石灰软化法

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1、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1035ppm。其化学反应式如下：CaSO4+Na2CO3CaCO3J+Na2SO4 CaC12+Na2CO3CaCO3J+2NaClMgSO4+Na2CO3MgCO3+Na2CO3 MgCO3+Ca(OH)2CaCO3J+Mg(OH)2J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 /

2、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. 0x10 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

3、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。 。目前，国内外对去除水中氟离子的研究多集中在 去除废水中高浓度氟离子方面，而对水中低含量氟离子去除的报道却较少。针对该市地下水硬度高、含氟量 较低及取水量大等特

4、点，笔者采用石灰软化絮凝法处理该地下石灰软化法处理饮用水硬度试验一、概 述随着北京市经济的快速发展和人民生活水平的提高，对水质的要求日益强烈。近年来地下水大量开采， 加之环境污染，引起地下水水质恶化，有些已严重威胁了水源厂的供水安全。北京市高硬度地下水主要分布 在城近郊区和较大居民点附近，以及污水、垃圾集中地区；浅层水硬度大于深层水硬度（个别点除外）；污 水灌溉地区地下水硬度大于清水灌溉地区。在 169 眼水质监测井中， 1999 年总硬度的检出含量在 117.6-1070.9mg/L之间，其中检出值大于450mg/L的井有78眼，占检测井总数的46.15%。根据国家地下 水质量标准GB/T1

5、4848-93,地下水总硬度共分五类，地下水中总硬度超标井（W类、V类）数边6.15%, 而总硬度含量较低的井（I类、II类）仅占26.63%。1999年城近郊区地下水总硬度分布图见附件。近期从 水质化验中发现某厂有45 口井出水硬度超过国家规定的生活饮用水水质标准450mg/l（以CaC03计），其中 23 口井的硬度超过500mg/l，有九口井的硬度超过550mg/l，其中最高硬度达到617mg/l。超标水水量为26.5 万吨，占总水量的66.35%,为保证全厂出水硬度符合国家标准，已停用8 口硬度在550mg/l以上的井，减少水源能 力 4.327 万吨/日.根据近年来水质检测结果,水源

6、井硬度始终居高不下,而且呈逐年上升的趋势,其结果必然导 致水源及配水能力的减少，对北京市的发展及人民生活的提高产生不利的影响，因此，作为北京市城市供水 的重要水源-地下水，其水质的好坏直接影响到市民的身体健康和城市发展。可见寻求经济可行的饮用水去 除硬度技术已成为当务之急。硬水软化方法主要有离子交换法、药剂软化法和膜分离法。目前就某厂地下水 进行了石灰软化法处理饮用水硬度试验，同时将要开展纳滤膜处理饮用水硬度试验，比较二者优缺点，为解 决地下水硬度问题提出可行性方案。本文根据石灰软化法处理饮用水硬度试验，作一总结，提出可行性的石 灰软化工艺流程。二、原理及试验工艺流程药剂软化是通过投加化学药剂

7、以提高pH值，使Ca2+和Mg2+分别以CaCO3和Mg （OH） 2的形式在水 中沉析出来。水的药剂软化工艺过程，就是根据溶度积原理，按需要投加化学药剂于原水中，使之与水中钙、 镁离子反应生成沉淀物如CaCO3和Mg （OH） 2,常用的药剂软化法为石灰法、石灰-纯碱法与石灰-石膏法， 本试验采用石灰法。软化设备采用锥型反应器，锥型反应器的结构为图1 所示：锥型反应器是把软化所需要的混合、反应和沉淀三种作用综合在一个设备内，原水和石灰乳都从锥底 沿切线方向进入反应器，使水和石灰乳混合，水流以螺旋式上升，通过一层悬浮的渣层，软化反应产生的碳 酸钙结晶在这些颗粒的表面，使水得到软化。由于碳酸钙的

8、结晶，颗粒逐渐增大，以致不能悬浮而下沉后， 通过排泥口把下沉颗粒排掉。从小试试验结果表明，软化水量为3.5m3/h，石灰投加量为400 mg/l （以商品计）时，软化和过滤对硬 度和碱度的去除效果较好，在小试期间，硬度基本可降至250-300 mg/l 范围内，碱度可降至 70 mg/l 左右， 软化水出水浊度平均为150NTU，经过滤池后浊度平均为0.5NTU左右，pH值在10.3左右，滤柱的反冲周 期在 30 小时以上。石灰软化法对总硬度的去除效果是令人满意的，去除率基本上可以保持在40-50%之间，在小试的基础上进行了中试试验，第一阶段中试试验是在小试的基础上增加了回流池，其主要目的是把

9、 滤罐反冲洗水排到回流池，再通过回流泵打入锥形反应器内，重结晶和沉淀，最后由锥型反应器的排泥口排 出。中试试验第一阶段工艺流程如下图 2 所示：團2中试试验第一阶段工艺流程第一阶段中试试验的运转状况来看，锥形反应器对硬度的去除效果是令人满意的，去除率基本上可以保 持在40-50%之间，但出水浊度不稳定，颗粒细小，沉降性能较差，增加了滤罐的负荷，导致滤罐运行稳定 性较差，主要反映在出水浊度突然增高，运行周期短，反冲洗时间不宜掌握，回流池的回流水量不易控制。 基于以上现象，增加沉淀池，降低滤罐进水浊度，增加滤罐运行周期，才能保证出水浊度达到国家饮用水水 质标准。为了解决中试试验所出现的问题，为处理

