不同軟化劑對硬質水處理的沉淀安全效果分析

張樂樂

（晉能控股煤業(yè)集團馬脊梁礦，山西 大同 037027）

引言

硬質水中含有大量的鈣、鎂等離子，在硬質水的供水中，會產生大量的沉淀[1]，對管道造成腐蝕，且硬質水在飲用及使用過程中也會由于沉積物較多，不利于人們的生產生活，且容易造成一定的疾病危害。針對硬質水采用化學藥劑沉淀法進行水質處理[2]，可以改善水質在輸送及使用過程中的沉淀物，解決硬質水造成的管道及家用電器的頻繁更換問題，緩解水資源的緊張，具有重要的使用意義。

1 不同化學藥劑沉淀實驗的制備

對硬質水進行化學藥劑沉淀法水質處理，是將硬質水中所含有的鈣、鎂等離子形成沉淀從而析出的過程。在硬質水中，進行化學藥劑沉淀形成沉淀物的溶度積值越小，則在水中的溶解度越小，越有利于去除水中的離子。硬質水的化學藥劑沉淀處理，常采用生石灰或氫氧化鈉等堿性化學藥劑，可以將水中的鈣、鎂離子形成氫氧化物或者碳酸鹽等沉淀物，減少水中的鈣、鎂離子的含量，從而降低水質的硬度[3]。采用堿性化學藥劑進行硬質水處理，離子反應的速度快，沉淀形成的鹽的溶度積常數(shù)小，進行降低硬度簡單、高效，在山區(qū)及高原地區(qū)易于推廣使用。采用氫氧化鈉及石灰進行硬質水沉淀分析，氫氧化鈉和石灰是常用的軟化藥劑，不僅成本低廉，對硬質水處理也具有較好的效果。

對硬質水進行取樣制備，測定水樣的硬度為359 mg/L，pH 值為7.5，水樣中的碳酸氫根離子濃度較高，暫時性硬度為69 mg/L，在輸送過程中容易結垢，燒開后含有的水垢較多，且有白色漂浮物，影響水的使用。

采用石灰及氫氧化鈉對硬質水進行軟化實驗，實驗過程中，分別選取5 份100 mL 的原水，水溫加熱至40℃，然后分別加入10 g/L 的石灰、氫氧化鈉溶液分別為1、1.5、2、2.5、3 mL，將試樣在恒溫加熱的磁力攪拌器中以300 r/min 的速度攪拌2 min，再以60 r/min的速度攪拌8 min，將試樣靜止30 min后，對試樣進行過濾，對上層清液的水質進行指標測定，并對析出的固體物質采用電熱鼓風干燥箱進行烘干稱重。水質指標的測定包括上層清液的總硬度、鈣硬度、鎂硬度及pH 值，水質總硬度的測定采用乙二胺四乙酸二鈉滴定法進行測定，pH 值采用玻璃電極法進行測定，鈣硬度及鎂硬度采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀進行測定。對石灰及氫氧化鈉分別制備相應的10 g/L 的溶液，進行硬質水的軟化沉淀實驗。

2 不同化學藥劑沉淀實驗效果分析

2.1 氫氧化鈉軟化實驗的效果分析

采用上述的實驗方法，對依據(jù)實驗采集的水樣進行投加氫氧化鈉的軟化實驗，得到的實驗結果如圖1所示。

圖1 氫氧化鈉水處理實驗結果

從圖1 中可以看出，硬質水總硬度的去除效果與氫氧化鈉的投加量呈正相關，隨著投加量的增加，水質的總硬度逐漸下降，鈣硬度及鎂硬度也隨之下降，pH 值隨之上升。氫氧化鈉投加到水樣中，產生的OH-離子與水中含有的HCO3-離子發(fā)生反應，隨著投加的氫氧化鈉量的增加，水樣中的HCO3-離子濃度逐漸降低，形成的CO32-離子逐漸增多，首先與水樣中的鈣離子發(fā)生反應生成沉淀物，使鈣離子的濃度降低，而鎂離子的濃度變化不大。從鈣、鎂硬度的變化曲線可以看出，隨著氫氧化鈉投加量的增加，鈣硬度首先快速的下降后緩慢的降低，而鎂硬度初始變化不大，在pH值增加到8.05 后鎂硬度開始下降，這是由于鎂離子主要在較高的pH 值下與OH-離子形成氫氧化鎂沉淀物析出。

