Η χημική αποσκλήρυνση είναι μια διαδικασία που περιλαμβάνει την προσθήκη ειδικών χημικών ουσιών στο νερό για τη μετατροπή ιόντων ασβεστίου και μαγνησίου που σκληρύνουν σε αδιάλυτες ενώσεις, οι οποίες στη συνέχεια απομακρύνονται μέσω καθίζησης και διήθησης. Αυτή είναι μια κλασική και αποτελεσματική τεχνολογία αφαίρεσης σκλήρυνσης.
I. Μετατόπιση της βροχόπτωσης-Ισορροπία διάλυσης
Η θεωρητική βάση αυτής της μεθόδου είναι η αρχή του προϊόντος διαλυτότητας. Δηλαδή, με την προσθήκη χημικών στο νερό, η συγκέντρωση των ανιόντων που μπορούν να σχηματίσουν αδιάλυτα ιζήματα με ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου (όπως CO3^2-, OH-, PO4^3-, κ.λπ.) αυξάνεται, με αποτέλεσμα το προϊόν ιόντων να υπερβαίνει τη σταθερά του προϊόντος διαλυτότητάς του, δημιουργώντας έτσι καθίζηση.
Οι κύριες αντιδράσεις καθίζησης περιλαμβάνουν:
1. Αφαίρεση ανθρακικής σκληρότητας:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O
Ο ασβέστης παρέχει ιόντα ΟΗ- για τη μετατροπή διττανθρακικών ιόντων σε ανθρακικά ιόντα και αυξάνει το pH για να σχηματίσει ίζημα υδροξειδίου του μαγνησίου.
2. Αφαίρεση μη-ανθρακικής σκληρότητας (ασβέστιο):
CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl
Το ανθρακικό νάτριο παρέχει ιόντα CO3^2-, τα οποία συνδυάζονται με ιόντα ασβεστίου για να σχηματίσουν ίζημα ανθρακικού ασβεστίου.
3. Αφαίρεση μη-ανθρακικής σκληρότητας (μαγνήσιο):
MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaSO4
Το παραγόμενο CaSO4 πρέπει ακόμη να αφαιρεθεί περαιτέρω με ανθρακικό νάτριο. Ο ασβέστης χρησιμοποιείται για την παροχή ιόντων ΟΗ- για το σχηματισμό ιζήματος υδροξειδίου του μαγνησίου με προϊόν μικρότερης διαλυτότητας.
II. Συνήθως χρησιμοποιούμενα χημικά αντιδραστήρια και οι λειτουργίες τους
1. Ασβέστης: Το κύριο συστατικό του είναι το Ca(OH)2.
Αφαιρεί την ανθρακική σκληρότητα (συμπεριλαμβανομένης της σκληρότητας ανθρακικού ασβεστίου και μαγνησίου) και παρέχει περιβάλλον υψηλού pH. Η δόση πρέπει να υπολογιστεί με ακρίβεια. Η υπερβολική προσθήκη δεν είναι μόνο σπάταλη, αλλά μπορεί επίσης να οδηγήσει σε επαναδιάλυση ιόντων μαγνησίου ή να εισαγάγει νέα σκληρότητα.
2. Σόδα: Το κύριο συστατικό του είναι το Na2CO3.
Αφαιρεί τη μη-ανθρακική σκληρότητα (σκληρότητα ασβεστίου) από το νερό. Διαλύεται στο ίδιο το νερό χωρίς να εισάγει νέα ιόντα σκληρότητας, αλλά μάλλον εισάγει Na+, έχοντας σχετικά μικρό αντίκτυπο στην ποιότητα του νερού.
3. Υδροξείδιο του νατρίου: NaOH.
Μερικές φορές χρησιμοποιείται ως μερικό υποκατάστατο του ασβέστη, παρέχοντας ιόντα ΟΗ-, καθιστώντας τη λειτουργία απλούστερη, αλλά πιο δαπανηρή. Η αντίδραση είναι παρόμοια με αυτή του ασβέστη.
4. Φωσφορικά: Όπως τριπολυφωσφορικό νάτριο, εξαμεταφωσφορικό νάτριο κ.λπ.
Αυτή η μέθοδος δεν είναι μια παραδοσιακή μέθοδος καθίζησης, αλλά μάλλον αποτρέπει το σχηματισμό αλάτων δημιουργώντας διασκορπισμένα κολλοειδή ή συμπλοκοποιώντας ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου. Είναι μια «κρυφή μέθοδος» ή «επίδραση κατωφλίου», που χρησιμοποιείται συχνά για βοηθητική θεραπεία ή σε καταστάσεις με χαμηλές απαιτήσεις.
III. Κλασική ροή διεργασίας: Μέθοδος ασβέστη-Μέθοδος ανθρακικού νατρίου
Αυτή είναι η πιο αντιπροσωπευτική διαδικασία χημικής αποσκλήρυνσης και η ροή της είναι η εξής:
1. Δεξαμενή αντίδρασης/δεξαμενή μαλακώματος:
Το ακατέργαστο νερό εισέρχεται πρώτα στη δεξαμενή αντίδρασης, όπου προστίθεται πολτός ασβέστη και διάλυμα ανθρακικού νατρίου σύμφωνα με την υπολογισμένη δοσολογία. Η δεξαμενή είναι εξοπλισμένη με συσκευή μηχανικής ανάδευσης για να διασφαλίζεται η πλήρης ανάμιξη και αντίδραση των αντιδραστηρίων και να παρέχεται επαρκής χρόνος και συνθήκες για το σχηματισμό ιζήματος.
