石灰軟化法除硬度

1、石灰軟化法使用石灰軟化硬水的方法稱為石灰軟化法，又稱石灰純堿軟化法，在硬水中加入消石灰，使水中的鎂生成氫氧化鎂沉淀，這樣，加入碳酸鈉使水中的鈣生成碳酸鈣而沉淀，硬水即變?yōu)檐浰?，利用這種方法可使水中鈣濃度降低到 1035ppm 。其化學(xué)反應(yīng)式如下：CaSO4+Na2CO3 - CaCO3 Na2SO4CaCl2+Na2CO3 - CaCO3 J+2NaClMgSO4+Na2CO3 - MgCO3+Na2CO3MgCO3+Ca(OH)2 - CaCO3 Mg(OH)2 J采用石灰軟化法處理高硬度含氟地下水，考察了藥劑投量、反應(yīng)時間對處理效果的影響。結(jié)果表明，在CaO 和 Na2CO3 的投量分別為

2、 187 和 106mg L 并反應(yīng) 25min 的條件下，再投加10mg L 的聚合氯化鋁鐵和 0 25mg L 的 PAM 可將出水濁度降至1NUT 以下；若要將出水總硬度分別降至400、 300 、 200mg L ，在略高于理論投藥量的條件下，需控制攪拌反應(yīng)時間分別為25 、 35 、 50min ；水中氟化物可通過與軟化過程中生成的 Mg (OH) 2 形成共沉淀而得到有效去除，但由于出水pH 值過高，需進(jìn)行調(diào)節(jié)。華東地區(qū)某市因地表水污染嚴(yán)重，計(jì)劃適度開采高儲量的地下水作為飲用水水源(開采量約為5.0X10 m d) 。取樣分析結(jié)果表明，該市地下水清澈透明，但水中硬度和氟化物含量不達(dá)

3、標(biāo)，為保證居民飲水安全，需對該地下水進(jìn)行軟化及除氟處理。降低水中硬度的常用方法有離子交換法、電滲析法及藥劑軟化法等。其中離子交換法和電滲析法均存在造價高、運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)；石灰是藥劑軟化法中最常用的藥劑，其價格較低，但如果用量不當(dāng)，則會造成出水水質(zhì)穩(wěn)定性欠佳，給實(shí)際操作管理帶來麻煩，因此有必要進(jìn)行試驗(yàn)確定藥劑用量。去除氟離子的常用方法有電化學(xué)法（電凝聚、電滲析 卜 49 第23卷第13期中國給水排水www watergasheat corn 混凝沉淀法和離子交換法等。 。目前，國內(nèi)外對去除水中氟離子的研究多集中在去除廢水中高濃度氟離子方面，而對水中低含量氟離子去除的報道卻較少。針對該市地下水硬

4、度高、含氟量較低及取水量大等特點(diǎn)，筆者采用石灰軟化絮凝法處理該地下精品資料石灰軟化法處理飲用水硬度試驗(yàn)一、概 述隨著北京市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，對水質(zhì)的要求日益強(qiáng)烈。近年來地下水大量開采，加之環(huán)境污染，引起地下水水質(zhì)惡化，有些已嚴(yán)重威脅了水源廠的供水安全。北京市高硬度地下水主要分布在城近郊區(qū)和較大居民點(diǎn)附近，以及污水、垃圾集中地區(qū)；淺層水硬度大于深層水硬度（個別點(diǎn)除外） ；污水灌溉地區(qū)地下水硬度大于清水灌溉地區(qū)。在169 眼水質(zhì)監(jiān)測井中， 1999 年總硬度的檢出含量在117.6-1070.9mg/L 之間，其中檢出值大于 450mg/L 的井有 78 眼，占檢測井總數(shù)的 46.

5、15% 。根據(jù)國家地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T14848-93，地下水總硬度共分五類，地下水中總硬度超標(biāo)井（IV類、V類）數(shù)達(dá)46.15% ,而總硬度含量較低的井（I類、n類）僅占26.63%。1999年城近郊區(qū)地下水總硬度分布圖見附件。近期從水質(zhì)化驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)某廠有45 口井出水硬度超過國家規(guī)定的生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)450mg/l（ 以 CaCO3 計(jì)） ， 其中23 口井的硬度超過500mg/l ， 有九口井的硬度超過550mg/l ， 其中最高硬度達(dá)到 617mg/l 。 超標(biāo)水水量為 26.5萬噸 ,占總水量的66.35%, 為保證全廠出水硬度符合國家標(biāo)準(zhǔn),已停用 8 口硬度在 550mg/l 以

