A essência do amaciamento da cal é reduzir a dureza da água adicionando cal, que reage quimicamente com a dureza temporária e permanente da água para formar precipitados insolúveis de carbonato de cálcio e hidróxido de magnésio.
As principais reações químicas constituem a base para a estimativa:
1. Remoção da dureza carbonática (reação com CO₂ e Ca(HCO₃)₂):
CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O
Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
2. Remoção da dureza do magnésio (reação com Mg(HCO₃)₂ e Mg²⁺):
Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + Mg(OH)₂↓ + 2H₂O
Mg²⁺ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + Ca²⁺ (Esta reação introduz uma quantidade equimolar de íons de cálcio)
3. Adição excessiva: Cal adicional é necessária para fornecer OH⁻, que reage com HCO₃⁻ para produzir CO₃²⁻, e para manter o pH acima de 10,3 para garantir a precipitação completa de Mg(OH)₂.
Dada a dureza total (TH), a dureza do cálcio (Ca-H), a dureza do magnésio (Mg-H) e a basicidade total (TA), a quantidade de cal a ser adicionada (com base em CaO 100% puro) pode ser dividida nas seguintes partes:
1. Cal necessária para neutralizar o CO₂ livre (L₁):
Razão estequiométrica: 1 mol CO₂: 1 mol CaO
L₁=[CO₂] (As unidades são consistentes; se todas forem expressas como CaCO₃ mg/L, os valores são iguais.)
2. Cal necessária para remover a dureza carbonática (L₂):
Esta parte aborda a dureza correspondente à basicidade. Razão estequiométrica: 2 mol HCO₃⁻ (ou seja, 1 mol Ca(HCO₃)₂): 1 mol CaO
L₂=[TA] (Como ambos são calculados como CaCO₃, a massa molar é numericamente igual após a conversão.)
Dispositivo de dosagem de carbono ativado para amolecimento de carbonato de sódio de cal-* - Proteção ambiental on-line
3. Quantidade de cal (L₃) necessária para remover a dureza do magnésio:
A precipitação de magnésio requer duas partes de OH⁻, e uma quantidade equivalente de íons de cálcio entra na água após a reação. Razão estequiométrica: 1 mol Mg²⁺: 2 mol CaO
L₃=2 × [Mg - H] (Assumindo CaCO₃, o coeficiente de proporção de massa é (56/100) × 2 ≈ 1,12, mas é mais comumente calculado diretamente usando relações molares, ou seja, dobrando o valor. Aqui, [Mg - H] refere-se à porção de dureza de magnésio que precisa ser removida, ou seja, a dureza de magnésio da água original menos o alvo dureza residual permitida de magnésio.
4. Dosagem excessiva de cal (L₄):
Para garantir a reação completa, especialmente a precipitação do magnésio, geralmente é necessário manter um pH de 10-11, o que requer a adição de excesso de cal. O valor do excesso é geralmente estimado empiricamente em aproximadamente 25~50 mg/L (como CaCO₃). Para uma suavização mais avançada, o valor do excesso pode ser maior.
5. Dosagem teórica de cal (com base em 100%) (com base em CaO):
L_teórico=L₁ + L₂ + L₃ + L₄=[CO₂] + [TA] + 2 × [Mg-H a ser removido] + Valor em excesso
A cal comercial (cal virgem ou cal apagada) não é 100% pura. Dosagem real (kg/m³ ou g/L)=L_teórica / Pureza da cal comercial (%)
Por exemplo, se L_teórico for 200 mg/L CaO e for usada cal virgem comercial com 85% de pureza, então a dosagem real=200/0,85 ≈ 235 mg/L.