فرآیندهای نرم سازی آب

فرآیندهای نرم سازی به منظور کاهش سختی آب به کار می روند. با استفاده از مواد شیمیایی، سختی آب تحت واکنش های شیمیایی قرار می گیرد و رسوب می نماید. که در نتیجه سختی آب کاهش می یابد.

سختی آب به دلیل وجود کربنات ها، سولفات ها، کلریدها و نیترات های فلزات کلسیم، منیزیم، آهن و آلومینیوم است. از آنجایی که سه فلز آهن، منگنز و آلومینیوم به مقدار کم در آب وجود دارد، قسمت عمده سختی آب مربوط به یون های کلسیم و منیزیم است. میزان سختی آب های خام تا حد زیادی به شرایط زمینی که آب در آن جاری است، بستگی دارد و به همین دلیل مقدار یون ها در آب های سطحی و زیرزمینی متفاوت است. سختی آب به صورت سختی دائم یا غیر کربناتی و سختی موقت یا کربناتی بیان می شود.

افزایش بازده فرایند نرم سازی

pH  محیط یکی از عامل های موثر در فرایند نرم سازی است. طبق نتایج به دست آمده بهترین pH برای آهک زنی 10 الی 10.5 است. در ضمن افزایش قلیائیت کربناتی سبب کاهش حلالیت کلسیم کربنات می شود. چنانچه pH در حوضچه آهک زنی حدود 10.5 باشد، سختی منیزیمی به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد و Mg(OH)2 به عنوان یک ماده منعقد کننده عمل می کند. در pH های کمتر از 10 لازم است یک ماده منعقد کننده مورد استفاده قرار گیرد. مقدار بهینه آب آهک و سودا بستگی به قلیائیت های (M) و (P) و همچنین سختی آب دارد و قابل محاسبه است. علاوه بر  pH، وجود لجن در محیط به دلیل در اختیار قرار دادن هسته اولیه بلور باعث بالا رفتن راندمان آهک زنی می شود.

حذف سختی موقت

استفاده از آب آهک روش عمومی برای کاهش سختی موقت آب است. آب آهک (کلسیم هیدروکسید) با کلسیم بی کربنات و منیزیم بی کربنات واکنش می دهد و رسوب کلسیم کربنات و منیزیم هیدروکسید تولید می کند. واکنش های اصلی به صورت زیر است:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O                pH=10 _ 10.5

Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + 2CaCO3↓ + 2H2O

با توجه به واکنش های بالا، آب آهک لازم برای کاهش سختی منیزیمی دو برابر مقدار آب آهک لازم برای کاهش سختی کلسیم است. در مرحله اول کلسیم هیدروکسید با منیزیم بی کربنات، تولید منیزیم کربنات می کند و در مرحله بعد منیزیم کربنات همراه با کلسیم هیدروکسید تولید رسوب منیزیم هیدروکسید می کند.

Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → MgCO3↓ + CACO3↓ +2H2O 

 Ksp[MgCO3]=2.6×10-5

MgCO3 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaCO3↓   

 Ksp[Mg(OH)2]=4.0×10-14

لذا مشخص است که حلالیت هیدروکسید منیزیم کمتر است.

گاز کربنیک (CO2) موجود در آب با آهک واکنش داده و مقداری از آن حذف می شود.

فرایندهای نرم سازی آب به شیوه ته نشینی

CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2

در صورتی که مقدار CO2 از 20ppm  بیشتر باشد در ابتدا با دمیدن هوا مقدار آن کاهش داده می شود و سپس باقیمانده با آب آهک حذف می گردد.

CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O

حذف سختی دائم

برای کاهش سختی غیر کربناتی آب از آهک/سودا (Na2CO3) استفاده می شود. در سختی موقت با اضافه کردن یک ماده قلیائی مثلا آهک و یا سود، بی کربنات موجود در محیط به کربنات تبدیل می شود و کربنات تولید شده، باعث رسوب کردن کلسیم و کاهش سختی کلسیمی می شود. همان گونه که مشخص است با اضافه نمودن سدیم کربنات، یون کربنات وارد آب گردیده و سپس کلسیم کربنات تولید می گردد.

CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4

MgCl2 + Ca(OH)2 + Na2CO3 → Mg(OH)2↓ + CaCO3↓ + 2NaCl

MgSO4 + Na2CO3 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaCO3↓ + Na2SO4

روش دیگر در نرم سازی آب، استفاده از سود سوز آور است که در موارد خاص به کار می رود. برتری استفاده از سود سوز آور این است که با کلسیم بی کربنات تولید سدیم کربنات می کند که خود این ماده در حذف سختی دائم موثر است.

Ca(HCO3)2 + 2NaOH → CaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2O

آب از لحاظ بار الکتریکی خنثی است. لذا مجموع اکی والان گرم آنیون ها با اکی والان گرم کاتیون ها برابرند. تعیین مقادیر آنیون ها و کاتیون های درون آب با انجام آزمایش های تجزیه برای هر کدام از یون ها به صورت جداگانه انجام می پذیرد. در مورد سه آنیون کربنات، بی کربنات و هیدروکسیل می توان مقادیر آن ها را با استفاده از نتایج آزمایش های قلیائیت نسبت به فنل فتالئین و قلیائیت نسبت به متیل اورنژ به دست آورد.