Hemijsko omekšavanje je proces koji uključuje dodavanje specifičnih hemikalija u vodu za pretvaranje otvrdnutih iona kalcija i magnezija u nerastvorljiva jedinjenja, koja se zatim uklanjaju taloženjem i filtracijom. Ovo je klasična i efikasna tehnologija uklanjanja stvrdnjavanja.
I. Pomak ravnoteže precipitacije-rastvaranja
Teorijska osnova ove metode je princip proizvoda rastvorljivosti. To jest, dodavanjem hemikalija u vodu, povećava se koncentracija anjona koji mogu formirati nerastvorljive taloge sa jonima kalcijuma i magnezijuma (kao što su CO3^2-, OH-, PO4^3-, itd.), što dovodi do toga da ionski proizvod premašuje svoju konstantu proizvoda rastvorljivosti, čime se stvara precipitacija.
Glavne reakcije taloženja uključuju:
1. Uklanjanje karbonatne tvrdoće:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O
Kreč obezbjeđuje OH- jone za pretvaranje bikarbonatnih jona u karbonatne ione i podiže pH da bi se formirao precipitat magnezijum hidroksida.
2. Uklanjanje ne-karbonatne tvrdoće (kalcijum):
CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl
Soda pepeo daje CO3^2- jone, koji se kombinuju sa jonima kalcijuma i formiraju talog kalcijum karbonata.
3. Uklanjanje ne-karbonatne tvrdoće (magnezijum):
MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaSO4
Nastali CaSO4 još uvijek treba dodatno ukloniti soda pepelom. Kreč se koristi za obezbjeđivanje jona OH- za formiranje precipitata magnezijum hidroksida sa manjim proizvodom rastvorljivosti.
II. Često korišteni hemijski reagensi i njihove funkcije
1. Kreč: Njegova glavna komponenta je Ca(OH)2.
Uklanja karbonatnu tvrdoću (uključujući tvrdoću kalcijum i magnezijum karbonata) i obezbeđuje okruženje visokog pH. Doziranje treba precizno izračunati; prekomjerno dodavanje nije samo rasipno, već može dovesti i do ponovnog otapanja jona magnezija ili uvesti novu tvrdoću.
2. Soda Ash: Njegova glavna komponenta je Na2CO3.
Uklanja ne-karbonatnu tvrdoću (kalcijum tvrdoću) iz vode. On se sam otapa u vodi bez uvođenja novih iona tvrdoće, već uvodi Na+, što ima relativno mali utjecaj na kvalitetu vode.
3. Natrijum hidroksid: NaOH.
Ponekad se koristi kao djelomična zamjena za kreč, dajući OH- jone, čineći rad jednostavnijim, ali skupljim. Reakcija je slična onoj na kreč.
4. Fosfati: kao što su natrijum tripolifosfat, natrijum heksametafosfat, itd.
Ova metoda nije tradicionalna metoda precipitacije, već sprječava stvaranje kamenca stvaranjem dispergiranih koloida ili kompleksiranjem jona kalcija i magnezija. To je "skrivena metoda" ili "efekat praga", koji se često koristi za pomoćno liječenje ili u situacijama s niskim zahtjevima.
III. Klasični tok procesa: vapno-metoda sode pepela
Ovo je najreprezentativniji proces hemijskog omekšavanja, a njegov tok je sljedeći:
1. Reakcioni rezervoar/rezervoar za omekšavanje:
Sirova voda prvo ulazi u reakcioni rezervoar, gde se dodaje krečna kaša i rastvor sode pepela prema izračunatoj dozi. Rezervoar je opremljen mehaničkim uređajem za miješanje kako bi se osiguralo temeljno miješanje i reakcija reagensa i obezbijedilo dovoljno vremena i uslova za formiranje taloga.
Sve gore pomenute ključne hemijske reakcije su ovde završene, stvarajući veliku količinu flokulentnih taloga CaCO3 i Mg(OH)2.
2. Taložnik/rezervoar za bistrenje:
Reagirana voda teče u taložnik, gdje se brzina protoka usporava. Pošto je CaCO3 težak talog, on se prirodno brzo taloži; dok je Mg(OH)2 lagani flokulentni talog, sporije se taloži. Flokulanti (kao što je PAM) se obično dodaju kako bi potaknuli rast flokula i ubrzali sedimentaciju. Pročišćeni gornji dio prelazi na sljedeći korak, dok se donji mulj povremeno uklanja.
3. Spremnik za filtriranje:
Voda nakon taloženja može još uvijek sadržavati sitne suspendirane čestice, što zahtijeva preciznu filtraciju kroz multi-filter (kao što je antracit ili silicijum pijesak) kako bi se uklonio zaostali fini sediment i osiguralo da zamućenost efluenta ispunjava standarde.
4. Spremnik za podešavanje pH vrijednosti:
Voda tretirana vapnom ima veoma visok pH (obično iznad 10), što je čini korozivnom i neprikladnom za naknadnu upotrebu ili ispuštanje.
Stoga se nakon filtracije mora dodati kiselina (kao što je sumporna kiselina ili hlorovodonična kiselina) ili CO2 da bi se neutralisao pH i vratio u neutralni opseg (npr. 6,5-8,5). Metoda uvođenja CO2, također poznata kao "rekarbonacija", također može pretvoriti male količine rastvorenih jona kalcijuma u kalcijum karbonat za dalje uklanjanje.
IV. Tehničke karakteristike
Prednosti:
1. Značajni i pouzdani rezultati: Tehnologija je zrela i može smanjiti tvrdoću na nizak nivo (preostala tvrdoća može doseći 0,5-1,0 mmol/L).
2. Istovremeno uklanjanje drugih nečistoća: U procesu uklanjanja tvrdoće, takođe može efikasno smanjiti alkalnost, sadržaj silicijuma, nekih teških metala i suspendovanih čvrstih materija u vodi.
3. Niski troškovi tretmana: Korišteni reagensi (kreč, soda pepeo) su široko dostupni i relativno jeftini.
Nedostaci i ograničenja:
1. Velika proizvodnja mulja: stvara veliku količinu hemijskog mulja (uglavnom sastavljenog od kalcijum karbonata i magnezijum hidroksida), a tretman i odlaganje ovog mulja će povećati dodatne troškove i pritisak na okolinu.
2. Složen rad i upravljanje: Doziranje reagensa treba precizno izračunati i prilagoditi u skladu sa promjenama u kvalitetu sirove vode, što zahtijeva visoko kvalifikovane operatere.
3. Ograničeni kvalitet efluenta: Teško je postići ekstremno niske zahtjeve tvrdoće dubokog omekšavanja (npr.<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.
4. Veliki otisak: Oprema zahtijeva niz struktura kao što su postrojenja za reakciju, sedimentaciju i filtraciju, što rezultira velikim ulaganjima u infrastrukturu.