Сущность известкового умягчения заключается в уменьшении жесткости воды путем добавления извести, которая вступает в химическую реакцию с временной и постоянной жесткостью воды с образованием нерастворимых осадков карбоната кальция и гидроксида магния.
В основу оценки положены основные химические реакции:
1. Снятие карбонатной жесткости (реакция с CO₂ и Ca(HCO₃)₂):
CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O
Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
2. Удаление магниевой жесткости (реакция с Mg(HCO₃)₂ и Mg²⁺):
Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + Mg(OH)₂↓ + 2H₂O
Mg²⁺ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + Ca²⁺ (Эта реакция приводит к образованию эквимолярного количества ионов кальция)
3. Чрезмерное добавление: дополнительная известь необходима для обеспечения OH⁻, который реагирует с HCO₃⁻ с образованием CO₃²⁻, а также для поддержания pH выше 10,3 для обеспечения полного осаждения Mg(OH)₂.
Учитывая общую жесткость (TH), кальциевую жесткость (Ca-H), магниевую жесткость (Mg-H) и общую основность (TA), количество добавляемой извести (в пересчете на 100 % чистый CaO) можно разбить на следующие части:
1. Известь, необходимая для нейтрализации свободного CO₂ (L₁):
Стехиометрическое соотношение: 1 моль CO₂ : 1 моль CaO.
L₁=[CO₂] (Единицы одинаковы; если все выражены в CaCO₃ мг/л, значения равны.)
2. Известь, необходимая для устранения карбонатной жесткости (L₂):
В этой части рассматривается твердость, соответствующая основности. Стехиометрическое соотношение: 2 моль HCO₃⁻ (т.е. 1 моль Ca(HCO₃)₂): 1 моль CaO.
L₂=[TA] (Поскольку оба значения рассчитываются как CaCO₃, молярная масса после преобразования численно равна.)
Известь-Устройство дозирования активированного угля, смягчающего карбонат натрия* - Защита окружающей среды в Интернете
3. Количество извести (л₃), необходимое для устранения магниевой жесткости:
Для осаждения магния требуется две части OH⁻, а после реакции в воду попадает эквивалентное количество ионов кальция. Стехиометрическое соотношение: 1 моль Mg²⁺ : 2 моль CaO.
L₃=2 × [Mg - H] (Предполагая, что CaCO₃, коэффициент массового отношения равен (56/100) × 2 ≈ 1,12, но чаще всего его рассчитывают непосредственно с использованием молярных соотношений, т. е. удвоения значения. Здесь [Mg - H] относится к той части магниевой жесткости, которую необходимо удалить, т. е. исходная магниевая жесткость воды минус целевая допустимая остаточная магниевая жесткость.
4. Избыточная дозировка извести (л₄):
Для обеспечения полноты реакции, особенно осаждения магния, обычно необходимо поддерживать рН 10-11, что требует добавления избытка извести. Избыточное значение обычно эмпирически оценивается примерно в 25–50 мг/л (в пересчете на CaCO₃). Для более глубокого смягчения избыточное значение может быть больше.
5. Теоретическая дозировка извести (в пересчете на 100%) (в пересчете на CaO):
L_theoretical=L₁ + L₂ + L₃ + L₄=[CO₂] + [TA] + 2 × [Mg-H, который необходимо удалить] + избыточное значение
Товарная известь (негашеная или гашеная известь) не является 100% чистой. Фактическая дозировка (кг/м³ или г/л)=L_теоретическая/Чистота технической извести (%)
Например, если L_theoretical составляет 200 мг/л CaO и используется техническая негашеная известь чистотой 85 %, то фактическая дозировка=200/0,85 ≈ 235 мг/л.
