燒堿作為硬水軟化藥劑的優勢

李曉玲,杜肖（麥王環境技術股份有限公司,上海200135）

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燒堿作為硬水軟化藥劑的優勢

李曉玲,杜肖
（麥王環境技術股份有限公司,上海200135）

【摘要】隨著硬水軟化在濃鹽水和蒸發結晶預處理上的應用，軟化藥劑不能再簡單地采用石灰，舉例說明燒堿作為硬水軟化藥劑的優勢，以及Ca2+、Mg2+、HCO3-3種離子摩爾濃度變化對藥劑選擇的影響。

【關鍵詞】暫時硬度；永久硬度；石灰；純堿；燒堿；摩爾濃度

1　引言

以往，硬水軟化一般是用在工業給水，進水的硬度不是很高，出水也僅是對暫時硬度做出要求，因此一般用石灰法處理比較經濟。僅在要求去除永久硬度時補加少量純堿。近幾年隨著零排放項目的興起，對進入蒸發結晶系統的濃鹽水硬度要求很嚴（一般為50 mg/L左右），不僅要去除暫時硬度而且要去除永久硬度，而該濃鹽水已經過多次濃縮，硬度遠高過一般的工業水，因此如何經濟合理地選擇軟化藥劑，減少藥劑消耗量和污泥產量有非常積極的意義。

2　藥劑軟化法的原理

藥劑軟化法是運用化學沉淀法原理，即根據溶度積原理使水中所含的硬度在適當的藥劑作用下形成難溶性化合物而被去除的過程。水處理中最常用的方法是鈣、鎂離子的化合沉淀，其次是金屬離子的氫氧化物沉淀。

以水中陽離子分，硬度主要分為鈣硬度和鎂硬度，由于鈣離子最終形成CaCO3（溶度積4.8伊10-9）沉淀被去除，鎂離子形成Mg（OH）2（溶度積1.8伊10-11）沉淀被去除，HCO32-又能與OH-反應生成CO32-，因此水中的OH-、CO32-、HCO3-、都會對軟化劑的選擇有影響，因為OH-、CO32-在含有鈣鎂離子的水中的存量有限，所以HCO3-是起決定作用的陰離子，由HCO3-與鈣鎂離子形成的硬度被定義為暫時硬度，由SO42-和Cl-等陰離子與鈣鎂離子形成的硬度被定義為永久硬度。

2.1石灰純堿法去除硬度的原理

可以用以下反應式來表示:

以上反應式表明石灰僅對去除暫時硬度有效，在去除鎂的永久硬度時先將其轉化為鈣的永久硬度，鈣的永久硬度則必須由純堿來去除。

2.2燒堿去除硬度的原理

可以用以下的反應式來表示：

以上反應式表明在不要求去除堿度的情況下，燒堿可完全代替石灰去除暫時硬度，燒堿在去除暫時硬度的同時還可以去除等摩爾量的永久硬度，燒堿對鎂的永久硬度的去除最為直接。

3　燒堿在硬水軟化中的優勢

源于《給水排水設計手冊》第4冊對石灰法和石灰純堿法的詳細講述，石灰和純堿被作為最常用的軟化藥劑，而且石灰+純堿對水質的適應性強，改變兩者的比例就可以適應各種硬度的水質。燒堿在《手冊》中也被提到，但沒有作為重點被詳細講述。通常認為石灰的價格比較便宜，但在使用中發現燒堿在某些情況下具有更多的優勢如下：

3.1純度高

石灰的純度低（一般為85%耀92%）導致投藥量增加，雜質將會沉淀進入排泥系統導致排泥量增加，而工業燒堿的純度大都在99%以上，將會減少不必要的污泥產量。

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（一般為50%耀80%）導致投藥量增加，沒有利用的成分進入排泥系統導致排泥量增加，殘留在上清液的部分會在pH值回調時增加酸的消耗量，回調以后重新以Ca2+的形式溶入水中，使出水的永久硬度增加，而燒堿由于溶解性好，反應速度快，反應完全徹底，有效得利用率幾乎100%，沒有多余的沉淀物作為污泥產生。

3.3CO2的轉化

水中的CO2將會消耗一部分石灰，而CO2消耗燒堿會生成Na2CO3，還可以用來去除水中的永久硬度。

3.4對鎂硬度去除

石灰去除鎂的永久硬度，首先將鎂的永久硬度轉化為鈣的永久硬度，這部分永久硬度還需要用Na2CO3去除，增加了額外的藥劑消耗，整個反應在生成氫氧化鎂的同時還生成了碳酸鈣，增加了污泥排放量，而如果使用燒堿，可直接生成氫氧化鎂，減少了藥劑消耗和污泥產量。

3.5對金屬離子的去除

在去除堿度的過程中為了達到快速沉淀的效果，一般需要投加鐵鹽或鋁鹽作為混凝劑，這部分混凝劑會與石灰反應生成鈣的永久硬度，這部分永久硬度還需要用Na2CO3去除，但如果使用燒堿，可直接生成鐵和鋁的氫氧化物，減少了藥劑消耗和污泥產量。

3.6對永久硬度的去除

石灰對永久硬度的去除完全沒有作用，而燒堿去除暫時硬度時由于生成了Na2CO3，可以用來去除部分永久硬度。

3.7投加裝置

石灰投加需要料倉（包含除塵裝置、料位計、破拱裝置等），螺旋給料機、石灰攪拌池等，而使用液體燒堿，只用一個PE儲罐就能代替，石灰乳需要螺桿泵或渣漿泵等耐磨泵，還需要循環管路和沖洗裝置，而液體燒堿用普通的離心泵或隔膜泵就可以，大大降低了設備和管道投資。

3.8工作環境

就算增加了除塵裝置也很難做到完全沒有粉塵泄露，就算增加了破拱裝置也不能完全防止投加螺旋的堵塞，就算增加了大循環，也不能杜絕投加管道的堵塞，一旦發生問題就需要人工清理，而液體燒堿完全沒有這些問題。

4　案例分析

某濃水Mg硬度為500 mg/L，鈣硬度為1000 mg/L，暫時硬度為500 mg/L，該廢水可當作含MgCl2濃度5 mmol/L，CaCl2濃度5 mmol/L，Ca（HCO3）2濃度5 mmol/L。采用石灰純堿法和燒堿法去除硬度的藥劑費和比較見表1。

注：石灰的利用率以75%計

5　結論

通過以上比較可知，在某些情況下燒堿法比石灰純堿法去除硬度更經濟，石灰純堿法去除鈣硬度的藥劑費用略低，去除鎂的永久硬度的藥劑費用略高，石灰純堿法的產泥量遠大于燒堿法，尤其對于去除鎂硬度。

由于以上案例采用的鈣硬度：暫時硬度為2:1，對燒堿法有利，如果暫時硬度更高則用石灰法更經濟，如果鎂的永久硬度更高則氫氧化鈉法更經濟，如果暫時硬度更低，則需采用燒堿純堿法。

[參考文獻]

【1】華東建筑設計研究院有限公司主編.《給水排水設計手冊》第4 冊:工業給水處理(第二版)[M].:中國建筑工業出版社，2002年4月.

【2】大連理工大學無機化學教研室編.《無機化學》（第三版）上冊[M]，北京:高等教育出版社，1990年4月.

表1　石灰純堿法和燒堿法去除硬度的藥劑費和比較

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

作者簡介：李曉玲（1975-），女，工程師，大學本科，現從事污水處理工藝設計工作。

收稿日期：2015-04-27

【中圖分類號】TQ085

【文獻標識碼】B

【文章編號】1006-6764（2015）10-0061-03