烧碱作为硬水软化药剂的优势

李晓玲,杜肖（麦王环境技术股份有限公司,上海200135）



烧碱作为硬水软化药剂的优势

李晓玲,杜肖
（麦王环境技术股份有限公司,上海200135）

【摘要】随着硬水软化在浓盐水和蒸发结晶预处理上的应用，软化药剂不能再简单地采用石灰，举例说明烧碱作为硬水软化药剂的优势，以及Ca2+、Mg2+、HCO3-3种离子摩尔浓度变化对药剂选择的影响。

【关键词】暂时硬度；永久硬度；石灰；纯碱；烧碱；摩尔浓度

1　引言

以往，硬水软化一般是用在工业给水，进水的硬度不是很高，出水也仅是对暂时硬度做出要求，因此一般用石灰法处理比较经济。仅在要求去除永久硬度时补加少量纯碱。近几年随着零排放项目的兴起，对进入蒸发结晶系统的浓盐水硬度要求很严（一般为50 mg/L左右），不仅要去除暂时硬度而且要去除永久硬度，而该浓盐水已经过多次浓缩，硬度远高过一般的工业水，因此如何经济合理地选择软化药剂，减少药剂消耗量和污泥产量有非常积极的意义。

2　药剂软化法的原理

药剂软化法是运用化学沉淀法原理，即根据溶度积原理使水中所含的硬度在适当的药剂作用下形成难溶性化合物而被去除的过程。水处理中最常用的方法是钙、镁离子的化合沉淀，其次是金属离子的氢氧化物沉淀。

以水中阳离子分，硬度主要分为钙硬度和镁硬度，由于钙离子最终形成CaCO3（溶度积4.8伊10-9）沉淀被去除，镁离子形成Mg（OH）2（溶度积1.8伊10-11）沉淀被去除，HCO32-又能与OH-反应生成CO32-，因此水中的OH-、CO32-、HCO3-、都会对软化剂的选择有影响，因为OH-、CO32-在含有钙镁离子的水中的存量有限，所以HCO3-是起决定作用的阴离子，由HCO3-与钙镁离子形成的硬度被定义为暂时硬度，由SO42-和Cl-等阴离子与钙镁离子形成的硬度被定义为永久硬度。

2.1石灰纯碱法去除硬度的原理

可以用以下反应式来表示:

以上反应式表明石灰仅对去除暂时硬度有效，在去除镁的永久硬度时先将其转化为钙的永久硬度，钙的永久硬度则必须由纯碱来去除。

2.2烧碱去除硬度的原理

可以用以下的反应式来表示：

以上反应式表明在不要求去除碱度的情况下，烧碱可完全代替石灰去除暂时硬度，烧碱在去除暂时硬度的同时还可以去除等摩尔量的永久硬度，烧碱对镁的永久硬度的去除最为直接。

3　烧碱在硬水软化中的优势

源于《给水排水设计手册》第4册对石灰法和石灰纯碱法的详细讲述，石灰和纯碱被作为最常用的软化药剂，而且石灰+纯碱对水质的适应性强，改变两者的比例就可以适应各种硬度的水质。烧碱在《手册》中也被提到，但没有作为重点被详细讲述。通常认为石灰的价格比较便宜，但在使用中发现烧碱在某些情况下具有更多的优势如下：

3.1纯度高

石灰的纯度低（一般为85%耀92%）导致投药量增加，杂质将会沉淀进入排泥系统导致排泥量增加，而工业烧碱的纯度大都在99%以上，将会减少不必要的污泥产量。

3.2有效利用率高

由于石灰是微溶于水，以乳液的形式投加，有效利用率低（一般为50%耀80%）导致投药量增加，没有利用的成分进入排泥系统导致排泥量增加，残留在上清液的部分会在pH值回调时增加酸的消耗量，回调以后重新以Ca2+的形式溶入水中，使出水的永久硬度增加，而烧碱由于溶解性好，反应速度快，反应完全彻底，有效得利用率几乎100%，没有多余的沉淀物作为污泥产生。