6、上的井 ,減少水源能力 4.327 萬噸 /日 .根據(jù)近年來水質(zhì)檢測結(jié)果,水源井硬度始終居高不下 ,而且呈逐年上升的趨勢,其結(jié)果必然導(dǎo)致水源及配水能力的減少,對北京市的發(fā)展及人民生活的提高產(chǎn)生不利的影響，因此，作為北京市城市供水的重要水源 -地下水，其水質(zhì)的好壞直接影響到市民的身體健康和城市發(fā)展?？梢妼で蠼?jīng)濟(jì)可行的飲用水去除硬度技術(shù)已成為當(dāng)務(wù)之急。硬水軟化方法主要有離子交換法、藥劑軟化法和膜分離法。目前就某廠地下水進(jìn)行了石灰軟化法處理飲用水硬度試驗(yàn)，同時將要開展納濾膜處理飲用水硬度試驗(yàn)，比較二者優(yōu)缺點(diǎn)，為解決地下水硬度問題提出可行性方案。本文根據(jù)石灰軟化法處理飲用水硬度試驗(yàn)，作一總結(jié)，提出可行

7、性的石灰軟化工藝流程。二、原理及試驗(yàn)工藝流程藥劑軟化是通過投加化學(xué)藥劑以提高pH值，使Ca2+和Mg2+分另1J以CaCO3和Mg （OH） 2的形式在水中沉析出來。水的藥劑軟化工藝過程，就是根據(jù)溶度積原理，按需要投加化學(xué)藥劑于原水中，使之與水中鈣、鎂離子反應(yīng)生成沉淀物如CaCO3和Mg (OH) 2,常用的藥劑軟化法為石灰法、石灰-純堿法與石灰-石膏法，本試驗(yàn)采用石灰法。軟化設(shè)備采用錐型反應(yīng)器，錐型反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)為圖1所示:錐型反應(yīng)器是把軟化所需要的混合、反應(yīng)和沉淀三種作用綜合在一個設(shè)備內(nèi)，原水和石灰乳都從錐底 沿切線方向進(jìn)入反應(yīng)器，使水和石灰乳混合，水流以螺旋式上升，通過一層懸浮的渣層，軟化

8、反應(yīng)產(chǎn)生的碳 酸鈣結(jié)晶在這些顆粒的表面，使水得到軟化。由于碳酸鈣的結(jié)晶，顆粒逐漸增大，以致不能懸浮而下沉后， 通過排泥口把下沉顆粒排掉。從小試試驗(yàn)結(jié)果表明，軟化水量為 3.5m3/h ,石灰投加量為400 mg/l (以商品計(jì))時，軟化和過濾對硬 度和堿度的去除效果較好，在小試期間，硬度基本可降至250-300 mg/l范圍內(nèi)，堿度可降至 70 mg/l左右,軟化水出水濁度平均為150NTU ,經(jīng)過濾池后濁度平均為 0.5NTU左右，pH值在10.3左右，濾柱的反沖周期在30小時以上。石灰軟化法對總硬度的去除效果是令人滿意的，去除率基本上可以保持在40-50%之間,在小試的基礎(chǔ)上進(jìn)行了中試試驗(yàn)

9、，第一階段中試試驗(yàn)是在小試的基礎(chǔ)上增加了回流池，其主要目的是把濾罐反沖洗水排到回流池，再通過回流泵打入錐形反應(yīng)器內(nèi)，重結(jié)晶和沉淀，最后由錐型反應(yīng)器的排泥口排出。中試試驗(yàn)第一階段工藝流程如下圖2所示：圖2中試試喊第一階段工藝流程第一階段中試試驗(yàn)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況來看，錐形反應(yīng)器對硬度的去除效果是令人滿意的，去除率基本上可以保持在40-50%之間，但出水濁度不穩(wěn)定，顆粒細(xì)小，沉降性能較差，增加了濾罐的負(fù)荷，導(dǎo)致濾罐運(yùn)行穩(wěn)定性較差，主要反映在出水濁度突然增高，運(yùn)行周期短，反沖洗時間不宜掌握，回流池的回流水量不易控制?；谝陨犀F(xiàn)象，增加沉淀池，降低濾罐進(jìn)水濁度，增加濾罐運(yùn)行周期，才能保證出水濁度達(dá)到國家飲用水

