化学软化是化学沉淀法的主要形式,化学沉淀是根据溶度积原理使水中所含的不需要成分在适当的药剂作用下形成不溶性化合物的过程。水处理中最常用的方法是钙、镁离子的结晶沉淀。化学软化采用的药剂通常为石灰、纯碱、氢氧化钠等。根据原水水质和处理后不同水质的要求,可以选择一种或几种药剂同时使用。如石灰法、氢氧化钠法、石灰-纯碱法、氢氧化钠-纯碱法等。在生产运行过程中,许多技术人员无法指导化学软化加药量的调整,尤其是对于水质波动较大的项目,需要时时指导加药调整时,技术人员不会计算化学软化加药量,本文从化学软化原理出发,给出简便的化学软化加药量计算方法,供大家参考。
一、不同药剂适用范围
需要注意的是部分书籍中列出了碳酸氢镁与氢氧化钙生成氢氧化镁和碳酸钙的反应,实则不存在该反应,因为镁离子在较低pH下以水合离子形式存在,不会与其它离子相结合,而当pH较高时(pH>10.8),碳酸氢根基本不存在。并且,从反应方程式可见,氢氧化钙去除镁硬度时生成了氯化钙,所以单纯石灰软化对钙硬度的去除率有限,出水总硬度在200mg/L左右。
2.当碱度略有不足时,因为氢氧化钠软化过程中副产纯碱(碳酸钠),所以适合采用氢氧化钠软化法,反应如下所示。
从反应方程式可见,副产碳酸钠可以去除钙的永久硬度,但副产了氯化钠,增加了废水的含盐量。部分书籍中列出了硫酸镁、硫酸钙与氢氧化钠的反应,实则不存在该两个反应,因为硫酸镁和硫酸钙大部分以晶体形式存在于水中,不会发生离子反应。
3.当碱度严重不足时,需要在石灰法或氢氧化钠法的基础上补充投加纯碱(碳酸钠),以去除钙的永久硬度,反应如下所示。
式中,为石灰加药量,g/m³;
为进水二氧化碳浓度,mg/L;
为进水钙离子浓度,g/m³;
为进水镁离子浓度,g/m³;25g/m³是为了推动反向向右进行而过量投加的Ca(OH)2,可取15~30g/m³;
为石灰的纯度,%。
2.氢氧化钠法加药量计算
式中,为石灰加药量,g/m³;
为进水二氧化碳浓度,mg/L;
为进水盐酸氢根碱度(以CaCO3计),g/m³;
为进水镁离子浓度,g/m³;25g/m³是为了推动反向向右进行而过量投加的Ca(OH)2,可取15~30g/m³;
为进水钙离子浓度,g/m³;
为纯碱加药量,g/m³;120g/m³是为了推动反向向右进行而过量投加的Na2CO3,可取100~150g/m³;
为纯碱的纯度,%。
4.氢氧化钠—纯碱软化法加药量计算
式中,为氢氧化钠加药量,g/m³;
为进水二氧化碳浓度,mg/L;
为进水盐酸氢根碱度(以CaCO3计),g/m³;
为进水镁离子浓度,g/m³;30g/m³是为了推动反向向右进行而过量投加的NaOH,可取20~40g/m³;
为液碱的纯度,%;
为纯碱加药量,g/m³;120g/m³是为了推动反向向右进行而过量投加的Na2CO3,可取100~150g/m³;
为纯碱的纯度,%。
三、碱度组成的确定
前文已经论述了化学软化加药量与药剂种类取决于水中碱度与硬度的关系。碱度组成取决于水中的碳酸平衡,碳酸类物质包括碳酸氢根、碳酸根、二氧化碳,其各自占比与水的pH有关。其中碳酸氢根和碳酸根的分析检测是采用盐酸滴定,大部分企业具备这样的分析化验条件,但对于二氧化碳的检测,大部分企业不具备条件,那么如何确定水中二氧化碳含量至关重要,各位可以根据pH、碳酸氢根、碳酸根的分析结果,结合下表确定水中二氧化碳的含量。
对于表中没有列举的pH值,各位可以采用插入法取值,也可留言向笔者索取。
四、总结
从化学反应方程式来看,石灰软化的药剂成本低于氢氧化钠软化,但石灰软化产生更多的污泥(碳酸钙),所以,在选择化学软化药剂时,要综合考虑药剂成本和污泥处理处置成本。