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 。其化學反應式如下：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、反應時間對處理效果的影響。結果表明，在CaO 和 Na2CO3 的投量分別為

2、 187 和 106mg L 并反應 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，需進行調節(jié)。華東地區(qū)某市因地表水污染嚴重，計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

3、標，為保證居民飲水安全，需對該地下水進行軟化及除氟處理。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、運行費用高等缺點；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，則會造成出水水質穩(wěn)定性欠佳，給實際操作管理帶來麻煩，因此有必要進行試驗確定藥劑用量。去除氟離子的常用方法有電化學法（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，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一、概 述隨著北京市經濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，對水質的要求日益強烈。近年來地下水大量開采，加之環(huán)境污染，引起地下水水質惡化，有些已嚴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，占檢測井總數的 46.

5、15% 。根據國家地下水質量標準GB/T14848-93，地下水總硬度共分五類，地下水中總硬度超標井（IV類、V類）數達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。近期從水質化驗中發(fā)現某廠有45 口井出水硬度超過國家規(guī)定的生活飲用水水質標準450mg/l（ 以 CaCO3 計） ， 其中23 口井的硬度超過500mg/l ， 有九口井的硬度超過550mg/l ， 其中最高硬度達到 617mg/l 。 超標水水量為 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準,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 .根據近年來水質檢測結果,水源井硬度始終居高不下 ,而且呈逐年上升的趨勢,其結果必然導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?？梢妼で蠼洕尚械娘嬘盟コ捕燃夹g已成為當務之急。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行了石灰軟化法處理飲用水硬度試驗，同時將要開展納濾膜處理飲用水硬度試驗，比較二者優(yōu)缺點，為解決地下水硬度問題提出可行性方案。本文根據石灰軟化法處理飲用水硬度試驗，作一總結，提出可行

7、性的石灰軟化工藝流程。二、原理及試驗工藝流程藥劑軟化是通過投加化學藥劑以提高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，就是根據溶度積原理，按需要投加化學藥劑于原水中，使之與水中鈣、鎂離子反應生成沉淀物如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，本試驗采用石灰法。軟化設備采用錐型反應器，錐型反應器的結構為圖1所示:錐型反應器是把軟化所需要的混合、反應和沉淀三種作用綜合在一個設備內，原水和石灰乳都從錐底 沿切線方向進入反應器，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、反應產生的碳 酸鈣結晶在這些顆粒的表面，使水得到軟化。由于碳酸鈣的結晶，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。從小試試驗結果表明，軟化水量為 3.5m3/h ,石灰投加量為400 mg/l (以商品計)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，堿度可降至 70 mg/l左右,軟化水出水濁度平均為150NTU ,經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,在小試的基礎上進行了中試試驗

9、，第一階段中試試驗是在小試的基礎上增加了回流池，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器內，重結晶和沉淀，最后由錐型反應器的排泥口排出。中試試驗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的運轉狀況來看，錐形反應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，顆粒細小，沉降性能較差，增加了濾罐的負荷，導致濾罐運行穩(wěn)定性較差，主要反映在出水濁度突然增高，運行周期短，反沖洗時間不宜掌握，回流池的回流水量不易控制。基于以上現象，增加沉淀池，降低濾罐進水濁度，增加濾罐運行周期，才能保證出水濁度達到國家飲用水

10、水質標準。為了解決中試試驗所出現的問題，為處理高硬度水質問題提供切實可行的依據，在此基礎上針對某井進行硬水軟化處理（硬度為530mg/L ,堿度為320 mg/L ）第二階段中試試驗。第二階段試驗工藝流程如下圖3所示?；亓鞒厍逅貓D3水質軟化工藝流程圖設備參數：1 . 水泵：流量 140m3/h 。2 .錐形反應器：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、池內設配水泵一臺、單臺 水量145 m3/h、反沖水泵一臺、單臺水量 200 m3/h、反沖強度為12L/m2.s。此外還設有液位計一臺。5 .回流池：過濾罐反沖水進入回流池，池內設回流泵一臺，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、總容積45m3、每池藥液可用2-3天、每個池內設有攪拌機一臺、超聲波液位計一臺、加藥池設加藥泵一臺、變頻控制、供藥藥泵一臺、人工調節(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、內設配電和自控設備三、工藝參數1、處理水量 140m3/h2、石灰乳濃度（以 CaO計）10%3、石灰注入量 400mg/I4、聚合氯化鋁絮凝劑投加量（以原液計） 8-20L/ h、密度1.25在本試驗中，水質分析項目及其分析方法為：1、總硬度：EDTA-絡合滴定法；2、總堿度：采用甲基紅 -亞甲基藍指示劑、H2SO4滴定法；3、pH:采用pH計測定法；4、濁度：采用濁度儀測定法四、試驗結果與分析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。就被處理的井來看，水質、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值與硬度的關系曲線。硬度圖5中顯示，當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，處理后的水經過清水池混合后送出，pH的提高不會對出廠水產生重大影響。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生的沉淀物比