3.3CO2的转化

水中的CO2将会消耗一部分石灰，而CO2消耗烧碱会生成Na2CO3，还可以用来去除水中的永久硬度。

3.4对镁硬度去除

石灰去除镁的永久硬度，首先将镁的永久硬度转化为钙的永久硬度，这部分永久硬度还需要用Na2CO3去除，增加了额外的药剂消耗，整个反应在生成氢氧化镁的同时还生成了碳酸钙，增加了污泥排放量，而如果使用烧碱，可直接生成氢氧化镁，减少了药剂消耗和污泥产量。

3.5对金属离子的去除

在去除碱度的过程中为了达到快速沉淀的效果，一般需要投加铁盐或铝盐作为混凝剂，这部分混凝剂会与石灰反应生成钙的永久硬度，这部分永久硬度还需要用Na2CO3去除，但如果使用烧碱，可直接生成铁和铝的氢氧化物，减少了药剂消耗和污泥产量。

3.6对永久硬度的去除

石灰对永久硬度的去除完全没有作用，而烧碱去除暂时硬度时由于生成了Na2CO3，可以用来去除部分永久硬度。

3.7投加装置

石灰投加需要料仓（包含除尘装置、料位计、破拱装置等），螺旋给料机、石灰搅拌池等，而使用液体烧碱，只用一个PE储罐就能代替，石灰乳需要螺杆泵或渣浆泵等耐磨泵，还需要循环管路和冲洗装置，而液体烧碱用普通的离心泵或隔膜泵就可以，大大降低了设备和管道投资。

3.8工作环境

就算增加了除尘装置也很难做到完全没有粉尘泄露，就算增加了破拱装置也不能完全防止投加螺旋的堵塞，就算增加了大循环，也不能杜绝投加管道的堵塞，一旦发生问题就需要人工清理，而液体烧碱完全没有这些问题。

4　案例分析

某浓水Mg硬度为500 mg/L，钙硬度为1000 mg/L，暂时硬度为500 mg/L，该废水可当作含MgCl2浓度5 mmol/L，CaCl2浓度5 mmol/L，Ca（HCO3）2浓度5 mmol/L。采用石灰纯碱法和烧碱法去除硬度的药剂费和比较见表1。

注：石灰的利用率以75%计

5　结论

通过以上比较可知，在某些情况下烧碱法比石灰纯碱法去除硬度更经济，石灰纯碱法去除钙硬度的药剂费用略低，去除镁的永久硬度的药剂费用略高，石灰纯碱法的产泥量远大于烧碱法，尤其对于去除镁硬度。

由于以上案例采用的钙硬度：暂时硬度为2:1，对烧碱法有利，如果暂时硬度更高则用石灰法更经济，如果镁的永久硬度更高则氢氧化钠法更经济，如果暂时硬度更低，则需采用烧碱纯碱法。

[参考文献]

【1】华东建筑设计研究院有限公司主编.《给水排水设计手册》第4 册:工业给水处理(第二版)[M].:中国建筑工业出版社，2002年4月.

【2】大连理工大学无机化学教研室编.《无机化学》（第三版）上册[M]，北京:高等教育出版社，1990年4月.

表1　石灰纯碱法和烧碱法去除硬度的药剂费和比较

The Advantage of Caustic Soda Used as Hard Water Softening Agent

Li Xiaoling, Du Xiao
(McWong Environmental Technology Co., Ltd., Shanghai 200135, China)

[Abstract]With the application of hard water softening process in brine and evaporation crystallization pretreatment, lime can not longer be simply used as the only softening agent. The advantage of caustic soda used as softening chemical for hard water and the effect of varying ion molar concentration of Ca2+, Mg2+, HCO3-on the softening agents are shown with actual examples.

[Keywords]temporary hardness; permanent hardness; lime; soda ash; caustic soda, molar concentration

作者简介：李晓玲（1975-），女，工程师，大学本科，现从事污水处理工艺设计工作。

收稿日期：2015-04-27

【中图分类号】TQ085

【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764（2015）10-0061-03