石灰纯碱软化除硬加药量的计算

石灰纯碱软化除硬加药量的计算

石灰-纯碱软化法是一种经典的化学沉淀法，用于去除水中的永久硬度和暂时硬度。其核心在于通过投加两种药剂（Ca(OH)? 和 Na?CO?），将水中溶解的钙、镁离子转化为不溶于水的沉淀物（CaCO? 和 Mg(OH)?），再通过沉淀和过滤除去。

一、核心化学反应

首先要明白水中硬度的组成及对应的反应：

1. 去除暂时硬度（与HCO??相关的硬度）：

与钙硬度反应：Ca(HCO?)? Ca(OH)? →2CaCO?↓ 2H?O

与镁硬度反应：Mg(HCO?)? 2Ca(OH)? →2CaCO?↓ Mg(OH)?↓ 2H?O

去除1份镁的暂时硬度，需要2份石灰，因为它会生成等量的碳酸钙，需要额外的石灰来沉淀。

2. 去除永久硬度（与SO???或Cl?相关的硬度）：

钙的永久硬度：CaSO?/CaCl? Na?CO? → CaCO?↓ Na?SO?/2NaCl

镁的永久硬度：MgSO?/MgCl? Ca(OH)? → Mg(OH)?↓ CaSO?/CaCl?

注意：这个反应生成的CaSO?/CaCl?又变成了钙的永久硬度，需要后续的纯碱来去除。

3. 处理过量的CO?：CO? Ca(OH)?→CaCO?↓ H?O，水中游离的CO?会消耗石灰，必须先被中和。

4. 保证沉淀环境：

为了使Mg(OH)?能充分沉淀，需要维持较高的pH值（通常在10以上），这通常意味着需要过量投加石灰。

二、加药量计算公式（理论计算）

计算前，必须先通过水质分析报告获取以下基础数据（单位均以CaCO?计，mg/L）：

[CO2]：水中游离二氧化碳浓度

[Ca-H_t]：钙的暂时硬度（即与HCO??结合的钙硬度）

[Mg-H_t]：镁的暂时硬度

[H_p]：总永久硬度（包括钙和镁）

[Ca-H_p]：钙的永久硬度（可选，若未知可按经验估算）

[Mg-H_p]：镁的永久硬度（可选，若未知可按经验估算）

为了简化计算，所有浓度单位建议统一换算成mg/L as CaCO?（以碳酸钙计）。

步骤1：石灰（CaO）投加量计算

石灰主要用于：去除CO?；去除暂时硬度；去除镁的永久硬度（并产生等量的钙盐）；过量投加（通常为1~2meq/L，约28~56mg/L asCaCO?的CaO）。

石灰投加量 L (mg/L as CaCO?) 的理论公式为：

L=[CO2] [Ca-H_t] 2[Mg-H_t] [Mg-H_p] Excess

[CO2]: 中和游离CO?所需。

[Ca-H_t]: 去除钙的暂时硬度，按1：1计量。

2[Mg-H_t]: 去除镁的暂时硬度，按1：2计量（见上方反应式）。

[Mg-H_p]: 去除镁的永久硬度，按1：1计量。

Excess: 保证Mg(OH)?沉淀的过量投加，通常为1~2 meq/L (28-56 mg/L as CaCO?)。

注意：实际应用中，如果无法区分[Mg-H_p]，有时会用总永久硬度[H_p]来估算纯碱量，而石灰量则更关注暂时硬度和镁硬度。

步骤2：纯碱（Na?CO?）投加量计算

纯碱主要用于：去除钙的永久硬度（原水中的），去除由石灰处理镁永久硬度后新生成的钙盐

纯碱投加量 S (mg/L as CaCO?) 的理论公式为：

S = [Ca-H_p] [Mg-H_p]

[Ca-H_p]: 去除原水中钙的永久硬度。

[Mg-H_p]: 去除经石灰处理后，由镁的永久硬度转化而来的钙盐。

同样，如果水质报告只提供了总永久硬度[H_p]，而无法区分钙、镁，可以采用一个经验公式：

S=[H_p] Excess_Na2CO3

这里的过量(Excess_Na2CO3)通常为1~1.5meq/L (约50-75mg/L as CaCO?)，目的是确保反应完全，克服混凝和沉淀过程中的损耗。

三、单位换算与最终投加量

以上计算出的L和S的单位是mg/Las CaCO?，这是“当量浓度”。我们需要将其转换为实际药剂的投加量（mg/L）。

 

1. 石灰实际投加量计算：

若使用生石灰（CaO）：CaO投加量 (mg/L) = L × (M_CaO / M_CaCO?) = L × (56 / 100) = L × 0.56

若使用熟石灰（Ca(OH)?）：Ca(OH)?投加量 (mg/L) = L × (M_Ca(OH)? / M_CaCO?) = L × (74 / 100) = L × 0.74

2. 纯碱实际投加量计算：Na?CO?投加量 (mg/L) = S × (M_Na?CO? / M_CaCO?) = S × (106 / 100) = S × 1.06

四、计算实例

假设某原水水质分析结果（单位：mg/L as CaCO?）：CO? = 10，总硬度（TH）= 250，总碱度（Alk）= 150 （假设全部为HCO??碱度）

由此可推断：

[Ca-H_p] = 100 × 0.6 = 60

[Mg-H_p] = 100 × 0.4 = 40

[Ca-H_t] = 150 × 0.7 = 105

[Mg-H_t] = 150 × 0.3 = 45

暂时硬度 H_t=Alk =150 (因为碱度≤总硬度)

永久硬度 H_p=TH-H_t =100

假设暂时硬度中，钙镁比例7：3，则：

假设永久硬度中，钙镁比例6：4，则：

石灰过量值取1.5meq/L (42mg/L asCaCO?)

纯碱过量值取1.0meq/L (50mg/L asCaCO?)

1. 计算石灰投加量 L (as CaCO?):

L= [CO2] [Ca-H_t] 2[Mg-H_t] [Mg-H_p] Excess

L=10 105 (2×45) 40 42=10 105 90 40 42=287mg/L asCaCO?

若用CaO，则实际投加量=287×0.56 ≈161mg/L

2. 计算纯碱投加量 S (as CaCO?):

S=[Ca-H_p] [Mg-H_p] Excess_Na2CO3

S=60 40 50=150mg/LasCaCO?

实际Na?CO?投加量=150×1.06≈159mg/L