Bản chất của việc làm mềm vôi là làm giảm độ cứng của nước bằng cách thêm vôi vào, vôi này phản ứng hóa học với độ cứng tạm thời và vĩnh viễn trong nước tạo thành kết tủa canxi cacbonat và magie hydroxit không hòa tan.
Các phản ứng hóa học chính là cơ sở để ước tính:
1. Loại bỏ độ cứng cacbonat (phản ứng với CO₂ và Ca(HCO₃)₂):
CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O
Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
2. Loại bỏ độ cứng magie (phản ứng với Mg(HCO₃)₂ và Mg²⁺):
Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + Mg(OH)₂↓ + 2H₂O
Mg²⁺ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + Ca²⁺ (Phản ứng này tạo ra một lượng ion canxi bằng nhau)
3. Bổ sung quá mức: Cần bổ sung vôi để cung cấp OH⁻, chất này phản ứng với HCO₃⁻ để tạo ra CO₃²⁻ và để duy trì độ pH trên 10,3 nhằm đảm bảo kết tủa hoàn toàn Mg(OH)₂.
Cho độ cứng tổng cộng (TH), độ cứng canxi (Ca-H), độ cứng magie (Mg-H) và tổng độ bazơ (TA), lượng vôi cần thêm vào (dựa trên 100% CaO nguyên chất) có thể được chia thành các phần sau:
1. Vôi cần thiết để trung hòa CO₂ (L₁) tự do:
Tỷ lệ cân bằng hóa học: 1 mol CO₂ : 1 mol CaO
L₁=[CO₂] (Đơn vị nhất quán; nếu tất cả được biểu thị dưới dạng CaCO₃ mg/L thì các giá trị bằng nhau.)
2. Vôi cần thiết để loại bỏ độ cứng cacbonat (L₂):
Phần này đề cập đến độ cứng tương ứng với tính bazơ. Tỷ lệ cân bằng hóa học: 2 mol HCO₃⁻ (tức là 1 mol Ca(HCO₃)₂): 1 mol CaO
L₂=[TA] (Vì cả hai đều được tính là CaCO₃ nên khối lượng mol bằng nhau sau khi chuyển đổi.)
Vôi-Thiết bị định lượng than hoạt tính làm mềm natri cacbonat* - Bảo vệ môi trường trực tuyến
3. Lượng vôi (L₃) cần thiết để loại bỏ độ cứng magie:
Kết tủa magiê cần hai phần OH⁻ và một lượng ion canxi tương đương đi vào nước sau phản ứng. Tỷ lệ cân bằng hóa học: 1 mol Mg²⁺ : 2 mol CaO
L₃=2 × [Mg - H] (Giả sử CaCO₃, hệ số tỷ lệ khối lượng là (56/100) × 2 ≈ 1,12, nhưng nó thường được tính trực tiếp hơn bằng cách sử dụng mối quan hệ mol, tức là nhân đôi giá trị. Ở đây, [Mg - H] đề cập đến phần độ cứng magie cần được loại bỏ, tức là magie nước ban đầu trừ đi độ cứng magie dư cho phép mục tiêu độ cứng.
4. Liều lượng vôi dư thừa (L₄):
Để đảm bảo phản ứng diễn ra hoàn toàn, đặc biệt là kết tủa magie, thường cần duy trì độ pH ở mức 10-11, đòi hỏi phải bổ sung lượng vôi dư thừa. Giá trị vượt quá thường được ước tính theo kinh nghiệm vào khoảng 25~50 mg/L (dưới dạng CaCO₃). Để làm mềm nâng cao hơn, giá trị vượt quá có thể lớn hơn.
5. Liều lượng vôi lý thuyết (tính theo 100%) (Tính theo CaO):
L_theoretical=L₁ + L₂ + L₃ + L₄=[CO₂] + [TA] + 2 × [Mg-H cần loại bỏ] + Giá trị vượt quá
Vôi thương mại (vôi sống hoặc vôi tôi) không nguyên chất 100%. Liều lượng thực tế (kg/m³ hoặc g/L)=L_theo lý thuyết / Độ tinh khiết của vôi thương mại (%)
Ví dụ: nếu L_theo lý thuyết là 200 mg/L CaO và sử dụng vôi sống thương mại với độ tinh khiết 85% thì liều lượng thực tế=200/0,85 ≈ 235 mg/L.