O amolecimento químico é um processo que envolve a adição de produtos químicos específicos à água para converter íons de cálcio e magnésio endurecidos em compostos insolúveis, que são então removidos por precipitação e filtração. Esta é uma tecnologia clássica e eficaz de remoção de endurecimento.
I. Mudança de precipitação-Equilíbrio de dissolução
A base teórica deste método é o princípio do produto de solubilidade. Ou seja, ao adicionar produtos químicos à água, a concentração de ânions que podem formar precipitados insolúveis com íons cálcio e magnésio (como CO3^2-, OH-, PO4^3-, etc.) é aumentada, fazendo com que o produto iônico exceda sua constante de produto de solubilidade, gerando assim precipitação.
As principais reações de precipitação incluem:
1. Remoção da dureza carbonática:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O
A cal fornece íons OH- para converter íons bicarbonato em íons carbonato e aumenta o pH para formar precipitado de hidróxido de magnésio.
2. Remoção de dureza não-carbonatada (cálcio):
CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl
O carbonato de sódio fornece íons CO3^2-, que se combinam com íons de cálcio para formar precipitado de carbonato de cálcio.
3. Remoção de dureza não-carbonatada (magnésio):
MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaSO4
O CaSO4 gerado ainda precisa ser removido pelo carbonato de sódio. A cal é usada para fornecer íons OH- para formar um precipitado de hidróxido de magnésio com um produto de solubilidade menor.
II. Reagentes químicos comumente usados e suas funções
1. Cal: Seu principal componente é o Ca(OH)2.
Remove a dureza do carbonato (incluindo a dureza do carbonato de cálcio e magnésio) e fornece um ambiente de pH alto. A dosagem precisa ser calculada com precisão; a adição excessiva não é apenas um desperdício, mas também pode levar à redissolução do íon magnésio ou introduzir nova dureza.
2. Carbonato de Sódio: Seu principal componente é o Na2CO3.
Remove a dureza não-carbonatada (dureza do cálcio) da água. Dissolve-se na própria água sem introduzir novos íons de dureza, mas introduz Na+, tendo um impacto relativamente pequeno na qualidade da água.
3. Hidróxido de sódio: NaOH.
Às vezes usado como substituto parcial da cal, fornecendo íons OH-, tornando a operação mais simples, porém mais cara. A reação é semelhante à da cal.
4. Fosfatos: Como tripolifosfato de sódio, hexametafosfato de sódio, etc.
Este método não é um método de precipitação tradicional, mas evita a formação de incrustações através da geração de colóides dispersos ou da complexação de íons de cálcio e magnésio. É um “método oculto” ou “efeito limiar”, frequentemente utilizado para tratamento auxiliar ou em situações de baixa necessidade.
III. Fluxo de processo clássico: Método-de carbonato de sódio com cal
Este é o processo de amaciamento químico mais representativo e seu fluxo é o seguinte:
1. Tanque de reação/tanque de amolecimento:
A água bruta entra primeiro no tanque de reação, onde a pasta de cal e a solução de carbonato de sódio são adicionadas de acordo com a dosagem calculada. O tanque está equipado com um dispositivo de agitação mecânica para garantir a mistura e reação completa dos reagentes e para fornecer tempo e condições suficientes para a formação de precipitados.
Todas as principais reações químicas mencionadas acima são concluídas aqui, gerando uma grande quantidade de precipitados floculentos de CaCO3 e Mg(OH)2.
2. Tanque de sedimentação/tanque de clarificação:
A água reagida flui para o tanque de sedimentação, onde a vazão diminui. Como o CaCO3 é um precipitado pesado, ele se deposita rapidamente e naturalmente; embora o Mg(OH)2 seja um precipitado leve e floculento, ele sedimenta mais lentamente. Floculantes (como PAM) são normalmente adicionados para promover o crescimento de flocos e acelerar a sedimentação. A parte superior clarificada segue para a próxima etapa, enquanto o lodo inferior é removido periodicamente.
3. Tanque de filtragem:
A água após a sedimentação ainda pode conter pequenas partículas suspensas, exigindo filtração precisa por meio de um filtro-multimídia (como antracite ou areia de sílica) para remover sedimentos finos residuais e garantir que a turbidez do efluente atenda aos padrões.
4. Tanque de ajuste de pH:
A água tratada com cal tem um pH muito elevado (geralmente acima de 10), tornando-a corrosiva e inadequada para uso ou descarte posterior.
Portanto, ácido (como ácido sulfúrico ou ácido clorídrico) ou CO2 deve ser adicionado após a filtração para neutralizar o pH e trazê-lo de volta a uma faixa neutra (por exemplo, 6,5-8,5). O método de introdução de CO2, também conhecido como “recarbonatação”, também pode converter pequenas quantidades de íons de cálcio dissolvidos em carbonato de cálcio para posterior remoção.
4. Características Técnicas
Vantagens:
1. Resultados significativos e confiáveis: A tecnologia está madura e pode reduzir a dureza a um nível baixo (a dureza residual pode atingir 0,5-1,0 mmol/L).
2. Remoção simultânea de outras impurezas: No processo de remoção da dureza, também pode reduzir efetivamente a alcalinidade, o teor de silício, alguns metais pesados e sólidos suspensos na água.
3. Baixo custo de tratamento: Os reagentes utilizados (cal, carbonato de sódio) estão amplamente disponíveis e são relativamente baratos.
Desvantagens e Limitações:
1. Grande Produção de Lodo: Gera uma grande quantidade de lodo químico (composto principalmente por carbonato de cálcio e hidróxido de magnésio), e o tratamento e descarte desse lodo aumentará os custos adicionais e a pressão ambiental.
2. Operação e gerenciamento complexos: A dosagem dos reagentes precisa ser calculada com precisão e ajustada de acordo com as alterações na qualidade da água bruta, exigindo operadores altamente qualificados.
3. Qualidade limitada do efluente: É difícil atingir os requisitos de dureza extremamente baixos do amolecimento profundo (por exemplo,<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.
4. Grande área ocupada: O equipamento requer uma série de estruturas, como instalações de reação, sedimentação e filtração, resultando em alto investimento em infraestrutura.