石灰-碳酸钠软化技术浅谈
生活饮用水软化处理方法石灰药剂强化混凝软化法
生活饮用水软化处理方法—石灰药剂强化混凝软化法水的药剂软化法的工艺过程，就是根据容度积原理，按需要向水中投加适当药剂，使之与钙、镁离子反应生成不溶性沉淀物为CaCO3和（OH）2。
通常用的药剂有石灰、纯碱、苛性钠、磷酸三钠等，其中以石灰软化最为常用。
石灰经消化后。
制成石灰乳投加在原水中，在高pH值条件下与重碳酸盐产生如下反应：Ca(HCO3)+Ca(OH)2＝2CaCO3↓2H2OMg(HCO3)2+Ca(OH)2=CaCO3↓+MgCO3+2H2OMgCO3+Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓+CaCO3↓其中CaCO3和Mg(OH)2为沉淀物，钙镁二价离子形成的沉淀物在下沉过程中起到混凝剂的作用，CaCO3具有良好的絮凝作用。
使各种沉淀物在反应池中絮凝，在沉淀池和滤池中去除。
对于地下水，一般水的浊度不高，不需投加其它混疑剂。
其中pH值对混凝效果好坏影响很大，各地在进行石灰软比时，应根据当地水质实际情况，通过烧杯试验观察不同pH值下的去除效果，同时考虑投药的经济性，确定最佳pH值。
在生产试验中投加Ca（OH)2将水溶液调整为最洼的pH值。
在这种方法中，水的pH值和药剂投加量是关键。
通常在烧杯试验、模型试验和生产试验中确定。
为增加混凝效果，可投加聚丙稀酰胺作为助凝剂。
投加石灰后，出厂水的pH值会较高，在出厂水中应进行酸中和，调整水的pH值符合饮用水水质标准。
许多地区的水源中，在硬度超标的同时，溶解性总固体和铁、锰也往往超标，强化混凝和石灰药剂法也能去除一定的铁、锰和溶解性总固体。
由于石灰的价格低，来源广，适用于原水的碳酸盐硬度较高、非碳酸盐硬度较低的情况。
生活饮用水不要求深度软化，目前表明这种方法处理后，出水硬度指标完全符合饮用水水质标准，石灰药剂强化混凝法是经济有效的。
投加石灰能去除水中大部分碳酸盐硬度，不能去除非碳酸盐硬度，如原水非碳酸盐硬度较高，可用石灰苏打法。
随着水源受到日益严重的污染，普遍水源中的有机物浓度增大，水中出现了隐孢子虫和其它一些病原菌。
石灰软化法除硬度
石灰软化法使用石灰软化硬水的方法称为石灰软化法，又称石灰纯碱软化法，在硬水中加入消石灰，使水中的镁生成氢氧化镁沉淀，这样，加入碳酸钠使水中的钙生成碳酸钙而沉淀，硬水即变为软水，利用这种方法可使水中钙浓度降低到10~35ppm。
其化学反应式如下：CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaClMgSO4+Na2CO3→MgCO3+Na2CO3MgCO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+Mg(OH)2↓采用石灰软化法处理高硬度含氟地下水，考察了药剂投量、反应时间对处理效果的影响。
结果表明，在CaO和Na2CO3的投量分别为187和106mg／L并反应25min的条件下，再投加10mg／L的聚合氯化铝铁和0．25mg／L的PAM可将出水浊度降至1NUT以下；若要将出水总硬度分别降至400、300、200mg／L，在略高于理论投药量的条件下，需控制搅拌反应时间分别为25、35、50min；水中氟化物可通过与软化过程中生成的Mg（OH）2形成共沉淀而得到有效去除，但由于出水pH值过高，需进行调节。
华东地区某市因地表水污染严重，计划适度开采高储量的地下水作为饮用水水源(开采量约为5．0×10 m ／d)。
取样分析结果表明，该市地下水清澈透明，但水中硬度和氟化物含量不达标，为保证居民饮水安全，需对该地下水进行软化及除氟处理。
降低水中硬度的常用方法有离子交换法、电渗析法及药剂软化法等。
