (напр.<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.
4. Голям отпечатък: Оборудването изисква серия от структури като съоръжения за реакция, утаяване и филтриране, което води до големи инвестиции в инфраструктура.