Суть вапняного пом’якшення полягає в зниженні жорсткості води шляхом додавання вапна, яке вступає в хімічну реакцію з тимчасовою і постійною жорсткістю води з утворенням нерозчинного осаду карбонату кальцію і гідроксиду магнію.
Основу для оцінки складають основні хімічні реакції:
1. Зняття карбонатної жорсткості (реакція з CO₂ і Ca(HCO₃)₂):
CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O
Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
2. Зняття магнієвої жорсткості (реакція з Mg(HCO₃)₂ і Mg²⁺):
Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → 2CaCO3₃↓ + Mg(OH)₂↓ + 2H₂O
Mg²⁺ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + Ca²⁺ (ця реакція вводить еквімолярну кількість іонів кальцію)
3. Надмірне додавання: необхідна додаткова кількість вапна, щоб забезпечити OH⁻, який реагує з HCO₃⁻ з утворенням CO3²⁻, і підтримувати рН вище 10,3 для забезпечення повного осадження Mg(OH)₂.
Враховуючи загальну твердість (TH), кальцієву твердість (Ca-H), магнієву твердість (Mg-H) і загальну основность (TA), кількість вапна, яке потрібно додати (на основі 100% чистого CaO), можна розділити на такі частини:
1. Вапно, необхідне для нейтралізації вільного CO₂ (L₁):
Стехіометричне співвідношення: 1 моль CO₂ : 1 моль CaO
L₁=[CO₂] (Одиниці є узгодженими; якщо всі виражені як CaCO₃ мг/л, значення рівні.)
2. Вапно, необхідне для усунення карбонатної жорсткості (L₂):
Ця частина стосується твердості, що відповідає основності. Стехіометричне співвідношення: 2 моль HCO₃⁻ (тобто 1 моль Ca(HCO3)₂) : 1 моль CaO
L₂=[TA] (Оскільки обидва обчислюються як CaCO₃, молярна маса чисельно дорівнює після перетворення.)
Пристрій для дозування активованого вугілля для пом’якшення карбонату натрію-* - Охорона навколишнього середовища в Інтернеті
3. Кількість вапна (L₃), необхідна для видалення магнієвої твердості:
Для осадження магнію потрібні дві частини OH⁻, а еквівалентна кількість іонів кальцію надходить у воду після реакції. Стехіометричне співвідношення: 1 моль Mg²⁺ : 2 моль CaO
L₃=2 × [Mg - H] (Припускаючи CaCO₃, коефіцієнт масового відношення дорівнює (56/100) × 2 ≈ 1,12, але його частіше обчислюють безпосередньо за допомогою молярних співвідношень, тобто подвоєння значення. Тут [Mg - H] відноситься до частини твердості магнію, яку потрібно видалити, тобто вихідна магнієва жорсткість води мінус цільова допустима залишкова магнієва жорсткість.
4. Надлишок вапна (л₄):
Для забезпечення повної реакції, особливо осадження магнію, зазвичай необхідно підтримувати рН 10-11, що вимагає додавання надлишку вапна. Перевищене значення зазвичай емпірично оцінюється приблизно в 25~50 мг/л (як CaCO3). Для більш глибокого пом’якшення надлишкове значення може бути більшим.
5. Теоретична доза вапна (на основі 100%) (на основі CaO):
L_теоретичний=L₁ + L₂ + L3 + L₄=[CO₂] + [TA] + 2 × [Mg-H для видалення] + Надлишкове значення
Комерційне вапно (негашене або гашене) не є 100% чистим. Фактичне дозування (кг/м³ або г/л)=L_теоретична / Чистота товарного вапна (%)
Наприклад, якщо L_theoretical становить 200 мг/л CaO, а використовується комерційне негашене вапно з чистотою 85%, тоді фактичне дозування=200/0,85 ≈ 235 мг/л.