Όλες οι πυρηνικές χημικές αντιδράσεις που αναφέρονται παραπάνω ολοκληρώνονται εδώ, δημιουργώντας μεγάλη ποσότητα κροκιδωδών ιζημάτων CaCO3 και Mg(OH)2.
2. Δεξαμενή καθίζησης/δεξαμενή διαύγασης:
Το νερό που αντιδρά ρέει στη δεξαμενή καθίζησης, όπου ο ρυθμός ροής επιβραδύνεται. Δεδομένου ότι το CaCO3 είναι ένα βαρύ ίζημα, καθιζάνει γρήγορα φυσικά. ενώ το Mg(OH)2 είναι ένα ελαφρύ κροκιδωτικό ίζημα, καθιζάνει πιο αργά. Τα κροκιδωτικά (όπως το PAM) προστίθενται τυπικά για να προάγουν την ανάπτυξη κροκίδωσης και να επιταχύνουν την καθίζηση. Το διαυγασμένο άνω τμήμα προχωρά στο επόμενο βήμα, ενώ η κάτω λάσπη αφαιρείται περιοδικά.
3. Δεξαμενή φιλτραρίσματος:
Το νερό μετά την καθίζηση μπορεί να εξακολουθεί να περιέχει μικροσκοπικά αιωρούμενα σωματίδια, που απαιτούν διήθηση ακριβείας μέσω ενός φίλτρου πολλαπλών-μέσων (όπως ανθρακίτης ή πυριτική άμμος) για την απομάκρυνση των υπολειμματικών λεπτών ιζημάτων και τη διασφάλιση της θολότητας των εκροών που πληρούν τα πρότυπα.
4. Δεξαμενή ρύθμισης pH:
Το νερό που έχει υποστεί επεξεργασία με ασβέστη έχει πολύ υψηλό pH (συνήθως πάνω από 10), καθιστώντας το διαβρωτικό και ακατάλληλο για μεταγενέστερη χρήση ή απόρριψη.
Επομένως, μετά τη διήθηση πρέπει να προστεθεί οξύ (όπως θειικό οξύ ή υδροχλωρικό οξύ) ή CO2 για να εξουδετερωθεί το pH και να επανέλθει σε ουδέτερο εύρος (π.χ. 6,5-8,5). Η μέθοδος εισαγωγής CO2, γνωστή και ως «επανανθρακοποίηση», μπορεί επίσης να μετατρέψει μικρές ποσότητες διαλυμένων ιόντων ασβεστίου σε ανθρακικό ασβέστιο για περαιτέρω απομάκρυνση.
IV. Τεχνικά Χαρακτηριστικά
Φόντα:
1. Σημαντικά και αξιόπιστα αποτελέσματα: Η τεχνολογία είναι ώριμη και μπορεί να μειώσει τη σκληρότητα σε χαμηλό επίπεδο (η υπολειπόμενη σκληρότητα μπορεί να φτάσει τα 0,5-1,0 mmol/L).
2. Ταυτόχρονη αφαίρεση άλλων ακαθαρσιών: Κατά τη διαδικασία αφαίρεσης της σκληρότητας, μπορεί επίσης να μειώσει αποτελεσματικά την αλκαλικότητα, την περιεκτικότητα σε πυρίτιο, ορισμένα βαρέα μέταλλα και τα αιωρούμενα στερεά στο νερό.
3. Χαμηλό κόστος επεξεργασίας: Τα αντιδραστήρια που χρησιμοποιούνται (άσβεστος, ανθρακικό νάτριο) είναι ευρέως διαθέσιμα και σχετικά φθηνά.
Μειονεκτήματα και περιορισμοί:
1. Παραγωγή μεγάλης λάσπης: Παράγει μεγάλη ποσότητα χημικής λάσπης (που αποτελείται κυρίως από ανθρακικό ασβέστιο και υδροξείδιο του μαγνησίου), και η επεξεργασία και η διάθεση αυτής της λάσπης θα αυξήσει το πρόσθετο κόστος και την περιβαλλοντική πίεση.
2. Σύνθετη λειτουργία και διαχείριση: Η δοσολογία των αντιδραστηρίων πρέπει να υπολογίζεται με ακρίβεια και να προσαρμόζεται ανάλογα με τις αλλαγές στην ποιότητα του ακατέργαστου νερού, που απαιτούν χειριστές υψηλής εξειδίκευσης.
3. Περιορισμένη ποιότητα εκροής: Είναι δύσκολο να επιτευχθούν οι εξαιρετικά χαμηλές απαιτήσεις σκληρότητας της βαθιάς αποσκλήρυνσης (π.χ.<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.
4. Μεγάλο αποτύπωμα: Ο εξοπλισμός απαιτεί μια σειρά από δομές όπως εγκαταστάσεις αντίδρασης, καθίζησης και φιλτραρίσματος, με αποτέλεσμα υψηλές επενδύσεις σε υποδομές.