氫氧化鈉的投加量為50 mg/L 時，處理后的水樣總硬度為269mg/L，鈣硬度為123 mg/L，鎂硬度為146 mg/L，硬度值下降25%，pH 值為8.77，與飲用水的標準值8.5 較為接近，略有增加。當繼續(xù)增加氫氧化鈉的投加量時，處理后的水樣硬度值下降，但pH值增加較多，需要進行加酸調節(jié)。因此，氫氧化鈉的投加量為50 mg/L 是進行硬質水處理的最佳用量。

2.2 石灰軟化實驗的效果分析

采用上述的實驗方法，對水樣進行投加石灰的軟化實驗，依據(jù)實驗采集的水樣及沉淀物分別進行測量，得到實驗結果如圖2 所示。

圖2 石灰軟化實驗的結果

從圖2 中可以看出，隨著石灰投加的量的增加，經(jīng)過反應后水樣的總硬度逐漸下降，pH 值逐漸升高，石灰進入水樣后水解成氫氧化鈣，和投加氫氧化鈉一樣，OH-離子的加入，與水中含有的HCO3-離子發(fā)生反應，達到一定濃度后，和鈣鎂離子發(fā)生反應去除水中的鈣鎂離子，鎂離子的去除要在鈣離子之后，pH 值較高時，鎂離子的去除效果較好。

石灰的投加量為100 mg/L 時，經(jīng)過處理后的水樣硬度為275，硬度的去除率為23.4%，鈣硬度為109mg/L，鎂硬度為166 mg/L，此時的pH 值為8.05，無需酸性物質的調節(jié)即可滿足飲用水的要求。此時的沉淀物質量為218 g/m3，較原水中污染物的質量有較大的減輕。在石灰的投加量增加到250 mg/L 及300 mg/L 時，處理后水樣的硬度進一步降低，但相應的水樣的pH值均大于生活飲用水的標準值8.5，需要添加較多的酸性物質降低pH 值，增加水處理的成本及工序，不利于推廣使用。綜上可知，石灰投加量為100 mg/L 時是進行硬水處理的較優(yōu)選擇。同時，比較石灰及氫氧化鈉的軟化綜合效果，則100 mg/L 的石灰試劑的軟化效果較好。采用石灰進行硬質水的軟化處理時，與反應時的溫度具有一定的關系，對不同溫度的水樣進行進一步實驗分析。

2.3 不同溫度水樣的石灰軟化劑的效果分析

采用100 mg/L 的石灰試劑對不同溫度的水樣進行軟化實驗，選擇水樣的溫度分別為10、25、40 ℃，在相同的實驗條件下，對反應溫度的作用進行分析。經(jīng)過實驗，得到如圖3 所示的水樣硬度變化曲線，從圖3中可以看出，隨著石灰試劑投加量的增加，水樣的總硬度逐漸下降，在不同的反應溫度下，隨著溫度的升高，水樣的總硬度降低。這是由于，水溫較高時，水樣中的鈣離子及鎂離子的運動劇烈，與碳酸根離子的碰撞加劇，從而形成的沉淀物較多，降低了水樣的硬度。

圖3 反應溫度對石灰軟化效果的影響曲線

3 結論

對硬質水進行處理后使用是緩解水資源緊張的重要途徑，氫氧化鈉及石灰是常用的軟化劑。采用氫氧化鈉及石灰對硬質水進行實驗分析，結果可知，隨著投加量的增加，水質的總硬度逐漸下降，結合水樣的pH 值選取較優(yōu)的軟化劑投加量為采用氫氧化鈉軟化劑時，投加量為50 mg/L 時，處理后的水樣硬度下降25%，pH 值為8.77；采用石灰軟化劑時，投加量為100 mg/L 時，處理后的水樣硬度下降23.4%，pH 值為8.05，更接近于飲用水的標準pH 值8.5，無需進一步采用酸性劑中和，是進行硬質水處理的優(yōu)選。對石灰軟化效果與溫度的關系進一步分析可知，隨著溫度的升高，水樣的總硬度降低。進行地下硬質水處理的過程中，采用100mg/L 的石灰試劑在40℃時進行軟化處理的效果最佳，有利于提高水處理的效果，降低水處理的成本。