10、高硬度水质问题提供切实可行的依据，在此基础上针对某井进 行硬水软化处理（硬度为530mg/L，碱度为320 mg/L）第二阶段中试试验。第二阶段试验工艺流程如下图3 所示。图3水质软化工艺流程图设备参数：1. 水泵：流量140m3/h。2. 锥形反应器：底口直径0.8m、高6.8m、锥角30。、停留时间16.6分钟。3. 过滤：采用4个2400滤罐，双层滤料分别为均质无烟煤和石英砂，高度均为0.4m,滤料粒径无 烟煤为0.95mm,石英砂为0.7-0.9mm、滤速为4.69-4.97m/h。4. 清水池：平面尺寸8x6m、深3.5m、有效水深3.5m、有效容积120m3、池内设配水泵一台、单台

11、水 量145 m3/h、反冲水泵一台、单台水量200 m3/h、反冲强度为12L/m2.s。此外还设有液位计一台。5. 回流池：过滤罐反冲水进入回流池，池内设回流泵一台，平面尺寸5x4m、有效水深2.5m、有效容 积 50 m3.6. 加药池：共设2个，单个平面尺寸3x3m、深3.2m、有效水深2.5m、有效容积22.5m3、总容积45m3、每池药液可用2-3天、每个池内设有搅拌机一台、超声波液位计一台、加药池设加药泵一台、变频控制、供 药药泵一台、人工调节。7. 沉淀池：沉淀池面积11.9m2、斜板长度lm、沉淀区高1.2m、清水区高度1.03m、上升流速3mm/s。8. 控制室：建筑面积2

12、0m2、内设配电和自控设备三、工艺参数1、处理水量140m3/h2、石灰乳浓度（以CaO计）10%3、石灰注入量400mg/l4、聚合氯化铝絮凝剂投加量（以原液计）8-20L/ h、密度1.25 在本试验中，水质分析项目及其分析方法为：1、总硬度：EDTA-络合滴定法；2、总碱度：采用甲基红-亚甲基蓝指示剂、H2SO4滴定法；3、pH： 采用pH计测定法；4、浊度：采用浊度仪测定法四、试验结果与分析1. 对硬度的去除效果对硬度的去除效果曲线如图4所示：因4进出朮碾侵变佐甜浅从图4中可知，整个试验过程中，对硬度的去除效果比较稳定，原水硬度平均为530 mg/L，出水硬度基 本上保持在230-32

13、0mg/L范围内。就被处理的井来看，水质、水量比较稳定，因此软化水的硬度稳定性主要 取决于加药量的变化。石灰乳投加量直接影响pH值的变化，图5为软化水pH值与硬度的关系曲线。图5中显示，当pH值在8.5左右时，总硬度处理到320mg/L，随着pH值逐渐增大，总硬度逐渐下降, 当pH为10.3时，硬度下降到最低值。由于被处理的井为水源井，处理后的水经过清水池混合后送出，pH 的提高不会对出厂水产生重大影响。2. 浊度的变化状况1）混凝沉淀池单元（1）对浊度的去除效果软化产生的沉淀物比较细小，沉降速度慢。因此投加混凝剂以形成较大的颗粒，通过沉淀池进行沉淀, 降低滤池的进水浊度。图6中所示锥型反应器

14、和混凝沉淀池出水浊度随加药量的变化情况。5003S 3S 50506767355114143143250200田E退耀況淀池对迪度的老廉軀果5J1-O魅型反应强出水浊恵混粧飯淀池出水迪度从图中可知，锥形反应器出水浊度基本大于200NTU,其一部分来自回流池的反冲洗水，另一部分为软 化反应生成的细小碳酸钙和氢氧化镁颗粒。当随着加药量（聚合氯化铝以原液计）的增加，混凝沉淀池的浊度 逐渐下降，加药量为38mg/L时，出水浊度为60-90NTU；加药量为50-67mg/L，出水浊度为40-50NTU；加 药量为93-143mg/L，出水浊度为10-30NTU。（2）沉淀池排泥沉淀池的排泥是运行的重要问

15、题，关系到整个工艺是否能正常运行，若排泥不正常，增加操作的困难， 影响出水水质。本试验采用斗底排泥，在斗底部设置闸门，利用净水压排泥。从沉淀池排泥次数来看，排泥 时间依据沉淀池上清液出现高浊的情况而定。运行初期沉淀池排泥一天一次，试验中期8小时一次，试验后 期需连续排泥，才能保持沉淀池正常运行。这种情况主要由于长时间运行，造成底部污泥压实，不宜排放， 泥斗体积缩小；另外由于回流池回流水浊度过高，造成沉淀泥渣过多。2）工艺各单元出水浊度的变化国T卷单元出水浊度啜化曲歩1混展況谴池仝水迪度一遛池虫水迪度迴担连田5 5 5 5 55 A- 4 221山05 Q 54 4 3迴痪雀出堡図图7锥形反应器出水浊度为200NTU以上时，混凝沉淀池、滤罐出水浊度的变化曲线。对于现有工艺设备，从图7试验结果表明锥型反应器出水浊度大于200NTU时，当加药量为50-143mg/L, 沉淀池出水浊度为10-45NTU，滤罐出水浊度基本上保持在0.5NTU以下。图8为未设置混凝沉淀滤后水和 增加混凝沉淀滤后水浊度的变化曲线。204080100 120團m趨后宙朮浊度喽化曲浅5 4 3 2160时间E耒加混飪況谴施僱少水櫓加混麻況澆渥躍4水从图8中可知，增加混凝沉淀后滤罐出水浊度稳定，基本保持在0.5NTU以下，而未设置混凝沉淀滤后 水浊度不太稳定，变化比较明显。田9