石灰在水处理混凝中的处理效果/巩义泰和水处理材料有限公司

石灰处理通常也称石灰软化处理，主要用于去除水中钙、镁硬度成分，同时也可降低水的碱度。石灰处理的最突出优点是成本较低，因此石灰处理目前仍有应用价值。
石灰处理原理
石灰是CaO的工业产品，它溶于水生成的Ca(OH)2称为消石灰，所以石灰处理便是在水中添加消石灰。
当投加石灰时，由于水中OH-的量增多，CO2和HCO3-都会转化成CO23-，从而产生CaCO3等沉淀。
CO2+Ca(OH)2→CaCO3↓+H2O
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→2CaCO3↓+2H2O
Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2→2CaCO3↓+Mg(OH)2↓+2H2O
｛Mg(HCO3)2+Ca(OH)2→CaCO3↓+MgCO3+2H2O MgCO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+Mg(OH)2↓｝2NaHCO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+Na2CO3+2H2O
MgSO4+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCl2
MgCl2+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaSO4
由上述反应公式可知，石灰软化处理只能将钙、镁的重碳酸盐硬度去除，而非碳酸盐硬度是无法用石灰软化处理去除的。所以石灰软化处理的作用，主要是除去水中的钙、镁的重碳酸盐。处理的结果是水中的碱度和硬度都有所下降。
经石灰处理后，水中的残留碳酸盐硬度，往往大于理论量，其原因是石灰处理过程中形成的沉淀物不能完全沉淀。众所周知，难溶化合物的沉淀析出实际上包括两个过程，即沉淀物形成和沉淀物颗粒长大。单独的CaCO3或Mg(OH)2颗粒的沉降往往不理想，因为Mg(OH)2易于形成密度较小的絮凝颗粒，CaCO3虽然密度较Mg(OH)2大，但它易于形成细小的颗粒。即使沉淀颗粒全部沉淀出，过饱和的CaCO3和Mg(OH)2也会使出水浊度升高，残留硬度及碱度较大。
为了提高石灰处理效果，除投加必需的石灰剂量保证上述各反应式进行外，还应组织好难溶化合物的沉淀过程。因此，在水处理工艺中，常采用以下两种措施：一是利用先前析出的沉淀物(泥渣)作为接触介质加快沉淀物的长大；二是在石灰处理的同时，进行聚合氯化铝铁混凝处理。
石灰处理与聚合氯化铝铁处理同时进行的优点在于，混凝处理可以除去沉淀过程中有害的某些物质和混凝过程中形成的絮凝体会吸附石灰处理所形成的胶体颗粒，共同沉淀，这样既保证除去水中钙、镁碳酸盐硬度，又提高了去除悬浮物和胶体杂质的效果。由于石灰处理时水的pH较高，石灰-混凝处理中所用混凝剂通常为铁盐聚合氯化铝铁。
水处理用石灰用量计算
在石灰沉淀软化处理中实际发生的反应比较复杂，所以加药量无法精确估算。但是对它可以进行近似估算，当然实际运行中，加药量应通过调整试验或由运行经脸来确定。
石灰加药量的估算方法有化学计量法和图算法等多种，这里仅介绍化学计量法。
化学计量法是根据处理过程中发生的主要化学反应进行估算。在实际应用中，石灰处理主要有两种不同的目的，所以加药量应根据不同的目的采用不同的估算法。
若石灰处理的目的是为了去除水中钙、镁碳酸盐硬度，则加药量的估算公式为
Dcao=[CO2]+[Ca(HCO3)2]+2[Mg(HCO3)2]+[NaHCO3或MgCl2]+a
式中：Dcao--石灰加药量，mmol/L；
a--过剩石灰量，0.1-0.3mmol/L。
此时出水的氢氧根碱度为0.05--0.2mmol/L，出水pH9.6--10.4，称氢氧根规范运行。
若石灰处理的目的是去除水中钙的碳酸盐硬度，如原水中本来没有Mg(HCO3)2，或工艺上只要求去除Ca(HCO3)2，则加药量的估算公式为Dcao=[CO2]+[Ca(HCO3)2]
式中符号同上所述，此时因为不要求有Mg(OH)2析出，所以在计算中无需考虑原水的过剩碱度和石灰过剩量。
此时出水中仍保持0.05--0.2mmol/L HCO3-，出水pH约9.5，称重碳酸盐规范运行。
如果石灰处理与混凝处理同时进行，则混凝剂水解反应会消耗石灰，需增加石灰加药量，此时石灰加药量除与混凝剂加入量有关外，还与混凝剂加入时间有关，其估算法稍复杂些，这可以结合具体水质并通过具体反应式来求解。
例2-5原水分析结果为[CO2]=1lmg/L，[Ca2+]=2.0mmol/L，[Mg2+]=0.8mmol/L，[HCO3-]=3.Ommol/L，混凝剂聚合氯化铝铁的加药量[FeCl3]=0.4mmol/L。
混凝剂在石灰之前投加，试计算用石灰降低钙、镁碳酸盐硬度的加药量。
解：先按聚合氯化铝铁的水解反应算出加混凝剂后的中间水质，然后再按此水质计算石灰的加药量。
聚合氯化铝铁混凝剂铁盐与原水中HCO3-发生的反应(水解反应)如下：
FeCl3+3H2O→Fe(OH)3+3HCl
3HCl+3HCO3-→3CO2+3H2O

石灰的水处理设备
石灰处理系统包括石灰乳或石灰溶液的制备和投加装置、澄清池和快滤池等设备。石灰溶液指Ca(OH)2的饱和溶液，投加计量比石灰乳准确，但由于石灰在水中溶解度低，溶液浓度低，所以只适用于石灰用量小的场合。石灰配制和投加的方法与混凝剂相比，有以下几个特点：①石灰的溶解配制比混凝剂困难；②石灰用量比混凝剂大得多，并容易产生堵塞管道，排渣困难等一系列问题；③石灰处理工作环境差，劳动强度大。为减少这些不利因素影响，目前有人用石灰粉(生、熟)，石灰粉具有杂质少，纯度高，可提高处理效率并减少堵塞。图2-38是常用的石灰软化处理系统，所用的石灰乳CaO浓度为10%-20%。
水的石灰处理可以在沉淀池中进行，也可以在机械搅拌澄清池中进行，个别场合还可以在水力循环澄清池内进行。除此之外，还有一种专门用于水石灰处理的设备，称为螺旋流反应器(或涡流反应器)，如图2-39所示。其工作过程类似于澄清池，反应器内有一层悬浮的填料。这种反应器可以设计成叠加式或压力式。原水和石灰乳都从锥底沿切线方向进入，两个进口的方向要尽坡使进水形成一个最大的力偶，使水和药剂混合后，水流以螺旋式上升，通过一层作为结晶核心的悬浮的粉砂或大理石粉粒填料层，软化反应产生的CaCO3就会很快被吸附在这些颗粒的表面，使出水得到软化，当填料颗粒由于吸附CaCO3逐渐长大到不能悬浮而下沉后，把下沉的颗粒排掉，同时再补充一些新颗粒。涡流反应器不需要投加结晶核心，可以依靠自身产生的CaCO3微粒作为结晶核心，逐渐长大成球形CaCO3颗粒，悬浮、下沉、排除。螺旋流反应器的工艺设计参数见表2-11。
水处理石灰设备

表2-11 螺旋流反应器的工艺设计参数
进水管流速	3-5m/s	停留时间	10-15min
锥角	20°-30°	填料粒度	0.2-0.3mm
锥角处上升流速	0.8-1.0m/s	填料容积	20-40L/m3
出水管处上升流速	4-6mm/s