Kimyasal yumuşatma, sertleşen kalsiyum ve magnezyum iyonlarını çözünmeyen bileşiklere dönüştürmek için suya belirli kimyasalların eklenmesini içeren ve daha sonra çökeltme ve filtreleme yoluyla uzaklaştırılan bir işlemdir. Bu klasik ve etkili bir sertleşme giderme teknolojisidir.
I. Yağış Değişimi-Çözünme Dengesi
Bu yöntemin teorik temeli çözünürlük çarpımı ilkesidir. Yani, suya kimyasallar eklenerek, kalsiyum ve magnezyum iyonları ile çözünmeyen çökeltiler oluşturabilen anyonların (CO3^2-, OH-, PO4^3- vb. gibi) konsantrasyonu arttırılır, bu da iyon ürününün çözünürlük ürün sabitini aşmasına neden olur ve böylece çökelti oluşur.
Ana çökelme reaksiyonları şunları içerir:
1. Karbonat sertliğinin giderilmesi:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O
Kireç, bikarbonat iyonlarını karbonat iyonlarına dönüştürmek için OH- iyonları sağlar ve magnezyum hidroksit çökeltisi oluşturmak için pH'ı yükseltir.
2. Karbonat olmayan sertliğin (kalsiyum)- çıkarılması:
CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl
Soda külü, kalsiyum karbonat çökeltisini oluşturmak üzere kalsiyum iyonlarıyla birleşen CO3^2- iyonlarını sağlar.
3. Karbonat olmayan sertliğin (magnezyum)- çıkarılması:
MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaSO4
Üretilen CaSO4'ün soda külü ile daha da uzaklaştırılması gerekmektedir. Kireç, daha küçük bir çözünürlük ürünüyle magnezyum hidroksit çökeltisi oluşturmak üzere OH- iyonlarını sağlamak için kullanılır.
II. Yaygın Olarak Kullanılan Kimyasal Reaktifler ve Fonksiyonları
1. Kireç: Ana bileşeni Ca(OH)2'dir.
Karbonat sertliğini (kalsiyum ve magnezyum karbonat sertliği dahil) ortadan kaldırır ve yüksek pH'lı bir ortam sağlar. Dozajın kesin olarak hesaplanması gerekir; aşırı ekleme sadece israf olmakla kalmaz, aynı zamanda magnezyum iyonunun yeniden çözünmesine veya yeni sertliğin ortaya çıkmasına da yol açabilir.
2. Soda Külü: Ana bileşeni Na2CO3'tür.
Sudan-karbonat olmayan sertliği (kalsiyum sertliği) giderir. Yeni sertlik iyonları getirmeden suda çözünür, bunun yerine Na+ katar ve su kalitesi üzerinde nispeten küçük bir etkiye sahiptir.
3. Sodyum Hidroksit: NaOH.
Bazen kirecin kısmi bir ikamesi olarak kullanılır, OH- iyonları sağlar, işlemi daha basit ama daha pahalı hale getirir. Reaksiyon kirecinkine benzer.
4. Fosfatlar: Sodyum tripolifosfat, sodyum heksametafosfat vb.
Bu yöntem geleneksel bir çökeltme yöntemi değildir, daha ziyade dağılmış kolloidler oluşturarak veya kalsiyum ve magnezyum iyonlarını kompleksleştirerek kireç oluşumunu önler. Genellikle yardımcı tedavi için veya gereksinimin düşük olduğu durumlarda kullanılan "gizli yöntem" veya "eşik etkisi"dir.
III. Klasik Proses Akışı: Kireç-Soda Külü Yöntemi
Bu, en temsili kimyasal yumuşatma işlemidir ve akışı aşağıdaki gibidir:
1. Reaksiyon Tankı/Yumuşatma Tankı:
Ham su önce reaksiyon tankına girer; burada hesaplanan dozaja göre kireç bulamacı ve soda külü çözeltisi eklenir. Tank, reaktiflerin iyice karıştırılmasını ve reaksiyona girmesini sağlamak ve çökelti oluşumu için yeterli zaman ve koşulları sağlamak için mekanik bir karıştırma cihazıyla donatılmıştır.