其中离子交换法和电渗析法均存在造价高、运行费用高等缺点；石灰是药剂软化法中最常用的药剂，其价格较低，但如果用量不当，则会造成出水水质稳定性欠佳，给实际操作管理带来麻烦，因此有必要进行试验确定药剂用量。
去除氟离子的常用方法有电化学法(电凝聚、电渗析)、· 49· 第23卷第13期中国给水排水www．watergasheat．corn 混凝沉淀法和离子交换法等。
石灰软化法除硬度
石灰软化法使用石灰软化硬水的方法称为石灰软化法，又称石灰纯碱软化法，在硬水中加入消石灰，使水中的镁生成氢氧化镁沉淀，这样，加入碳酸钠使水中的钙生成碳酸钙而沉淀，硬水即变为软水，利用这种方法可使水中钙浓度降低到10~35ppm。
其化学反应式如下：CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaClMgSO4+Na2CO3→MgCO3+Na2CO3MgCO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+Mg(OH)2↓采用石灰软化法处理高硬度含氟地下水，考察了药剂投量、反应时间对处理效果的影响。
结果表明，在CaO和Na2CO3的投量分别为187和106mg／L并反应25min的条件下，再投加10mg／L的聚合氯化铝铁和0．25mg／L的PAM可将出水浊度降至1NUT以下；若要将出水总硬度分别降至400、300、200mg／L，在略高于理论投药量的条件下，需控制搅拌反应时间分别为25、35、50min；水中氟化物可通过与软化过程中生成的Mg（OH）2形成共沉淀而得到有效去除，但由于出水pH值过高，需进行调节。
华东地区某市因地表水污染严重，计划适度开采高储量的地下水作为饮用水水源(开采量约为5．0×10 m ／d)。
取样分析结果表明，该市地下水清澈透明，但水中硬度和氟化物含量不达标，为保证居民饮水安全，需对该地下水进行软化及除氟处理。
降低水中硬度的常用方法有离子交换法、电渗析法及药剂软化法等。
其中离子交换法和电渗析法均存在造价高、运行费用高等缺点；石灰是药剂软化法中最常用的药剂，其价格较低，但如果用量不当，则会造成出水水质稳定性欠佳，给实际操作管理带来麻烦，因此有必要进行试验确定药剂用量。
去除氟离子的常用方法有电化学法(电凝聚、电渗析)、·49·第23卷第13期中国给水排水www．watergasheat．corn 混凝沉淀法和离子交换法等。
石灰软化法除硬度
石灰软化法使用石灰软化硬水的方法称为石灰软化法，又称石灰纯碱软化法，在硬水中加入消石灰，使水中的镁生成氢氧化镁沉淀，这样，加入碳酸钠使水中的钙生成碳酸钙而沉淀，硬水即变为软水，利用这种方法可使水中钙浓度降低到10~35ppm。
其化学反应式如下：CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaClMgSO4+Na2CO3→MgCO3+Na2CO3MgCO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+Mg(OH)2↓采用石灰软化法处理高硬度含氟地下水，考察了药剂投量、反应时间对处理效果的影响。
结果表明，在CaO和Na2CO3的投量分别为187和106mg／L并反应25min的条件下，再投加10mg／L的聚合氯化铝铁和0．25mg／L的PAM可将出水浊度降至1NUT以下；若要将出水总硬度分别降至400、300、200mg ／L，在略高于理论投药量的条件下，需控制搅拌反应时间分别为25、35、50min；水中氟化物可通过与软化过程中生成的Mg（OH）2形成共沉淀而得到有效去除，但由于出水pH值过高，需进行调节。
华东地区某市因地表水污染严重，计划适度开采高储量的地下水作为饮用水水源(开采量约为5．0×10 m ／d)。