10、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。為了解決中試試驗(yàn)所出現(xiàn)的問題，為處理高硬度水質(zhì)問題提供切實(shí)可行的依據(jù)，在此基礎(chǔ)上針對某井進(jìn)行硬水軟化處理（硬度為530mg/L ,堿度為320 mg/L ）第二階段中試試驗(yàn)。第二階段試驗(yàn)工藝流程如下圖3所示?；亓鞒厍逅貓D3水質(zhì)軟化工藝流程圖設(shè)備參數(shù)：1 . 水泵：流量 140m3/h 。2 .錐形反應(yīng)器：底口直徑0.8m、高6.8m、 錐角30 、 停留時間16.6分鐘。3 .過濾：采用4個2400濾罐，雙層濾料分別為均質(zhì)無煙煤和石英砂，高度均為 0.4m,濾料粒徑無 煙煤為0.95mm ,石英砂為0.7-0.9mm、濾速為4.69-4.97m/h 。4 .清水池：平面尺寸 8X6

11、m、深3.5m、有效水深3.5m、有效容積120m3、池內(nèi)設(shè)配水泵一臺、單臺 水量145 m3/h、反沖水泵一臺、單臺水量 200 m3/h、反沖強(qiáng)度為12L/m2.s。此外還設(shè)有液位計(jì)一臺。5 .回流池：過濾罐反沖水進(jìn)入回流池，池內(nèi)設(shè)回流泵一臺，平面尺寸 54m、有效水深2.5m、有效容積50 m3.6 .加藥池：共設(shè)2個，單個平面尺寸 3X3m深3.2m、有效水深2.5m、有效容積 22.5m3、總?cè)莘e45m3、每池藥液可用2-3天、每個池內(nèi)設(shè)有攪拌機(jī)一臺、超聲波液位計(jì)一臺、加藥池設(shè)加藥泵一臺、變頻控制、供藥藥泵一臺、人工調(diào)節(jié)。7 .沉淀池：沉淀池面積11.9m2、斜板長度1m、沉淀區(qū)高1

12、.2m、清水區(qū)高度1.03m、上升流速3mm/s。8 .控制室：建筑面積 20m2、內(nèi)設(shè)配電和自控設(shè)備三、工藝參數(shù)1、處理水量 140m3/h2、石灰乳濃度（以 CaO計(jì)）10%3、石灰注入量 400mg/I4、聚合氯化鋁絮凝劑投加量（以原液計(jì)） 8-20L/ h、密度1.25在本試驗(yàn)中，水質(zhì)分析項(xiàng)目及其分析方法為：1、總硬度：EDTA-絡(luò)合滴定法；2、總堿度：采用甲基紅 -亞甲基藍(lán)指示劑、H2SO4滴定法；3、pH:采用pH計(jì)測定法；4、濁度：采用濁度儀測定法四、試驗(yàn)結(jié)果與分析1 .對硬度的去除效果對硬度的去除效果曲線如圖4所示：國4進(jìn)出水硬度變色曲線500一.性山水碾度一原水碾度從圖4中可

13、知，整個試驗(yàn)過程中，對硬度的去除效果比較穩(wěn)定，原水硬度平均為530 mg/L ,出水硬度基本上保持在230-320mg/L范圍內(nèi)。就被處理的井來看，水質(zhì)、水量比較穩(wěn)定，因此軟化水的硬度穩(wěn)定性主要取決于加藥量的變化。石灰乳投加量直接影響pH值的變化，圖5為軟化水pH值與硬度的關(guān)系曲線。硬度圖5中顯示，當(dāng)pH值在8.5左右時，總硬度處理到320mg/L ,隨著pH值逐漸增大，總硬度逐漸下降，當(dāng)pH為10.3時，硬度下降到最低值。由于被處理的井為水源井，處理后的水經(jīng)過清水池混合后送出，pH的提高不會對出廠水產(chǎn)生重大影響。2 .濁度的變化狀況1)混凝沉淀池單元(1 )對濁度的去除效果軟化產(chǎn)生的沉淀物比

14、較細(xì)小，沉降速度慢。因此投加混凝劑以形成較大的顆粒，通過沉淀池進(jìn)行沉淀，降低濾池的進(jìn)水濁度。圖6中所示錐型反應(yīng)器和混凝沉淀池出水濁度隨加藥量的變化情況。圖6混觥近淀池對濁度的去除通果幡型反應(yīng)器出水濁度溫凝沉淀池出水沙度從圖中可知，錐形反應(yīng)器出水濁度基本大于200NTU ,其一部分來自回流池的反沖洗水，另一部分為軟化反應(yīng)生成的細(xì)小碳酸鈣和氫氧化鎂顆粒。當(dāng)隨著加藥量（聚合氯化鋁以原液計(jì)）的增加，混凝沉淀池的濁度逐漸下降，加藥量為 38mg/L時，出水濁度為 60-90NTU ;加藥量為50-67mg/L ,出水濁度為40-50NTU ;加藥量為93-143mg/L ,出水濁度為10-30NTU 。

