El suavització químic és un procés que consisteix a afegir productes químics específics a l'aigua per convertir els ions de calci i magnesi endurits en compostos insolubles, que després s'eliminen mitjançant la precipitació i la filtració. Aquesta és una tecnologia d'eliminació d'enduriment clàssica i eficaç.
I. Canvi de precipitació-Equilibri de dissolució
La base teòrica d'aquest mètode és el principi del producte de solubilitat. És a dir, afegint productes químics a l'aigua, s'incrementa la concentració d'anions que poden formar precipitats insolubles amb ions calci i magnesi (com ara CO3^2-, OH-, PO4^3-, etc.), fent que el producte iònic superi la seva constant de producte de solubilitat, generant així precipitació.
Les principals reaccions de precipitació inclouen:
1. Eliminació de la duresa carbonatada:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O
La calç proporciona ions OH- per convertir ions bicarbonat en ions carbonat i augmenta el pH per formar un precipitat d'hidròxid de magnesi.
2. Eliminació de la duresa no -carbonatada (calci):
CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl
La sosa proporciona ions CO3^2-, que es combinen amb ions de calci per formar un precipitat de carbonat de calci.
3. Eliminació de la duresa no -carbonatada (magnesi):
MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaSO4
El CaSO4 generat encara s'ha d'eliminar encara més amb cendra de sosa. La calç s'utilitza per proporcionar ions OH- per formar un precipitat d'hidròxid de magnesi amb un producte de solubilitat més petit.
II. Reactius químics d'ús habitual i les seves funcions
1. Calç: El seu component principal és Ca(OH)2.
Elimina la duresa del carbonat (incloent la duresa del carbonat de calci i magnesi) i proporciona un ambient de pH alt. La dosi s'ha de calcular amb precisió; L'addició excessiva no només és un malbaratament, sinó que també pot provocar una redissolució d'ions de magnesi o introduir una nova duresa.
2. Cendra de Sosa: El seu component principal és el Na2CO3.
Elimina la duresa no -carbonatada (duresa del calci) de l'aigua. Es dissol en l'aigua mateixa sense introduir nous ions de duresa, sinó que introdueix Na+, amb un impacte relativament petit en la qualitat de l'aigua.
3. Hidròxid de sodi: NaOH.
De vegades s'utilitza com a substitut parcial de la calç, proporcionant ions OH-, fent que el funcionament sigui més senzill, però més car. La reacció és semblant a la de la calç.
4. Fosfats: com ara tripolifosfat de sodi, hexametafosfat de sodi, etc.
Aquest mètode no és un mètode de precipitació tradicional, sinó que prevé la formació d'escala generant col·loides dispersos o complexant ions de calci i magnesi. És un "mètode ocult" o "efecte llindar", que s'utilitza sovint per a tractaments auxiliars o en situacions de baixes exigències.
III. Flux de procés clàssic: mètode de la-calç de sosa
Aquest és el procés de suavització químic més representatiu i el seu flux és el següent:
1. Tanc de reacció/dipòsit de suavització:
L'aigua bruta entra primer al dipòsit de reacció, on s'afegeix una solució de calç i cendra de sosa segons la dosi calculada. El dipòsit està equipat amb un dispositiu d'agitació mecànica per assegurar la barreja i la reacció minuciosa dels reactius i per proporcionar temps i condicions suficients per a la formació de precipitats.
Aquí es completen totes les reaccions químiques bàsiques esmentades anteriorment, generant una gran quantitat de precipitats floculents de CaCO3 i Mg(OH)2.
2. Tanc de sedimentació/dipòsit de clarificació:
L'aigua reaccionada flueix al dipòsit de sedimentació, on el cabal disminueix. Com que el CaCO3 és un precipitat pesat, s'instal·la ràpidament de forma natural; mentre que el Mg(OH)2 és un precipitat floculent lleuger, es decanta més lentament. Els floculants (com el PAM) s'afegeixen normalment per promoure el creixement del floc i accelerar la sedimentació. La part superior clarificada passa al següent pas, mentre que el fang inferior s'elimina periòdicament.
3. Dipòsit de filtració:
L'aigua després de la sedimentació encara pot contenir partícules minúscules en suspensió, la qual cosa requereix una filtració de precisió a través d'un filtre multi-(com ara antracita o sorra de sílice) per eliminar el sediment fi residual i garantir que la terbolesa de l'efluent compleixi els estàndards.
4. Tanc d'ajust de pH:
L'aigua tractada amb calç té un pH molt elevat (generalment superior a 10), la qual cosa la fa corrosiva i no apta per al seu posterior ús o abocament.
Per tant, s'ha d'afegir àcid (com l'àcid sulfúric o àcid clorhídric) o CO2 després de la filtració per neutralitzar el pH i tornar-lo a un rang neutre (per exemple, 6,5-8,5). El mètode d'introducció de CO2, també conegut com a "recarbonatació", també pot convertir petites quantitats d'ions de calci dissolts en carbonat de calci per a una posterior eliminació.
IV. Característiques tècniques
Avantatges:
1. Resultats significatius i fiables: la tecnologia és madura i pot reduir la duresa a un nivell baix (la duresa residual pot arribar a 0,5-1,0 mmol/L).
2. Eliminació simultània d'altres impureses: en el procés d'eliminació de la duresa, també pot reduir eficaçment l'alcalinitat, el contingut de silici, alguns metalls pesants i els sòlids en suspensió a l'aigua.
3. Baix cost de tractament: els reactius utilitzats (calç, carbonato de sosa) són àmpliament disponibles i relativament econòmics.
Inconvenients i limitacions:
1. Gran producció de fangs: genera una gran quantitat de fangs químics (compostos principalment per carbonat de calci i hidròxid de magnesi), i el tractament i eliminació d'aquests fangs augmentarà els costos addicionals i la pressió ambiental.
2. Funcionament i gestió complexos: la dosificació dels reactius s'ha de calcular i ajustar amb precisió en funció dels canvis en la qualitat de l'aigua bruta, requerint operadors altament qualificats.
3. Qualitat limitada de l'efluent: és difícil assolir els requisits de duresa extremadament baixos d'un suavització profund (per exemple,<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.
4. Gran empremta: l'equip requereix una sèrie d'estructures com instal·lacions de reacció, sedimentació i filtració, el que resulta en una gran inversió en infraestructura.