取样分析结果表明，该市地下水清澈透明，但水中硬度和氟化物含量不达标，为保证居民饮水安全，需对该地下水进行软化及除氟处理。
降低水中硬度的常用方法有离子交换法、电渗析法及药剂软化法等。
其中离子交换法和电渗析法均存在造价高、运行费用高等缺点；石灰是药剂软化法中最常用的药剂，其价格较低，但如果用量不当，则会造成出水水质稳定性欠佳，给实际操作管理带来麻烦，因此有必要进行试验确定药剂用量。
去除氟离子的常用方法有电化学法(电凝聚、电渗析)、·49·第23卷第13期中国给水排水www．watergasheat．corn 混凝沉淀法和离子交换法等。
石灰软化法
石灰软化法使用石灰软化硬水的方法称为石灰软化法，又称石灰纯碱软化法，在硬水中加入消石灰，使水中的镁生成氢氧化镁沉淀，这样，加入碳酸钠使水中的钙生成碳酸钙而沉淀，硬水即变为软水，利用这种方法可使水中钙浓度降低到10~35ppm。
其化学反应式如下：CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaClMgSO4+Na2CO3→MgCO3+Na2CO3MgCO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+Mg(OH)2↓采用石灰软化法处理高硬度含氟地下水，考察了药剂投量、反应时间对处理效果的影响。
结果表明，在CaO和Na2CO3的投量分别为187和106mg／L并反应25min的条件下，再投加10mg／L的聚合氯化铝铁和0．25mg／L的PAM可将出水浊度降至1NUT以下；若要将出水总硬度分别降至400、300、200mg／L，在略高于理论投药量的条件下，需控制搅拌反应时间分别为25、35、50min；水中氟化物可通过与软化过程中生成的Mg（OH）2形成共沉淀而得到有效去除，但由于出水pH值过高，需进行调节。
华东地区某市因地表水污染严重，计划适度开采高储量的地下水作为饮用水水源(开采量约为5．0×10 m ／d)。
取样分析结果表明，该市地下水清澈透明，但水中硬度和氟化物含量不达标，为保证居民饮水安全，需对该地下水进行软化及除氟处理。
降低水中硬度的常用方法有离子交换法、电渗析法及药剂软化法等。
其中离子交换法和电渗析法均存在造价高、运行费用高等缺点；石灰是药剂软化法中最常用的药剂，其价格较低，但如果用量不当，则会造成出水水质稳定性欠佳，给实际操作管理带来麻烦，因此有必要进行试验确定药剂用量。
去除氟离子的常用方法有电化学法(电凝聚、电渗析)、·49·第23卷第13期中国给水排水www．watergasheat．corn 混凝沉淀法和离子交换法等。
水软化预处理
水软化预处理原水中含有过量的结垢阳离子，如Ca、Ba和Sr等，需要进行软化预处理。
软化处理的方法有石灰软化和树脂软化。
1、石灰软化在水中加入熟石灰即氢氧化钙可去除碳酸氢钙，反应式为：Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2→2Ca(CO3)↓＋2H2OMg(HCO3)2 + Ca(OH)2→2Ca(CO3)↓ ＋Mg(OH)2 + 2H2O非碳酸硬度可加入碳酸钠（纯碱）得到进一步降低：CaCl2 + NaCO3→2Na2CO3 + Ca(CO3)↓石灰－纯碱软化处理还可降低二氧化硅的含量，在加入铝酸钠和三氯化铁时会形成碳酸钙以及硅酸、氧化铝和铁的复合物沉淀。
通过加入多孔氧化镁和石灰的混合物，采用60－70℃热石灰脱硅酸工艺，能将硅酸浓度降低到1mg/l以下。
通过石灰软化也可显著去除钡、锶和有机物，但石灰软化处理的问题是需要使用反应器以便在高浓度下形成沉淀晶种，通常要采用上升流固体接触澄清器。
过程出水还需要设置多介质过滤器，并在进入膜单元之前要调节pH。
