石灰软化法处理饮用水硬度试验

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/T14848--93，地下水总硬度共分五类，地下水中总硬度超标井（Ⅳ类、Ⅴ类）数达46.15%，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CaCO3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：

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。

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Φ2400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8×6m、深3.5m、有效水深3.5m、有效容积120m3、池内设配水泵一台、单台水量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5×4m、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3×3m、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1m、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20m2、内设配电和自控设备

三、工艺参数

1、处理水量 140m3/h

2、石灰乳浓度（以CaO计） 10%

3、石灰注入量 400mg/l

4、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：

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

230-320mg/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。