Същността на омекотяването на варовик е да се намали твърдостта на водата чрез добавяне на варовик, който реагира химически с временната и постоянна твърдост на водата, за да образува неразтворими утайки от калциев карбонат и магнезиев хидроксид.
Основните химични реакции формират основата за оценката:
1. Премахване на карбонатната твърдост (реакция с CO₂ и Ca(HCO3)₂):
CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO3↓ + H₂O
Ca(HCO3)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO3↓ + 2H₂O
2. Премахване на магнезиевата твърдост (реакция с Mg(HCO3)₂ и Mg²⁺):
Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → 2CaCO3₃↓ + Mg(OH)₂↓ + 2H₂O
Mg²⁺ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + Ca²⁺ (Тази реакция въвежда еквимоларно количество калциеви йони)
3. Прекомерно добавяне: Необходима е допълнителна вар, за да се осигури OH⁻, който реагира с HCO3⁻, за да се получи CO3²⁻, и да се поддържа pH над 10,3, за да се осигури пълно утаяване на Mg(OH)₂.
Като се има предвид общата твърдост (TH), калциевата твърдост (Ca-H), магнезиевата твърдост (Mg-H) и общата основност (TA), количеството вар, което трябва да се добави (на базата на 100% чист CaO), може да бъде разделено на следните части:
1. Варовик, необходим за неутрализиране на свободния CO₂ (L₁):
Стехиометрично съотношение: 1 mol CO₂ : 1 mol CaO
L₁=[CO₂] (Единиците са последователни; ако всички са изразени като CaCO₃ mg/L, стойностите са равни.)
2. Вар, необходим за премахване на карбонатната твърдост (L₂):
Тази част разглежда твърдостта, съответстваща на основността. Стехиометрично съотношение: 2 mol HCO₃⁻ (т.е. 1 mol Ca(HCO3)₂) : 1 mol CaO
L₂=[TA] (Тъй като и двете се изчисляват като CaCO₃, моларната маса е числено равна след преобразуване.)
Дозиращо устройство с активен въглен за омекотяване на вар- натриев карбонат* - Защита на околната среда онлайн
3. Количество вар (L₃), необходимо за премахване на магнезиевата твърдост:
Утаяването на магнезий изисква две части OH⁻ и еквивалентно количество калциеви йони навлиза във водата след реакцията. Стехиометрично съотношение: 1 mol Mg²⁺ : 2 mol CaO
L₃=2 × [Mg - H] (Приемайки CaCO₃, коефициентът на съотношението на масата е (56/100) × 2 ≈ 1,12, но по-често се изчислява директно, като се използват моларни отношения, т.е. удвояване на стойността. Тук [Mg - H] се отнася до частта от твърдостта на магнезия, която трябва да бъде премахната, т.е. първоначалната магнезиева твърдост на водата минус целевата допустима остатъчна магнезиева твърдост.
4. Излишна доза вар (L₄):
За да се осигури пълна реакция, особено утаяване на магнезий, обикновено е необходимо да се поддържа рН 10-11, което изисква добавяне на излишък от вар. Излишната стойност обикновено се оценява емпирично на приблизително 25~50 mg/L (като CaCO₃). За по-напреднало омекотяване излишната стойност може да бъде по-голяма.
5. Теоретична доза вар (на база 100%) (на база CaO):
L_теоретичен=L₁ + L₂ + L3 + L₄=[CO₂] + [TA] + 2 × [Mg-H за отстраняване] + Излишна стойност
Търговската вар (негасена или гасена вар) не е 100% чиста. Действителна доза (kg/m³ или g/L)=L_теоретична / Чистота на търговската вар (%)
Например, ако L_theoretical е 200 mg/L CaO и се използва търговска негасена вар с 85% чистота, тогава действителната доза=200/0,85 ≈ 235 mg/L.