Chemické zmäkčovanie je proces, ktorý zahŕňa pridávanie špecifických chemikálií do vody na premenu kaliacich iónov vápnika a horčíka na nerozpustné zlúčeniny, ktoré sa potom odstránia zrážaním a filtráciou. Ide o klasickú a efektívnu technológiu odstraňovania kalenia.
I. Posun zrážok-rovnováha rozpúšťania
Teoretickým základom tejto metódy je princíp produktu rozpustnosti. To znamená, že pridaním chemikálií do vody sa zvýši koncentrácia aniónov, ktoré môžu vytvárať nerozpustné zrazeniny s iónmi vápnika a horčíka (ako je CO3^2-, OH-, PO4^3- atď.), čo spôsobí, že iónový produkt prekročí svoju konštantu produktu rozpustnosti, čím dôjde k zrážaniu.
Medzi hlavné zrážacie reakcie patria:
1. Odstránenie uhličitanovej tvrdosti:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O
Vápno poskytuje OH- ióny na premenu bikarbonátových iónov na uhličitanové ióny a zvyšuje pH za vzniku zrazeniny hydroxidu horečnatého.
2. Odstránenie ne-karbonátovej tvrdosti (vápnik):
CaSO4 + Na2CO3 ->CaC03↓ + Na2S04
CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl
Sóda poskytuje ióny CO3^2-, ktoré sa spájajú s iónmi vápnika za vzniku zrazeniny uhličitanu vápenatého.
3. Odstránenie ne-karbonátovej tvrdosti (horčík):
MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaS04
Vzniknutý CaSO4 je ešte potrebné ďalej odstraňovať sódou. Vápno sa používa na poskytnutie OH- iónov na vytvorenie zrazeniny hydroxidu horečnatého s produktom s menšou rozpustnosťou.
II. Bežne používané chemické činidlá a ich funkcie
1. Vápno: Jeho hlavnou zložkou je Ca(OH)2.
Odstraňuje uhličitanovú tvrdosť (vrátane tvrdosti uhličitanu vápenatého a horečnatého) a poskytuje prostredie s vysokým pH. Dávkovanie je potrebné presne vypočítať; nadmerné pridávanie je nielen zbytočné, ale môže viesť aj k opätovnému rozpusteniu horčíkových iónov alebo k zavedeniu novej tvrdosti.
2. Soda: Jej hlavnou zložkou je Na2CO3.
Odstraňuje z vody ne-uhličitanovú tvrdosť (vápnikovú tvrdosť). Rozpúšťa sa vo vode samotnej bez zavedenia nových iónov tvrdosti, ale skôr zavádza Na+, čo má relatívne malý vplyv na kvalitu vody.
3. Hydroxid sodný: NaOH.
Niekedy sa používa ako čiastočná náhrada vápna, ktorá poskytuje OH- ióny, čím je prevádzka jednoduchšia, ale drahšia. Reakcia je podobná reakcii vápna.
4. Fosfáty: Ako napríklad tripolyfosfát sodný, hexametafosfát sodný atď.
Táto metóda nie je tradičnou zrážacou metódou, ale skôr zabraňuje tvorbe vodného kameňa vytváraním dispergovaných koloidov alebo komplexovaním iónov vápnika a horčíka. Ide o „skrytú metódu“ alebo „prahový efekt“, ktorý sa často používa na pomocnú liečbu alebo v situáciách s nízkymi požiadavkami.
III. Klasický procesný postup: Vápno-metóda sódy
Toto je najreprezentatívnejší proces chemického zmäkčovania a jeho priebeh je nasledujúci:
1. Reakčná nádrž/zmäkčovacia nádrž:
Surová voda najskôr vstupuje do reakčnej nádrže, kde sa podľa vypočítanej dávky pridáva vápenná kaša a roztok sódy. Nádrž je vybavená mechanickým miešacím zariadením na zabezpečenie dôkladného premiešania a reakcie činidiel a na poskytnutie dostatočného času a podmienok na tvorbu zrazeniny.
Tu sú dokončené všetky vyššie uvedené základné chemické reakcie, pričom vzniká veľké množstvo flokulentných zrazenín CaCO3 a Mg(OH)2.
2. Sedimentačná nádrž/čistiacia nádrž:
Zreagovaná voda prúdi do sedimentačnej nádrže, kde sa prietok spomalí. Keďže CaCO3 je ťažká zrazenina, rýchlo sa prirodzene usadzuje; kým Mg(OH)2 je ľahká vločkovitá zrazenina, usadzuje sa pomalšie. Flokulanty (ako je PAM) sa zvyčajne pridávajú na podporu rastu vločiek a urýchlenie sedimentácie. Vyčistená horná časť pokračuje do ďalšieho kroku, pričom spodný kal sa periodicky odstraňuje.
3. Filtračná nádrž:
Voda po sedimentácii môže stále obsahovať drobné suspendované častice, čo si vyžaduje presnú filtráciu cez multi{0}}mediálny filter (ako je antracit alebo kremičitý piesok), aby sa odstránili zvyšky jemného sedimentu a zabezpečilo sa, že zákal odpadovej vody spĺňa normy.
4. Nádrž na úpravu pH:
Voda upravená vápnom má veľmi vysoké pH (zvyčajne nad 10), takže je korozívna a nevhodná na následné použitie alebo vypúšťanie.
Preto sa po filtrácii musí pridať kyselina (ako je kyselina sírová alebo kyselina chlorovodíková) alebo CO2, aby sa pH neutralizovalo a vrátilo sa späť do neutrálneho rozsahu (napr. 6,5-8,5). Spôsob zavádzania CO2, tiež známy ako "rekarbonizácia", môže tiež premeniť malé množstvá rozpustených vápenatých iónov na uhličitan vápenatý na ďalšie odstránenie.
IV. Technické vlastnosti
Výhody:
1. Významné a spoľahlivé výsledky: Technológia je vyspelá a môže znížiť tvrdosť na nízku úroveň (zvyšková tvrdosť môže dosiahnuť 0,5-1,0 mmol/l).
2. Súčasné odstraňovanie iných nečistôt: V procese odstraňovania tvrdosti môže tiež účinne znížiť zásaditosť, obsah kremíka, niektorých ťažkých kovov a nerozpustených látok vo vode.
3. Nízke náklady na ošetrenie: Použité činidlá (vápno, sóda) sú široko dostupné a relatívne lacné.
Nevýhody a obmedzenia:
1. Veľká produkcia kalu: Vytvára veľké množstvo chemického kalu (zloženého najmä z uhličitanu vápenatého a hydroxidu horečnatého) a úprava a likvidácia tohto kalu zvýši dodatočné náklady a tlak na životné prostredie.
2. Komplexná prevádzka a riadenie: Dávkovanie činidiel je potrebné presne vypočítať a upraviť podľa zmien v kvalite surovej vody, čo si vyžaduje vysokokvalifikovanú obsluhu.
3. Obmedzená kvalita výtoku: Je ťažké dosiahnuť extrémne nízke požiadavky na tvrdosť hlbokého zmäkčenia (napr.<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.
4. Veľký priestor: Zariadenie vyžaduje sériu štruktúr, ako sú reakčné, sedimentačné a filtračné zariadenia, čo má za následok vysoké investície do infraštruktúry.