Cheminis minkštinimas yra procesas, kurio metu į vandenį pridedama specifinių cheminių medžiagų, kad kietėjantys kalcio ir magnio jonai būtų paverčiami netirpiais junginiais, kurie vėliau pašalinami nusodinant ir filtruojant. Tai klasikinė ir efektyvi kietėjimo šalinimo technologija.
I. Kritulių poslinkis-Tirpo pusiausvyra
Šio metodo teorinis pagrindas yra tirpumo produkto principas. Tai yra, pridedant į vandenį cheminių medžiagų, padidėja anijonų, galinčių sudaryti netirpias nuosėdas su kalcio ir magnio jonais (pvz., CO3^2-, OH-, PO4^3- ir kt.), koncentracija, todėl jonų produktas viršija savo tirpumo produkto konstantą ir taip susidaro nuosėdos.
Pagrindinės kritulių reakcijos yra:
1. Karbonato kietumo pašalinimas:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O
Kalkės suteikia OH- jonų, kad paverstų bikarbonato jonus karbonato jonais, ir padidina pH, kad susidarytų magnio hidroksido nuosėdos.
2. Ne-karbonato kietumo (kalcio) pašalinimas:
CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl
Sodos pelenai suteikia CO3^2- jonų, kurie jungiasi su kalcio jonais ir sudaro kalcio karbonato nuosėdas.
3. Ne-karbonato kietumo (magnio) pašalinimas:
MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaSO4
Susidaręs CaSO4 dar turi būti pašalintas soda. Kalkės naudojamos OH- jonams gauti, kad susidarytų magnio hidroksido nuosėdos su mažesnio tirpumo produktu.
II. Dažniausiai naudojami cheminiai reagentai ir jų funkcijos
1. Kalkės: jos pagrindinis komponentas yra Ca(OH)2.
Pašalina karbonatinį kietumą (įskaitant kalcio ir magnio karbonato kietumą) ir užtikrina aukštą pH aplinką. Dozę reikia tiksliai apskaičiuoti; perteklinis papildymas ne tik švaistomas, bet ir gali sukelti magnio jonų pakartotinį ištirpimą arba naujo kietumo atsiradimą.
2. Soda: pagrindinis jo komponentas yra Na2CO3.
Pašalina ne{0}}karbonatinį kietumą (kalcio kietumą) iš vandens. Jis ištirpsta pačiame vandenyje, neįsileisdamas naujų kietumo jonų, o įveda Na+, turėdamas palyginti nedidelę įtaką vandens kokybei.
3. Natrio hidroksidas: NaOH.
Kartais naudojamas kaip dalinis kalkių pakaitalas, suteikiantis OH- jonų, todėl veikimas paprastesnis, bet brangesnis. Reakcija panaši į kalkių.
4. Fosfatai: tokie kaip natrio tripolifosfatas, natrio heksametafosfatas ir kt.
Šis metodas nėra tradicinis nusodinimo metodas, o užkerta kelią nuosėdų susidarymui generuodamas dispersinius koloidus arba kompleksuodamas kalcio ir magnio jonus. Tai „paslėptas metodas“ arba „slenkstinis efektas“, dažnai naudojamas pagalbiniam gydymui arba situacijose, kai reikalaujama mažai.
III. Klasikinis proceso srautas: kalkių-sodos pelenų metodas
Tai yra tipiškiausias cheminio minkštinimo procesas, kurio eiga yra tokia:
1. Reakcijos bakas / minkštinimo bakas:
Neapdorotas vanduo pirmiausia patenka į reakcijos rezervuarą, kur pagal apskaičiuotą dozę įpilama kalkių suspensijos ir natrio pelenų tirpalo. Talpykloje yra mechaninis maišymo įtaisas, užtikrinantis kruopštų reagentų maišymą ir reakciją bei pakankamai laiko ir sąlygų nuosėdoms susidaryti.
Čia baigiamos visos aukščiau paminėtos pagrindinės cheminės reakcijos, susidaro didelis kiekis CaCO3 ir Mg (OH) 2 flokuliuojančių nuosėdų.
2. Sedimentacijos bakas / skaidrinimo bakas:
Reagavęs vanduo patenka į sedimentacijos rezervuarą, kur tėkmės greitis sulėtėja. Kadangi CaCO3 yra sunkios nuosėdos, natūraliai greitai nusėda; o Mg(OH)2 yra lengvos flokuliuojančios nuosėdos, jos nusėda lėčiau. Flokuliantai (pvz., PAM) paprastai pridedami, kad paskatintų flokulų augimą ir paspartintų sedimentaciją. Nuvalyta viršutinė dalis pereina į kitą žingsnį, o apatinis dumblas periodiškai pašalinamas.
3. Filtravimo bakas:
Po sedimentacijos vandenyje vis dar gali būti smulkių suspenduotų dalelių, todėl norint pašalinti likusias smulkias nuosėdas ir užtikrinti, kad nuotekų drumstumas atitiktų standartus, reikia tiksliai filtruoti per daugialypės terpės filtrą (pvz., antracitą arba silicio dioksido smėlį).
4. pH reguliavimo bakas:
Kalkėmis apdoroto vandens pH yra labai aukštas (dažniausiai didesnis nei 10), todėl jis yra korozinis ir netinkamas vėlesniam naudojimui ar išleidimui.
Todėl po filtravimo reikia pridėti rūgšties (pvz., sieros arba druskos rūgšties) arba CO2, kad būtų neutralizuotas pH ir sugrąžintas neutralus intervalas (pvz., 6,5–8,5). CO2 įvedimo metodas, taip pat žinomas kaip "rekarbonacija", taip pat gali paversti nedidelius kiekius ištirpusių kalcio jonų į kalcio karbonatą, kad būtų galima toliau pašalinti.
IV. Techninės charakteristikos
Privalumai:
1. Reikšmingi ir patikimi rezultatai: technologija yra brandi ir gali sumažinti kietumą iki žemo lygio (liekamasis kietumas gali siekti 0,5-1,0 mmol/L).
2. Kitų priemaišų pašalinimas vienu metu: Kietumo šalinimo procese jis taip pat gali veiksmingai sumažinti šarmingumą, silicio kiekį, kai kuriuos sunkiuosius metalus ir suspenduotas kietąsias medžiagas vandenyje.
3. Mažos gydymo išlaidos: naudojami reagentai (kalkės, kalcinuota soda) yra plačiai prieinami ir palyginti nebrangūs.
Trūkumai ir apribojimai:
1. Didelio dumblo gamyba: susidaro didelis kiekis cheminio dumblo (daugiausia sudaryto iš kalcio karbonato ir magnio hidroksido), o šio dumblo apdorojimas ir šalinimas padidins papildomas išlaidas ir neigiamą poveikį aplinkai.
2. Sudėtingas veikimas ir valdymas: reagentų dozę reikia tiksliai apskaičiuoti ir koreguoti atsižvelgiant į žaliavinio vandens kokybės pokyčius, todėl reikia aukštos kvalifikacijos operatorių.
3. Ribota nuotekų kokybė: sunku pasiekti itin mažus gilaus minkštinimo kietumo reikalavimus (pvz.,<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.
4. Didelis plotas: įrangai reikia daugybės struktūrų, pvz., reakcijos, nusodinimo ir filtravimo įrenginių, todėl reikia didelių investicijų į infrastruktūrą.
