Chemische ontharding is een proces waarbij specifieke chemicaliën aan water worden toegevoegd om verhardende calcium- en magnesiumionen om te zetten in onoplosbare verbindingen, die vervolgens worden verwijderd door middel van neerslag en filtratie. Dit is een klassieke en effectieve technologie voor het verwijderen van verhardingen.
I. Verschuiving van de neerslag-Ontbindingsevenwicht
De theoretische basis van deze methode is het oplosbaarheidsproductprincipe. Dat wil zeggen, door chemicaliën aan het water toe te voegen, wordt de concentratie van anionen die onoplosbare neerslagen kunnen vormen met calcium- en magnesiumionen (zoals CO3^2-, OH-, PO4^3-, enz.) verhoogd, waardoor het ionenproduct zijn oplosbaarheidsproductconstante overschrijdt, waardoor neerslag ontstaat.
De belangrijkste neerslagreacties zijn onder meer:
1. Verwijdering van carbonaathardheid:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O
Kalk levert OH--ionen om bicarbonaationen om te zetten in carbonaationen en verhoogt de pH om magnesiumhydroxideneerslag te vormen.
2. Verwijdering van niet--carbonaathardheid (calcium):
CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl
Natriumcarbonaat levert CO3^2-ionen, die samen met calciumionen calciumcarbonaatneerslag vormen.
3. Verwijdering van niet--carbonaathardheid (magnesium):
MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaSO4
Het gegenereerde CaSO4 moet nog verder worden verwijderd door natriumcarbonaat. Kalk wordt gebruikt om OH--ionen te leveren om magnesiumhydroxideneerslag te vormen met een kleiner oplosbaar product.
II. Veelgebruikte chemische reagentia en hun functies
1. Kalk: Het hoofdbestanddeel is Ca(OH)2.
Verwijdert carbonaathardheid (inclusief calcium- en magnesiumcarbonaathardheid) en zorgt voor een omgeving met hoge pH. De dosering moet nauwkeurig worden berekend; overmatige toevoeging is niet alleen verspillend, maar kan ook leiden tot het opnieuw oplossen van magnesiumionen of het introduceren van nieuwe hardheid.
2. Natriumcarbonaat: het hoofdbestanddeel is Na2CO3.
Verwijdert niet--carbonaathardheid (calciumhardheid) uit water. Het lost zelf op in water zonder nieuwe hardheidionen te introduceren, maar introduceert eerder Na+, wat een relatief kleine impact heeft op de waterkwaliteit.
3. Natriumhydroxide: NaOH.
Soms gebruikt als gedeeltelijke vervanging van kalk, waarbij OH--ionen worden geleverd, waardoor de bediening eenvoudiger maar duurder wordt. De reactie is vergelijkbaar met die van kalk.
4. Fosfaten: zoals natriumtripolyfosfaat, natriumhexametafosfaat, enz.
Deze methode is geen traditionele precipitatiemethode, maar voorkomt eerder kalkvorming door verspreide colloïden te genereren of calcium- en magnesiumionen te complexeren. Het is een ‘verborgen methode’ of ‘drempeleffect’, vaak gebruikt als aanvullende behandeling of in situaties met lage eisen.
III. Klassieke processtroom: kalk-natriumcarbonaatmethode
Dit is het meest representatieve chemische verzachtingsproces en het verloop ervan is als volgt:
1. Reactietank/onthardingstank:
Ruw water komt eerst in de reactietank, waar kalkslurry en natriumcarbonaatoplossing worden toegevoegd volgens de berekende dosering. De tank is uitgerust met een mechanisch roerapparaat om een grondige menging en reactie van de reagentia te garanderen en om voldoende tijd en omstandigheden te bieden voor de vorming van neerslag.
Alle hierboven genoemde chemische kernreacties worden hier voltooid, waarbij een grote hoeveelheid CaCO3- en Mg(OH)2-vlokkende neerslagen worden gegenereerd.
2. Bezinkingstank/zuiveringstank:
Het gereageerde water stroomt in de bezinktank, waar het debiet afneemt. Omdat CaCO3 een zwaar neerslag is, bezinkt het op natuurlijke wijze snel; terwijl Mg(OH)2 een licht vlokkig neerslag is, bezinkt het langzamer. Vlokmiddelen (zoals PAM) worden doorgaans toegevoegd om de vlokgroei te bevorderen en de sedimentatie te versnellen. Het geklaarde bovengedeelte gaat door naar de volgende stap, terwijl het bodemslib periodiek wordt verwijderd.
3. Filtratietank:
Het water na sedimentatie kan nog steeds kleine zwevende deeltjes bevatten, waardoor nauwkeurige filtratie door een multi{0}}mediafilter (zoals antraciet of kwartszand) nodig is om achtergebleven fijn sediment te verwijderen en ervoor te zorgen dat de troebelheid van het effluent aan de normen voldoet.
4. pH-aanpassingstank:
Het met kalk behandelde water heeft een zeer hoge pH (meestal boven de 10), waardoor het corrosief is en niet geschikt voor later gebruik of lozing.
Daarom moet na filtratie zuur (zoals zwavelzuur of zoutzuur) of CO2 worden toegevoegd om de pH te neutraliseren en terug te brengen naar een neutraal bereik (bijvoorbeeld 6,5-8,5). De methode voor het introduceren van CO2, ook bekend als "recarbonatatie", kan ook kleine hoeveelheden opgeloste calciumionen omzetten in calciumcarbonaat voor verdere verwijdering.
IV. Technische kenmerken
Voordelen:
1. Significante en betrouwbare resultaten: De technologie is volwassen en kan de hardheid tot een laag niveau terugbrengen (resthardheid kan 0,5-1,0 mmol/L bereiken).
2. Gelijktijdige verwijdering van andere onzuiverheden: tijdens het verwijderen van de hardheid kan het ook de alkaliteit, het siliciumgehalte, sommige zware metalen en zwevende vaste stoffen in het water effectief verminderen.
3. Lage behandelingskosten: De gebruikte reagentia (kalk, natriumcarbonaat) zijn overal verkrijgbaar en relatief goedkoop.
Nadelen en beperkingen:
1. Grote slibproductie: er ontstaat een grote hoeveelheid chemisch slib (voornamelijk samengesteld uit calciumcarbonaat en magnesiumhydroxide), en de behandeling en verwijdering van dit slib zal de extra kosten en de druk op het milieu verhogen.
2. Complexe bediening en beheer: De dosering van reagentia moet nauwkeurig worden berekend en aangepast aan veranderingen in de kwaliteit van het ruwe water, waarvoor zeer bekwame operators nodig zijn.
3. Beperkte effluentkwaliteit: Het is moeilijk om de extreem lage hardheidseisen van diepe ontharding te bereiken (bijv.<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.
4. Grote footprint: De apparatuur vereist een reeks structuren zoals reactie-, sedimentatie- en filtratiefaciliteiten, wat resulteert in hoge investeringen in de infrastructuur.