使用含铁混凝剂，无论是否同时使用聚合物絮凝剂（阴离子型和非离子型），均可提高石灰软化的固液分离效果。
只有大型苦咸水/废水系统（大于200m/小时）才会考虑选择石灰软化工艺。
2、树脂软化、强酸型树脂软化使用钠离子置换除去结垢型阳离子，如Ca、Ba、Sr，树脂交换饱和后用盐水再生。
钠离子软化法在常压锅炉水处理中广泛应用。
这种处理方法的弊端是耗盐量高，增加了运行费用，另外还有废水排放问题。
弱酸型树脂脱碱度主要在大型苦咸水处理系统中采用弱酸阳离子交换树脂脱碱度，脱碱度处理是一种部分软化工艺，可以节约再生剂。
通过弱酸性树脂处理，用氢离子交换除去与碳酸氢根相同当量（暂时硬度）的Ca、Ba和Sr等，这样原水的pH值会降低到4-5。
由于树脂的酸性基团为羧基，当pH达到4.2时，羧基不再解离，离子交换过程也就停止了。
因此，仅能实现部分软化，即与碳酸氢根相结合的结垢阳离子可以被除去。
石灰法软化水
软化水的方法将硬水软化，避免水垢的沉积有很多种方法，经常使用的方法有：1、离子交换法：采用特定的阳离子交换树脂，以钠离子将水中的钙镁离子置换出来，由于钠盐的溶解度很高，所以就避免了随温度的升高而造成水垢生成的情况。
这种方法是目前最常用的标准方式。
主要优点是：效果稳定准确，工艺成熟。
可以将硬度降至0。
采用这种方式的软化水设备一般也叫做"离子交换器"(由于采用的多为钠离子交换树脂，所以也多称为"钠离子交换器"，即软化水设备，或者全自动软水器。
2、石灰法：向水中加入石灰，主要是用于处理大流量的高硬水，只能将硬度降到一定的范围。
3、加药法：向水中加入专用的阻垢剂，可以改变钙镁离子与碳酸根离子结合的特性，从而使水垢不能析出、沉积。
目前工业上可以使用的的阻垢剂很多。
这种方法的特点是：一次性投入较少，适应性广；但水量软大时运行成本偏高，由于加入了化学物质，所以水的应用受到很大限制，一般情况下不能应用于饮用、食品加工、工业生产等方面。
在民用领域中也很少应用。
4、电磁法：采用在水中加上一定的电场或磁场来改变离子的特性，从而改变碳酸钙(碳酸镁)沉积的速度及沉积时的物理特性来阻止硬水垢的形成。
其特点是：设备投资小，安装方便，运行费用低；但是效果不够稳定性，没有统一的衡量标准，而且由于主要功能仅是影响一定范围内的水垢的物理性能，所以处理后的水的使用时间、距离都有一定局限。
多用于商业(如中央空调等)循环冷却水的处理，不能应用于工业生产及锅炉补给水的处理(同时由于该种设备的机理并未得到真正的理论证实)。
5、膜分离法：纳滤膜(NF)及反渗透膜(RO)均可以拦截水中的钙镁离子，从而从根本上降低水的硬度。
这种方法的特点是，效果明显而稳定，处理后的水适用范围广；但是对进水压力有较高要求，设备投资、运行成本都较高。
一般较少用于专门的软化处理。
石灰 纯碱软化法的原理
石灰纯碱软化法的原理
石灰-纯碱软化法是水处理中常用的一种方法，用于软化水中的硬度物质，如钙和镁。
该方法基于石灰（Ca(OH)2）和纯碱（Na2CO3）与水中的硬度离子反应，形成易于沉淀的碳酸钙和碳酸镁的化合物。
此时，沉淀的硬度离子可以通过过滤或沉淀从水中去除，从而软化水。
石灰-纯碱软化法的原理可以概括如下：当石灰和纯碱与水中的硬度离子反应时，会产生碳酸钙和碳酸镁的沉淀。
同时，石灰和纯碱会使水中的碳酸氢根离子转化为碳酸根离子，从而进一步促进碳酸钙和碳酸镁的沉淀。
通过这种方法，水中的硬度物质可以被有效地去除，从而达到软化水的目的。
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石灰-碳酸钠软化技术浅谈
张志军
（青海云天化国际化肥有限公司氮肥产品部，青海湟中，810000）摘要：软化水作为水处理装置的源头，其软化效果为后系统能否正常运行或最终出水指标的控制发挥着重要作用。
