Kemijsko mehčanje je postopek, ki vključuje dodajanje posebnih kemikalij v vodo za pretvorbo utrjenih kalcijevih in magnezijevih ionov v netopne spojine, ki se nato odstranijo z obarjanjem in filtracijo. To je klasična in učinkovita tehnologija odstranjevanja strdkov.
I. Premik padavin-Ravnotežje raztapljanja
Teoretična osnova te metode je načelo produkta topnosti. To pomeni, da se z dodajanjem kemikalij v vodo poveča koncentracija anionov, ki lahko tvorijo netopne oborine s kalcijevimi in magnezijevimi ioni (kot so CO3^2-, OH-, PO4^3- itd.), zaradi česar ionski produkt preseže svojo konstanto produkta topnosti in tako povzroči padavine.
Glavne reakcije padavin vključujejo:
1. Odstranitev karbonatne trdote:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O
Apno zagotavlja ione OH- za pretvorbo bikarbonatnih ionov v karbonatne ione in zviša pH, da nastane oborina magnezijevega hidroksida.
2. Odstranjevanje ne-karbonatne trdote (kalcij):
CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl
Natrijeva soda zagotavlja ione CO3^2-, ki se združijo s kalcijevimi ioni in tvorijo oborino kalcijevega karbonata.
3. Odstranjevanje ne-karbonatne trdote (magnezij):
MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaSO4
Nastali CaSO4 je treba še dodatno odstraniti s sodo. Apno se uporablja za zagotavljanje ionov OH- za tvorbo oborine magnezijevega hidroksida z manjšim produktom topnosti.
II. Pogosto uporabljeni kemični reagenti in njihove funkcije
1. Apno: Njegova glavna sestavina je Ca(OH)2.
Odstrani karbonatno trdoto (vključno s kalcijevo in magnezijevo karbonatno trdoto) in zagotavlja okolje z visokim pH. Odmerjanje je treba natančno izračunati; pretirano dodajanje ni le potratno, ampak lahko vodi tudi do ponovnega raztapljanja magnezijevih ionov ali ustvarjanja nove trdote.
2. Soda Ash: Njegova glavna sestavina je Na2CO3.
Odstrani ne{0}}karbonatno trdoto (kalcijevo trdoto) iz vode. Sam se raztopi v vodi, ne da bi vnesel nove ione trdote, temveč uvede Na+, ki ima relativno majhen vpliv na kakovost vode.
3. Natrijev hidroksid: NaOH.
Včasih se uporablja kot delni nadomestek za apno, saj zagotavlja ione OH-, zaradi česar je delovanje enostavnejše, vendar dražje. Reakcija je podobna kot pri apnu.
4. Fosfati: kot so natrijev tripolifosfat, natrijev heksametafosfat itd.
Ta metoda ni tradicionalna metoda obarjanja, temveč preprečuje nastajanje vodnega kamna z ustvarjanjem razpršenih koloidov ali kompleksiranjem kalcijevih in magnezijevih ionov. To je "skrita metoda" ali "učinek praga", ki se pogosto uporablja za pomožno zdravljenje ali v situacijah z nizkimi zahtevami.
III. Klasični tok postopka: metoda z apnom-natrijevim pepelom
To je najbolj reprezentativen kemični postopek mehčanja, njegov potek pa je naslednji:
1. Reakcijska posoda/posoda za mehčanje:
Surova voda najprej vstopi v reakcijski rezervoar, kjer se doda apnena gošča in raztopina natrijevega karbona glede na izračunano dozo. Rezervoar je opremljen z mehansko mešalno napravo, ki zagotavlja temeljito mešanje in reakcijo reagentov ter zagotavlja dovolj časa in pogojev za nastanek oborine.
Vse zgoraj omenjene glavne kemijske reakcije se tukaj zaključijo, pri čemer nastane velika količina kosmičastih oborin CaCO3 in Mg(OH)2.
2. Posoda za usedanje/posoda za bistrenje:
Reagirana voda teče v usedalnik, kjer se pretok upočasni. Ker je CaCO3 težka oborina, se naravno hitro usede; medtem ko je Mg(OH)2 lahka kosmičasta oborina, se useda počasneje. Sredstva za kosmičenje (kot je PAM) se običajno dodajo za spodbujanje rasti kosmičev in pospeševanje usedanja. Očiščeni zgornji del gre v naslednji korak, medtem ko se spodnje blato občasno odstrani.
3. Filtrirni rezervoar:
Voda po usedanju lahko še vedno vsebuje drobne suspendirane delce, ki zahtevajo natančno filtracijo skozi več-medijski filter (kot je antracitni ali kremenčev pesek), da se odstrani preostala drobna usedlina in zagotovi, da motnost iztoka ustreza standardom.
4. Posoda za uravnavanje pH:
Voda, obdelana z apnom, ima zelo visok pH (običajno nad 10), zaradi česar je jedka in neprimerna za nadaljnjo uporabo ali izpust.
Zato je treba po filtraciji dodati kislino (kot je žveplova kislina ali klorovodikova kislina) ali CO2, da nevtralizira pH in ga vrne v nevtralno območje (npr. 6,5–8,5). Metoda uvajanja CO2, znana tudi kot "rekarbonacija", lahko tudi pretvori majhne količine raztopljenih kalcijevih ionov v kalcijev karbonat za nadaljnjo odstranitev.
IV. Tehnične lastnosti
Prednosti:
1. Pomembni in zanesljivi rezultati: tehnologija je zrela in lahko zmanjša trdoto na nizko raven (preostala trdota lahko doseže 0,5-1,0 mmol/L).
2. Hkratno odstranjevanje drugih nečistoč: V procesu odstranjevanja trdote lahko tudi učinkovito zmanjša alkalnost, vsebnost silicija, nekatere težke kovine in suspendirane trdne snovi v vodi.
3. Nizki stroški zdravljenja: uporabljeni reagenti (apno, natrijev karbonat) so široko dostopni in sorazmerno poceni.
Slabosti in omejitve:
1. Velika proizvodnja blata: ustvarja veliko količino kemičnega blata (v glavnem sestavljenega iz kalcijevega karbonata in magnezijevega hidroksida), obdelava in odlaganje tega blata pa bosta povečala dodatne stroške in pritisk na okolje.
2. Kompleksno delovanje in upravljanje: Doziranje reagentov je treba natančno izračunati in prilagoditi glede na spremembe v kakovosti surove vode, kar zahteva visoko usposobljene operaterje.
3. Omejena kakovost iztoka: Težko je doseči izjemno nizke zahteve glede trdote globokega mehčanja (npr.<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.
4. Velik odtis: oprema zahteva vrsto struktur, kot so naprave za reakcijo, sedimentacijo in filtracijo, kar ima za posledico visoke naložbe v infrastrukturo.