Kemisk blødgøring er en proces, der involverer tilsætning af specifikke kemikalier til vand for at omdanne hærdende calcium- og magnesiumioner til uopløselige forbindelser, som derefter fjernes gennem udfældning og filtrering. Dette er en klassisk og effektiv hærdningsfjernelsesteknologi.
I. Skift af nedbør-Opløsningsligevægt
Det teoretiske grundlag for denne metode er opløselighedsproduktprincippet. Det vil sige, at ved at tilsætte kemikalier til vandet øges koncentrationen af anioner, der kan danne uopløselige bundfald med calcium- og magnesiumioner (såsom CO3^2-, OH-, PO4^3- osv.), hvilket får ionproduktet til at overskride sin opløselighedsproduktkonstant, hvorved der dannes udfældning.
De vigtigste nedbørsreaktioner omfatter:
1. Fjernelse af karbonathårdhed:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O
Kalk giver OH--ioner til at omdanne bicarbonationer til carbonationer og hæver pH-værdien for at danne magnesiumhydroxidudfældning.
2. Fjernelse af ikke-karbonathårdhed (calcium):
CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl
Soda giver CO3^2-ioner, som kombineres med calciumioner og danner calciumcarbonatudfældning.
3. Fjernelse af ikke-karbonathårdhed (magnesium):
MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaSO4
Det dannede CaSO4 skal stadig fjernes yderligere med soda. Kalk bruges til at give OH--ioner til dannelse af magnesiumhydroxidudfældning med et produkt med mindre opløselighed.
II. Almindelig anvendte kemiske reagenser og deres funktioner
1. Kalk: Dens hovedbestanddel er Ca(OH)2.
Fjerner karbonathårdhed (inklusive calcium- og magnesiumkarbonathårdhed) og giver et miljø med høj pH. Doseringen skal beregnes nøjagtigt; overdreven tilsætning er ikke kun spild, men kan også føre til genopløsning af magnesiumion eller indføre ny hårdhed.
2. Sodaaske: Dens hovedbestanddel er Na2CO3.
Fjerner ikke-karbonathårdhed (calciumhårdhed) fra vand. Det opløses i selve vandet uden at indføre nye hårdhedsioner, men introducerer snarere Na+, hvilket har en relativt lille indvirkning på vandkvaliteten.
3. Natriumhydroxid: NaOH.
Bruges nogle gange som en delvis erstatning for kalk, hvilket giver OH--ioner, hvilket gør driften enklere, men dyrere. Reaktionen ligner kalkens.
4. Fosfater: Såsom natriumtripolyphosphat, natriumhexametaphosphat osv.
Denne metode er ikke en traditionel udfældningsmetode, men forhindrer snarere skældannelse ved at generere dispergerede kolloider eller kompleksdannende calcium- og magnesiumioner. Det er en "skjult metode" eller "tærskeleffekt", der ofte bruges til hjælpebehandling eller i situationer med lave krav.
III. Klassisk procesflow: kalk-sodametode
Dette er den mest repræsentative kemiske blødgøringsproces, og dens flow er som følger:
1. Reaktionsbeholder/blødgøringstank:
Råvand kommer først ind i reaktionstanken, hvor der tilsættes kalkgylle og sodaopløsning efter den beregnede dosering. Tanken er udstyret med en mekanisk omrører for at sikre grundig blanding og reaktion af reagenserne og for at give tilstrækkelig tid og betingelser til bundfaldsdannelse.
Alle de ovenfor nævnte kemiske kernereaktioner er afsluttet her, hvilket genererer en stor mængde CaCO3 og Mg(OH)2 flokkulerende bundfald.
2. Sedimentationstank/klarningstank:
Det reagerede vand strømmer ind i sedimentationstanken, hvor strømningshastigheden aftager. Da CaCO3 er et tungt bundfald, bundfældes det hurtigt naturligt; mens Mg(OH)2 er et let flokkuleret bundfald, bundfælder det langsommere. Flokkuleringsmidler (såsom PAM) tilsættes typisk for at fremme flokkevækst og fremskynde sedimentering. Den klarede øvre del fortsætter til næste trin, mens bundslammet periodisk fjernes.
3. Filtreringstank:
Vandet efter sedimentering kan stadig indeholde små suspenderede partikler, hvilket kræver præcisionsfiltrering gennem et multi-mediefilter (såsom antracit eller silicasand) for at fjerne resterende fint sediment og sikre, at spildevandets turbiditet opfylder standarderne.
4. pH-justeringsbeholder:
Vandet behandlet med kalk har en meget høj pH (normalt over 10), hvilket gør det ætsende og uegnet til efterfølgende brug eller udledning.
Derfor skal syre (såsom svovlsyre eller saltsyre) eller CO2 tilsættes efter filtrering for at neutralisere pH og bringe den tilbage til et neutralt område (f.eks. 6,5-8,5). Metoden til at introducere CO2, også kendt som "recarbonation", kan også omdanne små mængder af opløste calciumioner til calciumcarbonat for yderligere fjernelse.
IV. Tekniske egenskaber
Fordele:
1. Betydelige og pålidelige resultater: Teknologien er moden og kan reducere hårdhed til et lavt niveau (resthårdhed kan nå 0,5-1,0 mmol/L).
2. Samtidig fjernelse af andre urenheder: I processen med at fjerne hårdhed kan det også effektivt reducere alkaliniteten, siliciumindholdet, nogle tungmetaller og suspenderede faste stoffer i vandet.
3. Lave behandlingsomkostninger: De anvendte reagenser (kalk, soda) er bredt tilgængelige og relativt billige.
Ulemper og begrænsninger:
1. Stort slamproduktion: Det genererer en stor mængde kemisk slam (hovedsageligt sammensat af calciumcarbonat og magnesiumhydroxid), og behandlingen og bortskaffelsen af dette slam vil øge yderligere omkostninger og miljøtryk.
2. Kompleks drift og styring: Doseringen af reagenser skal beregnes præcist og justeres i henhold til ændringer i råvandskvaliteten, hvilket kræver højt kvalificerede operatører.
3. Begrænset spildevandskvalitet: Det er vanskeligt at opnå de ekstremt lave hårdhedskrav til dyb blødgøring (f.eks.<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.
4. Stort fodaftryk: Udstyret kræver en række strukturer såsom reaktions-, sedimenterings- og filtreringsfaciliteter, hvilket resulterer i høje infrastrukturinvesteringer.