石灰-碳酸钠软化法作为国内经济、普遍的软化处理工艺，其控制和软化效果与单纯的石灰软化法相比有较大的差异，本文从工艺、原理、指标等方面作了进一步分析。
关键词: 原理离子含量硬度溶度积成本
1 概述
青海云天化化肥公司原水软化装置于2016年建成投产，其主要工艺流程为：园区管网来水进入首先进入混凝剂投加池，加聚合硫酸铁，通过搅拌机搅拌，经快速混合后进入石灰投加池，然后进入絮凝池，絮凝池中投加碳酸钠和PAM，不断形成矾花。
最后进入沉淀池，矾花下沉，澄清水经斜管分离后送下一工序。
沉降的泥渣部分与进水混合，底部多余的泥渣外送公司渣场。
2 化学原理
（1）、石灰一般用于去除水中的碳酸盐硬度（暂时硬度）：熟石灰配置成石灰乳液后加入，与原水接触后，先与 CO2 反应，然后将水中的暂时硬度去除，反应原理如下：CO2 +Ca(OH)2 →CaCO3↓+ H2O
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 →2CaCO3↓+ 2H2O
Mg(HCO3)2+ Ca(OH)2→MgCO3+CaCO3↓+ 2H2O MgCO3 + Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCO3↓（2）、去除水中永久硬度（非碳酸盐硬度）： CaSO4 +Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4
CaCl2 +Na2CO3 →CaCO3↓+2NaCl
MgSO4 +Na2CO3→MgCO3 +Na2SO4
MgCl2 +Na2CO3 →MgCO3 +2NaCl
在较高 pH值时，MgCO3很快水解：
MgCO3 +H2O→Mg(OH)2↓+CO2↑
碳酸钠也能去除部分暂时硬度：
Ca(HCO3)2+ Na 2CO3→CaCO3↓+ 2NaHCO3 Mg(HCO3 )2 +Na2CO3 →MgCO3 +2NaHCO3
MgCO3 +H2O→Mg(OH)2↓+CO2↑
3 物理原理
在泥渣悬浮层上方按装倾角60度的斜管组件，便原水中的悬浮物，固体物或经投加混凝剂后形成的絮体矾花，在斜管底侧表面积积聚成薄泥层，依靠重力作用滑回泥渣悬
浮层，继而沉入集泥斗，上清液逐渐上升至集水管排出进入下游工序。
泥渣悬浮层则根据离子溶度积规则：Ksp=[A+]m[B-]n
当溶液中
[A+]m•[B-]n>Ksp 有沉淀生成，沉淀完全后，溶液呈饱和状态；
[A+]m•[B-]n=Ksp 无沉淀生成，溶液呈饱和状态；
[A+]m•[B-]n<Ksp 溶液不饱和，尚可溶解少量固体；
4 水中离子的假想分析
软化后的水搅拌反应加热后，溶解度变小，会按一定的规律有先有后分别结合成某些化合物从水中沉淀析出，析出顺序如下：
c(1/2Ca 2+)=2.4 c(1/2Mg2+)=1.2 c(1/2Na+)=1.
2
c(HCO3-)
=1.2
c(1/2SO42-)=1.8 c(Cl-)=1.8
c(1/2Ca (HCO3)2) =1.2 c(1/2
CaSO4)
=1.2
c(1/2
MgSO4)
=0.6
c(1/2
MgCl2)
=0.6
c(Na
Cl)=
1.2
因此，根据以上离子的假想结合，水中
大量的Ca2+和 Mg2+以CaCO3和Mg(OH)2沉淀物
的形式被去除，而剩余离子之间结合成较大
含量的CaSO4、MgSO4、MgCl2和剩余碳酸盐的
结合物Ca(HCO3)2需要加入Na2CO3药剂去除。
5 数据分析
（1）、大石门水库来水指标：
取样时
间
原水（大石门水库）
Ca2+Mg2+总硬度总碱度
2018.
11.2
40.9
mg/l
36.1
mg/l
364.25
mg/l
178.22
mg/l
2018.
