Kaedah Pelembutan Kimia Klasik Untuk Penggunaan Semula Air Sisa

Pelembutan kimia ialah proses yang melibatkan penambahan bahan kimia khusus ke dalam air untuk menukar ion kalsium dan magnesium yang mengeras kepada sebatian tidak larut, yang kemudiannya dikeluarkan melalui pemendakan dan penapisan. Ini adalah teknologi penyingkiran pengerasan yang klasik dan berkesan.

Asas teori kaedah ini ialah prinsip produk keterlarutan. Iaitu, dengan menambahkan bahan kimia ke dalam air, kepekatan anion yang boleh membentuk mendakan tidak larut dengan ion kalsium dan magnesium (seperti CO3^2-, OH-, PO4^3-, dsb.) ditingkatkan, menyebabkan produk ion melebihi pemalar hasil keterlarutannya, dengan itu menghasilkan pemendakan.

Reaksi pemendakan utama termasuk:

1. Penyingkiran kekerasan karbonat:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O

Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O

Kapur membekalkan ion OH- untuk menukar ion bikarbonat kepada ion karbonat dan menaikkan pH untuk membentuk mendakan magnesium hidroksida.

2. Penyingkiran kekerasan bukan-karbonat (kalsium):

CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4

CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl

Abu soda membekalkan ion CO3^2-, yang bergabung dengan ion kalsium untuk membentuk mendakan kalsium karbonat.

3. Penyingkiran kekerasan bukan-karbonat (magnesium):

MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaSO4

CaSO4 yang dihasilkan masih perlu dialihkan lagi oleh abu soda. Kapur digunakan untuk menyediakan ion OH- untuk membentuk mendakan magnesium hidroksida dengan produk keterlarutan yang lebih kecil.

1. Kapur: Komponen utamanya ialah Ca(OH)2.

Mengeluarkan kekerasan karbonat (termasuk kekerasan kalsium dan magnesium karbonat) dan menyediakan persekitaran pH yang tinggi. Dos perlu dikira dengan tepat; penambahan yang berlebihan bukan sahaja membazir tetapi juga boleh menyebabkan pelarutan semula ion magnesium atau memperkenalkan kekerasan baru.

2. Soda Ash: Komponen utamanya ialah Na2CO3.

Mengeluarkan kekerasan bukan-karbonat (kekerasan kalsium) daripada air. Ia larut dalam air itu sendiri tanpa memperkenalkan ion kekerasan baharu, sebaliknya memperkenalkan Na+, yang mempunyai kesan yang agak kecil terhadap kualiti air.

3. Natrium Hidroksida: NaOH.

Kadangkala digunakan sebagai pengganti separa untuk kapur, memberikan ion OH-, menjadikan operasi lebih mudah, tetapi lebih mahal. Tindak balas adalah serupa dengan kapur.

4. Fosfat: Seperti natrium tripolifosfat, natrium heksametafosfat, dll.

Kaedah ini bukan kaedah pemendakan tradisional, sebaliknya menghalang pembentukan skala dengan menghasilkan koloid tersebar atau kompleks ion kalsium dan magnesium. Ia ialah "kaedah tersembunyi" atau "kesan ambang", sering digunakan untuk rawatan tambahan atau dalam situasi dengan keperluan yang rendah.

Ini adalah proses pelembutan kimia yang paling mewakili, dan alirannya adalah seperti berikut:

1. Tangki Reaksi/Tangki Pelembut:

Air mentah mula-mula memasuki tangki tindak balas, di mana buburan kapur dan larutan abu soda ditambah mengikut dos yang dikira. Tangki ini dilengkapi dengan alat pengacau mekanikal untuk memastikan pencampuran dan tindak balas yang menyeluruh bagi reagen dan untuk menyediakan masa dan keadaan yang mencukupi untuk pembentukan mendakan.

Semua tindak balas kimia teras yang dinyatakan di atas diselesaikan di sini, menghasilkan sejumlah besar mendakan flokulan CaCO3 dan Mg(OH)2.

2. Tangki Sedimentasi/Tangki Penjelasan:

Air yang bertindak balas mengalir ke dalam tangki pemendapan, di mana kadar aliran menjadi perlahan. Oleh kerana CaCO3 ialah mendakan berat, ia mendap dengan cepat secara semula jadi; manakala Mg(OH)2 ialah mendakan flokulan ringan, ia mendap lebih perlahan. Flokulan (seperti PAM) biasanya ditambah untuk menggalakkan pertumbuhan flok dan mempercepatkan pemendapan. Bahagian atas yang dijelaskan meneruskan ke langkah seterusnya, manakala enap cemar bawah dikeluarkan secara berkala.

3. Tangki Penapisan:

Air selepas pemendapan mungkin masih mengandungi zarah terampai kecil, memerlukan penapisan ketepatan melalui penapis berbilang-media (seperti antrasit atau pasir silika) untuk mengeluarkan sisa sedimen halus dan memastikan kekeruhan efluen memenuhi piawaian.

4. Tangki Pelarasan pH:

Air yang dirawat dengan kapur mempunyai pH yang sangat tinggi (biasanya melebihi 10), menjadikannya menghakis dan tidak sesuai untuk kegunaan atau pelepasan seterusnya.

Oleh itu, asid (seperti asid sulfurik atau asid hidroklorik) atau CO2 mesti ditambah selepas penapisan untuk meneutralkan pH dan membawanya kembali ke julat neutral (cth, 6.5-8.5). Kaedah memperkenalkan CO2, juga dikenali sebagai "rekarbonasi," juga boleh menukar sejumlah kecil ion kalsium terlarut kepada kalsium karbonat untuk penyingkiran selanjutnya.

Kelebihan:

1. Keputusan Penting dan Boleh Dipercayai: Teknologi ini matang dan boleh mengurangkan kekerasan ke tahap yang rendah (kekerasan sisa boleh mencapai 0.5-1.0 mmol/L).

2. Pembuangan Serentak Kekotoran Lain: Dalam proses penyingkiran kekerasan, ia juga boleh mengurangkan kealkalian, kandungan silikon, beberapa logam berat dan pepejal terampai di dalam air dengan berkesan.

3. Kos Rawatan Rendah: Reagen yang digunakan (kapur, abu soda) tersedia secara meluas dan agak murah.

Kelemahan dan Had:

1. Pengeluaran Enapcemar yang Besar: Ia menghasilkan sejumlah besar enapcemar kimia (terutamanya terdiri daripada kalsium karbonat dan magnesium hidroksida), dan rawatan serta pelupusan enapcemar ini akan meningkatkan kos tambahan dan tekanan persekitaran.

2. Operasi dan Pengurusan yang Kompleks: Dos reagen perlu dikira dengan tepat dan diselaraskan mengikut perubahan dalam kualiti air mentah, yang memerlukan pengendali berkemahiran tinggi.

3. Kualiti Efluen Terhad: Sukar untuk mencapai keperluan kekerasan yang sangat rendah bagi pelembutan dalam (cth,<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.

4. Jejak besar: Peralatan memerlukan satu siri struktur seperti tindak balas, pemendapan, dan kemudahan penapisan, menghasilkan pelaburan infrastruktur yang tinggi.