A kémiai lágyítás egy olyan folyamat, amelynek során meghatározott vegyszereket adnak a vízhez, hogy a megkeményedő kalcium- és magnéziumionokat oldhatatlan vegyületekké alakítsák, amelyeket aztán kicsapással és szűréssel eltávolítanak. Ez egy klasszikus és hatékony kikeményedés eltávolítási technológia.
I. A csapadék eltolódása-Az oldódási egyensúly
Ennek a módszernek az elméleti alapja az oldhatósági szorzat elve. Vagyis vegyszer hozzáadásával a kalcium- és magnéziumionokkal oldhatatlan csapadékot képező anionok koncentrációja megnő (például CO3^2-, OH-, PO4^3- stb.), aminek következtében az iontermék meghaladja az oldhatósági szorzatállandóját, ezáltal csapadék keletkezik.
A fő csapadékreakciók a következők:
1. Karbonátkeménység eltávolítása:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O
A mész OH- ionokat biztosít a bikarbonát ionok karbonát ionokká történő átalakításához, és megemeli a pH-t, hogy magnézium-hidroxid csapadék képződjön.
2. A nem--karbonátos keménység (kalcium) eltávolítása:
CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl
A szóda CO3^2-ionokat biztosít, amelyek kalciumionokkal egyesülve kalcium-karbonát csapadékot képeznek.
3. Nem-karbonátos keménység (magnézium) eltávolítása:
MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaSO4
A keletkezett CaSO4-et még tovább kell eltávolítani a szóda segítségével. A meszet OH- ionok biztosítására használják, hogy magnézium-hidroxid csapadékot képezzenek kisebb oldhatóságú termékkel.
II. Általánosan használt kémiai reagensek és funkcióik
1. Mész: Fő komponense a Ca(OH)2.
Eltávolítja a karbonát keménységet (beleértve a kalcium- és magnézium-karbonát keménységet is), és magas pH-jú környezetet biztosít. Az adagot pontosan kell kiszámítani; a túlzott adagolás nemcsak pazarló, hanem magnéziumionok újraoldódásához vagy új keménységhez vezethet.
2. Soda Ash: Fő komponense a Na2CO3.
Eltávolítja a vízből a nem--karbonátos keménységet (kalciumkeménységet). Magában a vízben oldódik anélkül, hogy új keménységű ionokat hozna létre, hanem Na+-ot visz be, ami viszonylag kis mértékben befolyásolja a víz minőségét.
3. Nátrium-hidroxid: NaOH.
Néha a mész részleges helyettesítésére használják, OH- ionokat biztosítva, így egyszerűbb, de drágább a művelet. A reakció hasonló a mész reakciójához.
4. Foszfátok: például nátrium-tripolifoszfát, nátrium-hexametafoszfát stb.
Ez a módszer nem hagyományos kicsapási módszer, hanem diszpergált kolloidok generálásával vagy kalcium- és magnéziumionok komplexképzésével akadályozza meg a vízkőképződést. Ez egy "rejtett módszer" vagy "küszöbhatás", gyakran használják kiegészítő kezelésre vagy alacsony követelményeket támasztó helyzetekben.
III. Klasszikus folyamatfolyam: mész-szóda módszer
Ez a legreprezentatívabb kémiai lágyítási eljárás, és az áramlása a következő:
1. Reakciótartály/lágyító tartály:
A nyers víz először a reakciótartályba kerül, ahol a számított adagnak megfelelően mészzagyot és szódaoldatot adnak hozzá. A tartály mechanikus keverőberendezéssel van felszerelve, amely biztosítja a reagensek alapos keveredését és reakcióját, valamint elegendő időt és feltételeket biztosít a csapadékképződéshez.
Az összes fent említett kémiai magreakció itt befejeződik, és nagy mennyiségű CaCO3 és Mg(OH)2 flokkuláló csapadék keletkezik.
2. Ülepítő tartály/tisztító tartály:
A reagált víz az ülepítő tartályba áramlik, ahol az áramlási sebesség lelassul. Mivel a CaCO3 nehéz csapadék, a természetben gyorsan ülepedik; míg a Mg(OH)2 enyhe pelyhes csapadék, lassabban ülepedik. A flokkulálószereket (például PAM) általában a pelyhek növekedésének elősegítésére és az ülepedés felgyorsítására adják hozzá. A megtisztított felső rész a következő lépésre lép, míg az alsó iszapot időszakonként eltávolítják.
3. Szűrőtartály:
Az ülepítés után a víz továbbra is tartalmazhat apró szuszpendált részecskéket, amelyek precíziós szűrést igényelnek egy multi-médiaszűrőn (például antracit vagy szilícium-dioxid homok) keresztül, hogy eltávolítsák a maradék finom üledéket, és biztosítsák, hogy a szennyvíz zavarossága megfeleljen a szabványoknak.
4. pH-beállító tartály:
A mésszel kezelt víz pH-ja nagyon magas (általában 10 felett van), így maró hatású, és nem alkalmas későbbi felhasználásra vagy kiürítésre.
Ezért szűrés után savat (például kénsavat vagy sósavat) vagy CO2-t kell hozzáadni, hogy semlegesítsük a pH-értéket, és visszaállítsuk a semleges tartományba (pl. 6,5-8,5). A CO2 bevezetésének módszere, más néven "rekarbonáció", kis mennyiségű oldott kalciumiont is kalcium-karbonáttá alakíthat további eltávolítás céljából.
IV. Műszaki jellemzők
Előnyök:
1. Jelentős és megbízható eredmények: A technológia kiforrott, és alacsony szintre tudja csökkenteni a keménységet (a maradék keménység elérheti a 0,5-1,0 mmol/L-t).
2. Egyéb szennyeződések egyidejű eltávolítása: A keménység eltávolítása során hatékonyan csökkentheti a víz lúgosságát, szilíciumtartalmát, egyes nehézfémeket és lebegő szilárd anyagokat.
3. Alacsony kezelési költség: A felhasznált reagensek (mész, szóda) széles körben elérhetőek és viszonylag olcsók.
Hátrányok és korlátok:
1. Nagy iszaptermelés: Nagy mennyiségű (főleg kalcium-karbonátból és magnézium-hidroxidból álló) kémiai iszapot termel, ennek az iszapnak a kezelése és ártalmatlanítása többletköltségeket és környezeti terhelést jelent.
2. Komplex üzemeltetés és kezelés: A reagensek adagját pontosan kell kiszámítani és a nyersvíz minőségének változásaihoz igazítani, amihez magasan képzett kezelőkre van szükség.
3. Korlátozott szennyvízminőség: A mélylágyítás rendkívül alacsony keménységi követelményeit nehéz elérni (pl.<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.
4. Nagy lábnyom: A berendezéshez számos szerkezetre van szükség, például reakció-, ülepítő- és szűrőberendezésekre, ami jelentős infrastrukturális beruházást eredményez.