15、（2）沉淀池排泥沉淀池的排泥是運(yùn)行的重要問題，關(guān)系到整個工藝是否能正常運(yùn)行，若排泥不正常，增加操作的困難，影響出水水質(zhì)。本試驗(yàn)采用斗底排泥，在斗底部設(shè)置閘門，利用凈水壓排泥。從沉淀池排泥次數(shù)來看，排泥時間依據(jù)沉淀池上清液出現(xiàn)高濁的情況而定。運(yùn)行初期沉淀池排泥一天一次，試驗(yàn)中期8小時一次，試驗(yàn)后期需連續(xù)排泥，才能保持沉淀池正常運(yùn)行。這種情況主要由于長時間運(yùn)行，造成底部污泥壓實(shí)，不宜排放，泥斗體積縮小；另外由于回流池回流水濁度過高，造成沉淀泥渣過多。2）工藝各單元出水濁度的變化圖T各單元由水濁度變化曲或一溫犍沉淀池出水濁度一施池出水濁度圖7錐形反應(yīng)器出水濁度為 200NTU以上時，混凝沉淀池、濾罐

16、出水濁度的變化曲線。對于現(xiàn)有工藝設(shè)備，從圖7試驗(yàn)結(jié)果表明錐型反應(yīng)器出水濁度大于200NTU時，當(dāng)加藥量為50-143mg/L ,沉淀池出水濁度為10-45NTU ,濾罐出水濁度基本上保持在0.5NTU以下。圖8為未設(shè)置混凝沉淀濾后水和增加混凝沉淀濾后水濁度的變化曲線。(nlto啊羽*四燧用X夠后出水濁度受化的生T未加混境沉建逋唯出水杷如泥賺沉淀就儲用水從圖8中可知，增加混凝沉淀后濾罐出水濁度穩(wěn)定，基本保持在0.5NTU以下，而未設(shè)置混凝沉淀濾后水濁度不太穩(wěn)定，變化比較明顯。圖9為濾罐的運(yùn)行周期。 e 6 0.4 0.2 0用9懣瞪的運(yùn)行同煙05101520253035時間Ch)圖9中顯示增加混

17、凝沉淀的工藝，濾罐進(jìn)水濁度為20-40NTU ,濾罐運(yùn)行周期達(dá) 32小時后，濾后水濁度稍有增加；而未設(shè)置混凝沉淀的工藝，濾罐進(jìn)水濁度為170NTU時，濾罐運(yùn)行10小時后，濾后水濁度突然增加，反沖洗周期只為10小時。因此混凝沉淀工藝處理單元對過濾的穩(wěn)定運(yùn)行，保證濾后水濁度起到關(guān)鍵的作用。五、硬度軟化試驗(yàn)各階段比較小試、中試第一階段和第二階段各工藝流程如下:小試工藝流程：石灰乳I縻水一錐型反應(yīng)器一煤砂盛柱一清水池石灰乳I中讀第一階段：庾水f錐型反應(yīng)器f煤砂濾罐f清水池t 1一回流池石灰乳中試第二階速；原水f轅型反應(yīng)器f混凝況淙池f煤砂濾耀f清水池t I IJ回流池 一表：各階段試驗(yàn)比較反應(yīng)器出水濁

18、度（NTU）濾池運(yùn)行周期（NTU ）出水濁度狀況（NTU ）硬度mg/LpH小試15037穩(wěn)定0.52509.5中試A階段18010穿透現(xiàn)象嚴(yán)重2509.5中試第二階段20031穩(wěn)定0.52509.5從表中可知，三個階段反應(yīng)器出水濁度變化很大，小試因未設(shè)回流池，反應(yīng)器出水濁度很穩(wěn)定，出水濁度保持在150NTU ,濾池運(yùn)行良好；中試第一階段因設(shè)回流池，回流水濁度很高，增大反應(yīng)器出水濁度，直 接影響了濾罐的運(yùn)行周期，濾罐運(yùn)行反沖洗周期很短；中試第二階段因設(shè)混凝沉淀單元，降低了濾罐的進(jìn)水濁度，濾罐運(yùn)行穩(wěn)定，因混凝沉淀的排泥以及反沖洗水造成回流水濁度很高，加大錐型反應(yīng)器的出水濁度，加大混凝沉淀的負(fù)荷，

