Làm mềm hóa học là một quá trình bao gồm việc thêm các hóa chất cụ thể vào nước để chuyển đổi các ion canxi và magie cứng thành các hợp chất không hòa tan, sau đó được loại bỏ thông qua quá trình kết tủa và lọc. Đây là một công nghệ loại bỏ cứng cổ điển và hiệu quả.
I. Sự dịch chuyển lượng mưa-Cân bằng hòa tan
Cơ sở lý thuyết của phương pháp này là nguyên lý tích số hòa tan. Nghĩa là, bằng cách thêm hóa chất vào nước, nồng độ của các anion có thể tạo thành kết tủa không hòa tan với các ion canxi và magie (chẳng hạn như CO3^2-, OH-, PO4^3-, v.v.) tăng lên, khiến sản phẩm ion vượt quá hằng số sản phẩm hòa tan của nó, từ đó tạo ra kết tủa.
Các phản ứng kết tủa chính bao gồm:
1. Loại bỏ độ cứng cacbonat:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O
Vôi cung cấp ion OH- để chuyển ion bicarbonate thành ion cacbonat và tăng độ pH để tạo thành kết tủa magie hydroxit.
2. Loại bỏ độ cứng không{1}}cacbonat (canxi):
CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl
Tro soda cung cấp các ion CO3^2-, chúng kết hợp với các ion canxi để tạo thành kết tủa canxi cacbonat.
3. Loại bỏ độ cứng không{1}}cacbonat (magiê):
MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaSO4
CaSO4 sinh ra vẫn cần được loại bỏ thêm bằng tro soda. Vôi được dùng để cung cấp ion OH- để tạo thành kết tủa magie hydroxit với sản phẩm hòa tan nhỏ hơn.
II. Thuốc thử hóa học thường được sử dụng và chức năng của chúng
1. Vôi: Thành phần chính là Ca(OH)2.
Loại bỏ độ cứng cacbonat (bao gồm cả độ cứng canxi và magie cacbonat) và cung cấp môi trường pH cao. Liều lượng cần phải được tính toán chính xác; bổ sung quá mức không chỉ lãng phí mà còn có thể dẫn đến sự hòa tan lại ion magie hoặc tạo ra độ cứng mới.
2. Tro Soda: Thành phần chính là Na2CO3.
Loại bỏ độ cứng không chứa cacbonat (độ cứng canxi) khỏi nước. Nó hòa tan trong nước mà không tạo ra các ion có độ cứng mới mà chỉ tạo ra Na+, có tác động tương đối nhỏ đến chất lượng nước.
3. Natri Hydroxit: NaOH.
Đôi khi được sử dụng thay thế một phần vôi, cung cấp ion OH-, giúp thao tác đơn giản hơn nhưng đắt tiền hơn. Phản ứng tương tự như vôi.
4. Phốt phát: Chẳng hạn như natri tripolyphosphate, natri hexametaphosphate, v.v.
Phương pháp này không phải là phương pháp kết tủa truyền thống mà ngăn chặn sự hình thành cặn bằng cách tạo ra các chất keo phân tán hoặc tạo phức các ion canxi và magie. Đó là một "phương pháp ẩn" hay "hiệu ứng ngưỡng", thường được sử dụng để xử lý phụ trợ hoặc trong các tình huống có yêu cầu thấp.
III. Quy trình cổ điển: Vôi-Phương pháp tro soda
Đây là quá trình làm mềm hóa học tiêu biểu nhất và quy trình của nó như sau:
1. Bể phản ứng/Bể làm mềm:
Nước thô đầu tiên đi vào bể phản ứng, tại đó bùn vôi và dung dịch tro soda được thêm vào theo liều lượng đã tính toán. Bể được trang bị thiết bị khuấy cơ học để đảm bảo trộn và phản ứng kỹ lưỡng của thuốc thử và cung cấp đủ thời gian và điều kiện cho sự hình thành kết tủa.
Tất cả các phản ứng hóa học cốt lõi nêu trên đều được hoàn thành tại đây, tạo ra một lượng lớn kết tủa keo tụ CaCO3 và Mg(OH)2.
2. Bể lắng/Bể lọc:
Nước phản ứng chảy vào bể lắng, tại đây tốc độ dòng chảy chậm lại. Vì CaCO3 là chất kết tủa nặng nên lắng xuống nhanh chóng một cách tự nhiên; trong khi Mg(OH)2 là chất kết tủa keo tụ nhẹ thì lắng xuống chậm hơn. Chất keo tụ (như PAM) thường được thêm vào để thúc đẩy sự phát triển của khối và đẩy nhanh quá trình lắng. Phần bùn phía trên được làm sạch sẽ được chuyển sang bước tiếp theo, trong khi phần bùn phía dưới được loại bỏ định kỳ.
3. Bể lọc:
Nước sau khi lắng có thể vẫn chứa các hạt lơ lửng nhỏ, cần phải lọc chính xác thông qua bộ lọc đa phương tiện (như than antraxit hoặc cát silic) để loại bỏ cặn mịn còn sót lại và đảm bảo độ đục của nước thải đáp ứng tiêu chuẩn.
4. Bể điều chỉnh pH:
Nước được xử lý bằng vôi có độ pH rất cao (thường trên 10), gây ăn mòn và không phù hợp cho việc sử dụng hoặc thải bỏ sau này.
Do đó, axit (như axit sulfuric hoặc axit clohydric) hoặc CO2 phải được thêm vào sau khi lọc để trung hòa độ pH và đưa nó về mức trung tính (ví dụ: 6,5-8,5). Phương pháp đưa CO2, còn được gọi là "tái cacbon hóa", cũng có thể chuyển đổi một lượng nhỏ ion canxi hòa tan thành canxi cacbonat để loại bỏ thêm.
IV. Đặc tính kỹ thuật
Thuận lợi:
1. Kết quả quan trọng và đáng tin cậy: Công nghệ đã hoàn thiện và có thể giảm độ cứng xuống mức thấp (độ cứng dư có thể đạt 0,5-1,0 mmol/L).
2. Loại bỏ đồng thời các tạp chất khác: Trong quá trình loại bỏ độ cứng, nó cũng có thể làm giảm hiệu quả độ kiềm, hàm lượng silicon, một số kim loại nặng và chất rắn lơ lửng trong nước.
3. Chi phí xử lý thấp: Thuốc thử được sử dụng (vôi, tro soda) có sẵn rộng rãi và tương đối rẻ tiền.
Nhược điểm và hạn chế:
1. Sản xuất bùn lớn: Nó tạo ra một lượng lớn bùn hóa học (chủ yếu bao gồm canxi cacbonat và magie hydroxit), việc xử lý và tiêu hủy lượng bùn này sẽ làm tăng thêm chi phí và áp lực môi trường.
2. Vận hành và quản lý phức tạp: Liều lượng thuốc thử cần được tính toán và điều chỉnh chính xác theo sự thay đổi của chất lượng nước thô, đòi hỏi người vận hành có tay nghề cao.
3. Chất lượng nước thải hạn chế: Khó đạt được yêu cầu về độ cứng cực thấp của quá trình làm mềm sâu (ví dụ:<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.
4. Dấu chân lớn: Thiết bị đòi hỏi một loạt các cấu trúc như cơ sở phản ứng, lắng đọng và lọc, dẫn đến đầu tư cơ sở hạ tầng cao.
