污水除硬的方法、原理及适用场景

污水除硬的方法、原理及适用场景

污水中的硬度主要由钙（Ca??）和镁（Mg??）离子构成，高硬度会导致设备结垢、降低传热效率，并影响工业生产和生活用水质量。以下是几种主流的污水除硬方法及其原理、优缺点与适用场景：

 一、化学沉淀法

原理：通过投加化学药剂（如碳酸钠、氢氧化钠、石灰等），使钙、镁离子与药剂反应生成难溶沉淀物（如CaCO?、Mg(OH)?），再通过絮凝沉淀或过滤分离去除。  

典型工艺：  

1. 传统石灰-纯碱法：投加Ca(OH)?和Na?CO?，生成CaCO?和Mg(OH)?沉淀，适用于高硬度工业废水（如钢铁厂废水）。  

2. 两步法除硬：  

   - 第一步：加酸调节pH至6.0-6.5，投加无机絮凝剂（如硫酸铝）去除部分硬度；  

   - 第二步：加碳酸钠和碱（如NaOH）调节pH至8.8-10.5，结合有机絮凝剂（如阴离子聚丙烯酰胺）进一步沉淀。  

   此方法可显著降低药剂用量，尤其适用于含阻垢剂的高硬度循环水排污水。  

3. CO?沉淀法：利用CO?作为沉淀剂，与钙镁离子反应生成CaCO?和Mg(OH)?，适用于深层煤层气采出水等需资源化利用CO?的场景，除硬率可达99.77%。  

 

适用场景：  

- 高硬度（总硬度＞300 mg/L）、高碱度废水（如石化、钢铁行业废水）；  

- 含阻垢分散剂的循环水排污水；  

- 需低成本处理的工业废水。

优缺点：  

- 优点：成本低、工艺成熟、适用范围广；  

- 缺点：污泥产量大、药剂投加需精准控制。

 二、离子交换法

原理：利用树脂的螯合或离子交换功能选择性吸附Ca??、Mg??。  

典型工艺：  

- 亚胺二乙酸（IDA）树脂：通过螯合作用吸附二价离子，再生时释放H?或Na?，适用于低浓度硬水的深度软化（如锅炉补水）。  

- 阳离子交换树脂：如H型或Na型树脂，通过离子交换去除残留硬度，常用于反渗透预处理。  

适用场景：  

- 低浓度硬度废水（如生活用水、食品加工废水）；  

- 需高纯度产水的场合（如电子行业）；  

- 与膜技术联用，提高系统稳定性。  

优缺点：  

- 优点：产水硬度低、选择性高；  

- 缺点：树脂再生产生高盐废水，成本较高。

 三、膜分离技术

原理：通过膜孔径筛分或电荷排斥作用截留硬度离子。  

典型工艺：  

1. 反渗透（RO）：高压驱动下分离溶解性离子，适用于高盐废水脱盐，需结合预处理（如化学软化）防止膜结垢。  

2. 纳滤（NF）：选择性截留二价离子，适用于低硬度水的部分软化。  

3. 膜耦合化学除硬：结合化学沉淀与微滤/超滤膜，直接截留沉淀物，缩短流程，水回收率可达90%以上，适合零排放系统。  

适用场景：  

- 高盐废水（如海水淡化、煤化工废水）；  

- 需高回收率的循环排污水零排放工艺；  

- 与化学法联用提升效率。  

优缺点：  

- 优点：无药剂污染、出水水质稳定；  

- 缺点：膜易污堵、维护成本高。

 四、电化学法

原理：利用电解或电絮凝作用生成氢氧化物沉淀去除硬度。

典型工艺：

1. 电解-电絮凝耦合技术：电解产生OH?与Ca??、Mg??反应生成沉淀，电絮凝促进絮体聚集，适用于循环冷却水，减少药剂使用。

2. 隔膜电解-微滤耦合：电解槽分隔后，阴极室生成CaCO?沉淀，微滤膜分离晶体，能耗低（0.68~1.88 kWh/kg CaCO?），适合高钙废水及磷资源回收。

适用场景：

- 高硬度工业循环水；

- 需同步回收资源（如磷、碳酸钙）的废水；

- 环保要求严格的场景。

优缺点：

- 优点：环境友好、可资源化；

- 缺点：设备投资高、需优化电流密度等参数。

 五、组合工艺

典型流程：

1. 化学沉淀+膜分离+离子交换：先投加药剂软化，再经膜截留悬浮物，最后用树脂去除残留硬度，适合高硅高盐废水。

2. 电化学+微滤：如隔膜电解联合钛管式微滤膜，实现高效除硬与固液分离，适用于钙硬度＞800 mg/L的工业废水。

适用场景：  

- 成分复杂的高难度废水（如含重金属、有机物）；  

- 需多目标处理（如除硬、脱盐、回收资源）的系统。

 结语

实际应用中需根据水质（硬度、盐度、污染物类型）、处理目标（回用、排放、资源化）及经济性综合选择工艺，必要时采用组合技术提升效率。