19、因此給混凝劑的投加量控制帶來困難。從上述分析可知，回流池的設(shè)置是造成運(yùn)行困難的主要原因。 可以從機(jī)理上做一簡單分析， 水中軟化后當(dāng)鈣離子和碳酸根離子在空間借離子鍵相互結(jié)合時，它們就以密堆積的方式排列而成，使正負(fù)離子交替，有規(guī)則的排列，形成以碳酸鈣化學(xué)式表示的離子晶體，軟化反應(yīng)生成的鈣離子和碳酸根離子能夠結(jié)晶到顆粒表面受許多因素的影響如濃度和空間， 軟化反應(yīng)后形成的產(chǎn)物大部分以細(xì)小的碳酸鈣晶體組成無定性的固態(tài)存在， 而不能完全以較大的晶體結(jié)晶出來， 當(dāng)水上升流速很大時，致使反應(yīng)器出水濁度很高。加之濾罐截留的物質(zhì)大部分以碳酸鈣的細(xì)小顆粒存在，混凝沉淀的沉淀物質(zhì)也以碳酸鈣為主的絮狀礬花存在，當(dāng)這些物

20、質(zhì)重新返回反應(yīng)器后，不但沒有加速結(jié)晶速度，反而造成反應(yīng)器出水濁度增大，造成惡性循環(huán)，破壞整個工藝的穩(wěn)定運(yùn)行。6、 費(fèi)用效益分析成本分析： （軟化處理部分估算）1. 人員工資：人均月工資為 2000元，每噸水成本=2000元4人/3360噸/天M0天=0.08元/噸2. 電費(fèi)： 配水泵：7.5kW X24h=180 kWh攪拌器 7.5kW X24h X2 =360kWh回流泵 0.75kW X24h =18kWh加藥泵（變頻）0.55kW X24h =13.2kWh電動蝶閥 0.2kW X24h =4.8kWh0.3kW 8 X24h =7.2kWh供藥泵 1.5kWh X24h =36kWh

21、每月總耗電量 =（180+360+18+13.2+4.8+7.2+36） X30 天=18576kWh每噸水耗電成本 =18576 X0.5元/3360噸/天 不0天=0.09元/噸3. 藥劑費(fèi)（混凝劑和石灰） ： 0.06 元/噸4. 折舊費(fèi)計(jì)算：折舊以 20 年計(jì)，每年折舊 5% ，設(shè)備費(fèi) 10 萬元每年折舊為 10 萬元，每噸水設(shè)備折舊費(fèi) =0.08 元/噸5. 運(yùn)輸費(fèi)： 0.05 元/噸每噸水處理成本費(fèi) =人員工資 + 電費(fèi) +藥劑費(fèi) +折舊費(fèi)+運(yùn)輸費(fèi)=0.08+0.09+0.06+0.06+0.05 元/噸=0.34元/噸7、 結(jié)論與建議結(jié)論：1. 試驗(yàn)結(jié)果表明該工藝對總硬度去除效果

22、令人滿意， 出水濁度基本保持在0.5NTU 以下， pH 穩(wěn)定在 9-10之間。全分析結(jié)果表明，原水總放射性的檢測結(jié)果不符合國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)軟化后符合國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。2. 混凝劑的注入量隨水質(zhì)、水量變化而變化，隨反應(yīng)器出水濁度增加，混凝劑投加量增加。斜板工藝在凈水上的優(yōu)越性建立于良好混凝反應(yīng)的基礎(chǔ)上， 如果不及時調(diào)整混凝劑加藥量或在混合、 反應(yīng)方面存在缺陷，僅靠斜板內(nèi)短短幾分鐘的沉淀，就無法保證應(yīng)有的沉淀水質(zhì)量。本試驗(yàn)采用管道混合，混凝效果沒有完全發(fā)揮出來，同時又由于回流水濁度變化不穩(wěn)定，影響了混凝沉淀效果的穩(wěn)定性。3. 從試驗(yàn)運(yùn)行來看，回流水濁度過高造成反應(yīng)器的出水濁度很不穩(wěn)定，從而影響整個工藝的正常運(yùn)行，給實(shí)際操作帶來困難。運(yùn)行后期沉淀池排泥頻繁。建議：建議將回流池改為泥渣濃縮池，設(shè)置板框壓濾機(jī)，對泥渣進(jìn)行脫水