Yukarıda bahsedilen tüm temel kimyasal reaksiyonlar burada tamamlanarak büyük miktarda CaCO3 ve Mg(OH)2 topaklayıcı çökeltiler üretilir.
2. Çöktürme Tankı/Arıtma Tankı:
Reaksiyona giren su, akış hızının yavaşladığı çökeltme tankına akar. CaCO3 ağır bir çökelti olduğundan doğal olarak hızla çöker; Mg(OH)2 hafif topaklayıcı bir çökelti iken daha yavaş çöker. Flokülantlar (PAM gibi) tipik olarak flok büyümesini teşvik etmek ve sedimantasyonu hızlandırmak için eklenir. Temizlenen üst kısım bir sonraki adıma geçerken alt çamur periyodik olarak uzaklaştırılır.
3. Filtrasyon Tankı:
Çökeltme sonrasında su hala küçük askıda parçacıklar içerebilir; bu durum, kalan ince tortuyu gidermek ve atık su bulanıklığının standartlara uygun olmasını sağlamak için bir multimedya filtresi (antrasit veya silis kumu gibi) aracılığıyla hassas filtreleme yapılmasını gerektirir.
4. pH Ayar Tankı:
Kireçle arıtılan suyun pH'ı çok yüksektir (genellikle 10'un üzerinde), bu da onu aşındırıcı hale getirir ve daha sonraki kullanım veya deşarj için uygun değildir.
Bu nedenle, pH'ı nötralize etmek ve nötr aralığa (örn. 6,5-8,5) geri getirmek için filtrelemeden sonra asit (sülfürik asit veya hidroklorik asit gibi) veya CO2 eklenmelidir. "Yeniden karbonasyon" olarak da bilinen CO2 ekleme yöntemi aynı zamanda küçük miktarlarda çözünmüş kalsiyum iyonlarını daha fazla uzaklaştırılmak üzere kalsiyum karbonata dönüştürebilir.
IV. Teknik Özellikler
Avantajları:
1. Önemli ve Güvenilir Sonuçlar: Teknoloji olgunlaşmıştır ve sertliği düşük bir seviyeye indirebilir (kalan sertlik 0,5-1,0 mmol/L'ye ulaşabilir).
2. Diğer Safsızlıkların Eşzamanlı Olarak Uzaklaştırılması: Sertliğin giderilmesi sürecinde, sudaki alkaliniteyi, silikon içeriğini, bazı ağır metalleri ve askıda katı maddeleri de etkili bir şekilde azaltabilir.
3. Düşük Arıtma Maliyeti: Kullanılan reaktifler (kireç, soda külü) yaygın olarak bulunur ve nispeten ucuzdur.
Dezavantajları ve Sınırlamaları:
1. Büyük Çamur Üretimi: Büyük miktarda kimyasal çamur (temel olarak kalsiyum karbonat ve magnezyum hidroksitten oluşan) üretir ve bu çamurun arıtılması ve bertaraf edilmesi ek maliyetleri ve çevresel baskıyı artıracaktır.
2. Karmaşık Operasyon ve Yönetim: Reaktiflerin dozajının, ham su kalitesindeki değişikliklere göre hassas bir şekilde hesaplanması ve ayarlanması gerekir; bu da yüksek vasıflı operatörler gerektirir.
3. Sınırlı Çıkış Suyu Kalitesi: Derin yumuşatmanın son derece düşük sertlik gereksinimlerini elde etmek zordur (örn.<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.
4. Büyük ayak izi: Ekipman, reaksiyon, çökeltme ve filtreleme tesisleri gibi bir dizi yapı gerektirir ve bu da yüksek altyapı yatırımı gerektirir.