为什么石灰软化除硬通常与混凝同时进行？

为什么石灰软化除硬通常与混凝同时进行？

石灰软化除硬过程中需要与混凝同时进行的原因，基于其化学和物理过程的本质进行分析：
石灰软化（投加Ca(OH)?）的主要目标是去除导致水硬度的钙离子和镁离子：

去除碳酸盐硬度： Ca(OH)? Ca(HCO?)? → 2CaCO?↓ 2H?O

去除镁的碳酸盐和非碳酸盐硬度： Ca(OH)? Mg(HCO?)? → MgCO? CaCO?↓ 2H?O (随后 MgCO? H?O → Mg(OH)?↓ CO?，但此反应缓慢，实践中主要靠过量石灰直接沉淀Mg(OH)?) 以及 Ca(OH)? MgSO? / MgCl? → Mg(OH)?↓ CaSO? / CaCl?。

这个过程会产生大量的沉淀物：主要是碳酸钙和氢氧化镁。

为什么单纯依靠石灰软化产生的沉淀物难以有效去除？为什么需要混凝？

1、沉淀物的物理特性：

碳酸钙： 在理想条件下（如缓慢沉淀、晶体生长良好），碳酸钙可以形成相对致密、易于沉降的大颗粒晶体。但在实际水处理厂快速混合和反应条件下，形成的CaCO?晶体往往细小、不规则、密度相对较低，沉降速度较慢。

氢氧化镁： 这是关键难点。氢氧化镁天生就是一种胶体状、絮凝状、极其蓬松轻质的沉淀物。它形成的颗粒非常细小，具有巨大的比表面积，带有正电荷（在典型水处理pH下）。这种特性导致：

 

（1）沉降速度极慢： 单个Mg(OH)?颗粒由于太轻太小，自然沉降需要很长时间。

（2）胶体稳定性： 带正电荷的颗粒之间存在静电斥力，阻碍它们相互靠近聚集成大颗粒（即使通过布朗运动碰撞了也容易弹开）。

 

（3）易穿透滤池： 即使进入沉淀池，大量未有效聚集的细小颗粒也难以有效沉淀，会穿透沉淀池进入后续滤池，极大增加滤池负荷，缩短过滤周期，甚至穿透滤池影响出水水质（浊度、残留硬度）。

2、 混凝的作用：

电中和： 混凝剂（通常是带高正电荷的铝盐如硫酸铝、聚合氯化铝或铁盐如三氯化铁、聚合硫酸铁）加入水中后，其水解产物（如Al(OH)??, Al(OH)??, Fe(OH)??, Fe(OH)??等）能有效中和带负电荷的胶体颗粒（如粘土、腐殖质、硅酸等）以及带正电荷的Mg(OH)?胶体颗粒周围的电荷。降低或消除颗粒间的静电斥力是颗粒能有效碰撞聚集的前提。

吸附架桥： 混凝剂水解形成的无定形金属氢氧化物沉淀（如Al(OH)?, Fe(OH)?）具有巨大的表面积和活性吸附位点。它们能像“胶水”或“网”一样，通过物理吸附和化学键合作用，将细小的CaCO?晶体、Mg(OH)?絮体、以及水中原有的悬浮物、胶体颗粒（硅酸、有机物、粘土等）吸附、网捕、缠绕在一起，形成更大、更密实、更易沉降的矾花（絮凝体）。

 

卷扫网捕： 当大量金属氢氧化物沉淀形成时，它们如同一个“过滤网”在沉降过程中将水中更细小的颗粒机械地卷扫、包裹进去。

3、 协同进行的必要性和优势

（1）显著加速沉降： 混凝形成的密实矾花比原始的细小CaCO?晶体和蓬松Mg(OH)?絮体的沉降速度快得多，大大提高了沉淀池的效率和出水浊度。没有混凝，Mg(OH)?的有效去除几乎不可能在合理的时间内完成。

（2）改善沉淀物特性： 混凝形成的矾花更密实，减少了沉淀池底泥的体积（含水率更低），更易于后续的污泥浓缩和脱水处理。

（3）去除其他杂质： 混凝过程同时去除了水中的浊度（悬浮物、胶体）、部分有机物（如腐殖酸、富里酸）、胶体硅、甚至部分磷、重金属和微生物。这些杂质如果单独存在于软化水中，会影响水质，也可能干扰软化过程（如有机物包裹CaCO?晶体抑制其生长）。

（4）提升除硅效率： 镁的沉淀（Mg(OH)?）对去除活性硅（SiO?）非常有效。混凝形成的矾花提供了巨大的表面积，能吸附共沉淀更多的硅，显著提高石灰软化法的除硅效果。

（5）提高过滤性能： 混凝产生的良好矾花在沉淀后进入滤池，能形成更有效的滤床，截留残余细小颗粒，延长过滤周期，提高滤后水水质。未混凝的Mg(OH)?极易穿透滤池。