Podstatou zmäkčovania vápna je zníženie tvrdosti vody pridaním vápna, ktoré chemicky reaguje s dočasnou a trvalou tvrdosťou vody za vzniku nerozpustných zrazenín uhličitanu vápenatého a hydroxidu horečnatého.
Hlavné chemické reakcie tvoria základ pre odhad:
1. Odstránenie uhličitanovej tvrdosti (reakcia s CO₂ a Ca(HCO₃)₂):
CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO33 + H2O
Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
2. Odstránenie horčíkovej tvrdosti (reakcia s Mg(HCO₃)₂ a Mg²⁺):
Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + Mg(OH)₂↓ + 2H2O
Mg²⁺ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + Ca²⁺ (Táto reakcia zavádza ekvimolárne množstvo iónov vápnika)
3. Nadmerné pridávanie: Ďalšie vápno je potrebné na poskytnutie OH⁻, ktorý reaguje s HCO₃⁻ za vzniku CO₃2⁻, a na udržanie pH nad 10,3, aby sa zabezpečilo úplné vyzrážanie Mg(OH)₂.
Vzhľadom na celkovú tvrdosť (TH), vápenatú tvrdosť (Ca-H), horčíkovú tvrdosť (Mg-H) a celkovú zásaditosť (TA), množstvo vápna, ktoré sa má pridať (na základe 100% čistého CaO), možno rozdeliť do nasledujúcich častí:
1. Vápno potrebné na neutralizáciu voľného CO₂ (L₁):
Stechiometrický pomer: 1 mol CO₂ : 1 mol CaO
L₁=[CO₂] (Jednotky sú konzistentné; ak sú všetky vyjadrené ako CaCO₃ mg/l, hodnoty sú rovnaké.)
2. Vápno potrebné na odstránenie uhličitanovej tvrdosti (L₂):
Táto časť sa zaoberá tvrdosťou zodpovedajúcou zásaditosti. Stechiometrický pomer: 2 mol HCO3⁻ (tj 1 mol Ca(HCO3)₂) : 1 mol CaO
L₂=[TA] (Keďže obidva sú vypočítané ako CaCO₃, molárna hmotnosť je po prepočte číselne rovnaká.)
Lime-Dávkovacie zariadenie s aktívnym uhlím na zmäkčovanie uhličitanu sodného* - Ochrana životného prostredia online
3. Množstvo vápna (L₃) potrebné na odstránenie horčíkovej tvrdosti:
Precipitácia horčíka vyžaduje dve časti OH⁻ a po reakcii sa do vody dostane ekvivalentné množstvo iónov vápnika. Stechiometrický pomer: 1 mol Mg2+ : 2 mol CaO
L₃=2 × [Mg - H] (Za predpokladu CaCO₃ je koeficient hmotnostného pomeru (56/100) × 2 ≈ 1,12, ale bežnejšie sa počíta priamo pomocou molárnych vzťahov, tj zdvojnásobením hodnoty. Tu [Mg - H] pôvodná tvrdosť vody, ktorá je potrebná na tvrdosť horčíka, min. cieľová prípustná zvyšková tvrdosť horčíka.
4. Nadmerná dávka vápna (L₄):
Na zabezpečenie úplnej reakcie, najmä vyzrážania horčíka, je zvyčajne potrebné udržiavať pH 10-11, čo vyžaduje pridanie nadbytočného vápna. Nadmerná hodnota sa zvyčajne empiricky odhaduje na približne 25~50 mg/l (ako CaCO3). Pre pokročilejšie zmäkčenie môže byť nadbytočná hodnota väčšia.
5. Teoretické dávkovanie vápna (na 100 %) (na základe CaO):
L_teoretické=L₁ + L₂ + L₃ + L₄=[CO₂] + [TA] + 2 × [Mg-H na odstránenie] + Nadmerná hodnota
Komerčné vápno (pálené vápno alebo hasené vápno) nie je 100% čisté. Skutočná dávka (kg/m³ alebo g/L)=L_teoretická / Čistota komerčného vápna (%)
Napríklad, ak L_theoretical je 200 mg/l CaO a použije sa komerčné nehasené vápno s 85 % čistotou, potom skutočná dávka=200/0,85 ≈ 235 mg/l.