11.12
134.2
mg/l
16.1
mg/l
357.98
mg/l
183.59
mg/l
2018.1
1.14
90.5
mg/l
47.8
mg/l
301.79
mg/l
237.07
mg/l
（2）、石灰法软化出水指标：
取样时间软化出水
总硬度总碱度
2018.11.2 201.30mg/l 133.64 mg/l
2018.11.12 156.4 mg/l 67.5 mg/l
2018.11.14 134.20mg/l 55.47mg/l
从去年的几组加样和运行数据分析：
我公司来水的水质硬度在350-400
（mg/l）左右、碱度150-250（mg/l）左右，
且每日水质指标不稳定。
经查阅水处理相关
资料和同行的运行数据得知：石灰软化法总
硬度的去除率在50%左右。
从上表的数据可以得出：总硬度的平均去除
={(364.2-201.3)/364.2+(357.9-156.4)/
357.8+(301.7-134.2)/301.7}/3*100%
=52.1%
所以说我公司石灰软化法已经达到石灰法工艺去除硬度的理论效果。
再从去年后半年软化水出水的总体指标来看，硬度平均在160mg/I,碱度在70mg/l 左右。
查阅相关水处理资料得知石灰软化法去除硬度后：剩余碳酸盐硬度：0.25~0.5mmol/L（25-50mg/l）；剩余碱度：0.8~1.2mmol/L；
硅化合物去除率：30%~35%；有机物去除率：约25%；也就是说软化水还存在160-35=125 mg/l左右的非碳酸盐硬度。
综合以上原理、离子含量和取样数据对比分析可得出结论：若想达到工业软化水的标准【软水硬度：<8度（8*17.9mg/I=143.2 mg/l）】,需投用石灰-碳酸钠软化水工艺。
软化水的剩余硬度可降低0.15~0.2mmol/L （15-20mg/l），根据去年的数据软化水硬度可降低到140 mg/l左右，这个指标完全符合工业软化的标准。
6 运行成本分析
2019年因公司生产需要，原水软化装置预恢复碳酸钠加药系统，现对运行成本及效果作简要分析。
1、根据药剂和动力电消耗计算,设计生产1t软化水成本为0.82元。
2、2018年实际平均进水量400m3/h计算（未加碳酸钠药剂、阳离子PAM），生产1t软化水实际成本为0.29元。
3、2019年以平均进水量400m3/h计，增加碳酸钠和阳离子PAM药剂后，生产1t软化水实际成本为0.75元。
因此原水软化装置连续、稳定运行时，2019年比2018年药品和动力电需增加的成本约为0.46元。
按以上增加成本计算全年因恢复纯碱软化法，将增加生产成本约：133.65万元。
7 石灰-碳酸钠软化工艺对水质的影响
1、石灰软化法出水硬度高、碱度偏低，造成后系统PH 波动大。
碱度低说明软化水中（CO32-、HCO3-、OH-）含量偏低，天然水的PH较稳定（是因为阴阳离子均衡水质较稳定）。
而水的PH主要决定于[H+]和[OH-]的含量，碱度低再次说明与[H+]发生中和反应的物质含量较低。
CO32-离子的引入有利于提高碱度，去除硬度，有利于后系统PH 值的调整。
2、从离子交换的选择性：Fe2+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞NH4+＞Na+＞H+＞Li+来考虑，系统Na+含量的增加，并不影响离子床正常运行。
3、从循环水运行工况来考虑，硬度的降低、碱度的提高有利于浓缩倍数、PH的控制，同时也为公司节水减排做出贡献。
综合所述，石灰-碳酸钠软化与石灰软化法相比药剂成本会有所增加，但水的硬度会降低、碱度会有所提高。
从公司节能减排、后系统运行工况等综合考虑，建议尽早投用石灰-碳酸钠软化工艺，使得我公司水质更
佳，主装置用水设备故障率更低。
参考文献:
1、李道荣水处理剂概论化学工业出版社，
2005
2、何铁林国外循环冷却水处理技术进展[J].
工业水处理，1992，12（4）：3-5
3、陆柱，陈中兴等编著. 水处理技术[M]. 华
东理工大学出版社，2006.42-152
4、工业水处理,2002,22(3):5-8.[4] 周本省.
工业水处理技术北京。