Bistvo mehčanja apna je zmanjšanje trdote vode z dodajanjem apna, ki kemično reagira z začasno in trajno trdoto v vodi in tvori netopne oborine kalcijevega karbonata in magnezijevega hidroksida.
Osnova za oceno so glavne kemijske reakcije:
1. Odstranitev karbonatne trdote (reakcija s CO₂ in Ca(HCO3)₂):
CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO3↓ + H₂O
Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
2. Odstranitev magnezijeve trdote (reakcija z Mg(HCO3)₂ in Mg²⁺):
Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → 2CaCO3₃↓ + Mg(OH)₂↓ + 2H₂O
Mg²⁺ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + Ca²⁺ (Ta reakcija uvede ekvimolarno količino kalcijevih ionov)
3. Prekomerno dodajanje: dodatno apno je potrebno za zagotovitev OH⁻, ki reagira s HCO₃⁻, da proizvede CO₃²⁻, in za vzdrževanje pH nad 10,3, da se zagotovi popolna precipitacija Mg(OH)₂.
Glede na skupno trdoto (TH), kalcijevo trdoto (Ca-H), magnezijevo trdoto (Mg-H) in skupno bazičnost (TA) lahko količino apna, ki ga je treba dodati (na osnovi 100 % čistega CaO), razdelimo na naslednje dele:
1. Apno, potrebno za nevtralizacijo prostega CO₂ (L₁):
Stehiometrično razmerje: 1 mol CO₂ : 1 mol CaO
L₁=[CO₂] (Enote so skladne; če so vse izražene kot CaCO₃ mg/L, so vrednosti enake.)
2. Apno, potrebno za odstranjevanje karbonatne trdote (L₂):
Ta del obravnava trdoto, ki ustreza bazičnosti. Stehiometrično razmerje: 2 mol HCO₃⁻ (tj. 1 mol Ca(HCO3)₂) : 1 mol CaO
L₂=[TA] (Ker sta oba izračunana kot CaCO3, je molska masa po pretvorbi številčno enaka.)
Dozirna naprava z aktivnim ogljem za mehčanje apna-natrijevega karbonata* - Varstvo okolja na spletu
3. Količina apna (L₃), potrebna za odstranitev magnezijeve trdote:
Za obarjanje magnezija sta potrebna dva dela OH⁻, enaka količina kalcijevih ionov pa vstopi v vodo po reakciji. Stehiometrično razmerje: 1 mol Mg²⁺ : 2 mol CaO
L₃=2 × [Mg - H] (Ob predpostavki CaCO₃ je koeficient masnega razmerja (56/100) × 2 ≈ 1,12, vendar se pogosteje izračuna neposredno z uporabo molskih razmerij, tj. s podvojitvijo vrednosti. Tu se [Mg - H] nanaša na delež trdote magnezija, ki ga je treba odstraniti, tj. prvotna magnezijeva trdota vode minus ciljna dovoljena preostala magnezijeva trdota.
4. Presežek odmerka apna (L₄):
Za zagotovitev popolne reakcije, zlasti obarjanja magnezija, je običajno treba vzdrževati pH 10-11, kar zahteva dodatek odvečnega apna. Presežna vrednost je običajno empirično ocenjena na približno 25~50 mg/L (kot CaCO₃). Za naprednejše mehčanje je lahko presežna vrednost večja.
5. Teoretični odmerek apna (na podlagi 100 %) (na osnovi CaO):
L_teoretično=L₁ + L₂ + L3 + L₄=[CO₂] + [TA] + 2 × [Mg-H, ki ga je treba odstraniti] + presežna vrednost
Komercialno apno (živo ali gašeno apno) ni 100 % čisto. Dejanski odmerek (kg/m³ ali g/L)=L_teoretično / Čistost komercialnega apna (%)
Na primer, če je L_teoretično 200 mg/L CaO in se uporablja komercialno živo apno s 85-odstotno čistostjo, potem je dejanski odmerek=200/0,85 ≈ 235 mg/L.