14、較細小，沉降速度慢。因此投加混凝劑以形成較大的顆粒，通過沉淀池進行沉淀，降低濾池的進水濁度。圖6中所示錐型反應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器出水濁度溫凝沉淀池出水沙度從圖中可知，錐形反應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生成的細小碳酸鈣和氫氧化鎂顆粒。當隨著加藥量（聚合氯化鋁以原液計）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行的重要問題，關系到整個工藝是否能正常運行，若排泥不正常，增加操作的困難，影響出水水質。本試驗采用斗底排泥，在斗底部設置閘門，利用凈水壓排泥。從沉淀池排泥次數來看，排泥時間依據沉淀池上清液出現高濁的情況而定。運行初期沉淀池排泥一天一次，試驗中期8小時一次，試驗后期需連續(xù)排泥，才能保持沉淀池正常運行。這種情況主要由于長時間運行，造成底部污泥壓實，不宜排放，泥斗體積縮??；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。對于現有工藝設備，從圖7試驗結果表明錐型反應器出水濁度大于200NTU時，當加藥量為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為濾罐的運行周期。 e 6 0.4 0.2 0用9懣瞪的運行同煙05101520253035時間Ch)圖9中顯示增加混

17、凝沉淀的工藝，濾罐進水濁度為20-40NTU ,濾罐運行周期達 32小時后，濾后水濁度稍有增加；而未設置混凝沉淀的工藝，濾罐進水濁度為170NTU時，濾罐運行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)定運行，保證濾后水濁度起到關鍵的作用。五、硬度軟化試驗各階段比較小試、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：各階段試驗比較反應器出水濁

18、度（NTU）濾池運行周期（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穿透現象嚴重2509.5中試第二階段20031穩(wěn)定0.52509.5從表中可知，三個階段反應器出水濁度變化很大，小試因未設回流池，反應器出水濁度很穩(wěn)定，出水濁度保持在150NTU ,濾池運行良好；中試第一階段因設回流池，回流水濁度很高，增大反應器出水濁度，直 接影響了濾罐的運行周期，濾罐運行反沖洗周期很短；中試第二階段因設混凝沉淀單元，降低了濾罐的進水濁度，濾罐運行穩(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，加大錐型反應器的出水濁度，加大混凝沉淀的負荷，

19、因此給混凝劑的投加量控制帶來困難。從上述分析可知，回流池的設置是造成運行困難的主要原因。 可以從機理上做一簡單分析， 水中軟化后當鈣離子和碳酸根離子在空間借離子鍵相互結合時，它們就以密堆積的方式排列而成，使正負離子交替，有規(guī)則的排列，形成以碳酸鈣化學式表示的離子晶體，軟化反應生成的鈣離子和碳酸根離子能夠結晶到顆粒表面受許多因素的影響如濃度和空間， 軟化反應后形成的產物大部分以細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晶出來， 當水上升流速很大時，致使反應器出水濁度很高。加之濾罐截留的物質大部分以碳酸鈣的細小顆粒存在，混凝沉淀的沉淀物質也以碳酸鈣為主的絮狀礬花存在，當這些物

20、質重新返回反應器后，不但沒有加速結晶速度，反而造成反應器出水濁度增大，造成惡性循環(huán)，破壞整個工藝的穩(wěn)定運行。6、 費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： 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（混凝劑和石灰） ： 0.06 元/噸4. 折舊費計算：折舊以 20 年計，每年折舊 5% ，設備費 10 萬元每年折舊為 10 萬元，每噸水設備折舊費 =0.08 元/噸5. 運輸費： 0.05 元/噸每噸水處理成本費 =人員工資 + 電費 +藥劑費 +折舊費+運輸費=0.08+0.09+0.06+0.06+0.05 元/噸=0.34元/噸7、 結論與建議結論：1. 試驗結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。全分析結果表明，原水總放射性的檢測結果不符合國家生活飲用水衛(wèi)生標準，經軟化后符合國家生活飲用水衛(wèi)生標準。2. 混凝劑的注入量隨水質、水量變化而變化，隨反應器出水濁度增加，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的基礎上， 如果不及時調整混凝劑加藥量或在混合、 反應方面存在缺陷，僅靠斜板內短短幾分鐘的沉淀，就無法保證應有的沉淀水質量。本試驗采用管道混合，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. 從試驗運行來看，回流水濁度過高造成反應器的出水濁度很不穩(wěn)定，從而影響整個工藝的正常運行，給實際操作帶來困難。運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，設置板框壓濾機，對泥渣進行脫水