Suština omekšavanja vapna je smanjenje tvrdoće vode dodavanjem vapna, koje hemijski reaguje sa privremenom i trajnom tvrdoćom u vodi stvarajući nerastvorljive taloge kalcijum karbonata i magnezijum hidroksida.
Glavne hemijske reakcije čine osnovu za procjenu:
1. Uklanjanje karbonatne tvrdoće (reakcija sa CO₂ i Ca(HCO₃)₂):
CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O
Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
2. Uklanjanje tvrdoće magnezija (reakcija sa Mg(HCO₃)₂ i Mg²⁺):
Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + Mg(OH)₂↓ + 2H₂O
Mg²⁺ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + Ca²⁺ (ova reakcija uvodi ekvimolarnu količinu jona kalcijuma)
3. Prekomjerno dodavanje: Potrebno je dodatno vapno da bi se dobio OH⁻, koji reaguje sa HCO₃⁻ da bi proizveo CO₃²⁻, i da bi se održao pH iznad 10,3 kako bi se osiguralo potpuno taloženje Mg(OH)₂.
S obzirom na ukupnu tvrdoću (TH), tvrdoću kalcijuma (Ca-H), tvrdoću magnezija (Mg-H) i ukupnu bazičnost (TA), količina vapna koja se dodaje (na bazi 100% čistog CaO) može se podijeliti na sljedeće dijelove:
1. Vapno potrebno za neutralizaciju slobodnog CO₂ (L₁):
Stehiometrijski odnos: 1 mol CO₂ : 1 mol CaO
L₁=[CO₂] (Jedinice su konzistentne; ako su sve izražene kao CaCO₃ mg/L, vrijednosti su jednake.)
2. Vapno potrebno za uklanjanje karbonatne tvrdoće (L₂):
Ovaj dio se bavi tvrdoćom koja odgovara bazičnosti. Stehiometrijski odnos: 2 mol HCO₃⁻ (tj. 1 mol Ca(HCO₃)₂) : 1 mol CaO
L₂=[TA] (Budući da su oba izračunata kao CaCO₃, molarna masa je brojčano jednaka nakon konverzije.)
Vapno-Uređaj za doziranje aktivnog uglja za omekšavanje natrijum karbonata* - Zaštita životne sredine na mreži
3. Količina vapna (L₃) potrebna za uklanjanje tvrdoće magnezijuma:
Za taloženje magnezija potrebna su dva dijela OH⁻, a ekvivalentna količina jona kalcija ulazi u vodu nakon reakcije. Stehiometrijski odnos: 1 mol Mg²⁺ : 2 mol CaO
L₃=2 × [Mg - H] (Pod pretpostavkom CaCO₃, koeficijent masenog omjera je (56/100) × 2 ≈ 1,12, ali se češće izračunava direktno korištenjem molarnih odnosa, tj. udvostručavanjem vrijednosti. Ovdje, [Mg -}) se odnosi na tvrdoću i treba ukloniti tvrdoću i H] originalna tvrdoća vodenog magnezijuma minus ciljna dozvoljena preostala tvrdoća magnezijuma.
4. Višak doze limete (L₄):
Da bi se osigurala potpuna reakcija, posebno precipitacija magnezija, obično je potrebno održavati pH 10-11, što zahtijeva dodavanje viška vapna. Višak vrijednosti se obično empirijski procjenjuje na približno 25~50 mg/L (kao CaCO₃). Za naprednije omekšavanje, višak vrijednosti može biti veći.
5. Teoretska doza vapna (na bazi 100%) (na bazi CaO):
L_teoretski=L₁ + L₂ + L₃ + L₄=[CO₂] + [TA] + 2 × [Mg-H koji treba ukloniti] + Višak vrijednosti
Komercijalno vapno (živo vapno ili gašeno vapno) nije 100% čisto. Stvarna doza (kg/m³ ili g/L)=L_teoretska / Čistoća komercijalnog vapna (%)
Na primjer, ako je L_theoretical 200 mg/L CaO, a koristi se komercijalno živo vapno sa 85% čistoće, tada je stvarna doza=200/0,85 ≈ 235 mg/L.
