石灰软化处理循环水排污水实验
1、实验原理
1.1石灰软化法
为避免投加生石灰（CaO）产生的灰尘污染，通常先将生石灰制成消石灰
Ca(OH)2（即熟石灰）使用，其反应如下
CaO+H2O====Ca(OH)2
消石灰投入高硬水中，会产生下列反应
Ca(OH)2+CO2====CaCO3+和H2O
Ca(OH)2 +Ca(HCO3) 2====2CaCO3+2H2O
2Ca(OH) 2+Mg(HCO3) 2====2CaCO3 +2H2O+Mg(OH) 2
形成的CaCO3和Mg(OH)2都是难溶化合物，可从水中沉淀析出。
但水中的永硬和负硬却不能用石灰处理的方法除去，因为镁的永硬与负硬和消石灰
会产生下列反应
MgSO4+Ca(OH)2 ====Mg(OH) 2+CaSO4
MgCl2+Ca(OH) 2====Mg(OH) 2+CaCl2
NaHCO3+Ca(OH) 2====CaCO3+NaOH+H2O
由反应式可看出，镁的永硬全部转化为等量的溶解度很大的钙的永硬，而负硬则转化为等量的氢氧化钠、碱度，所以水中的碱度没有除去。
石灰加入量可按下式估算
[CaO]=28{[CO2]+ 2[Mg(HCO3)2]+ [Ca(HCO3)2]+Z}/ 1
式中 [CaO]——需投加的工业石灰量，mg/L；
[CO2]——原水中CO2的浓度（1/2CO2计），mmol/L；
[Ca(HCO3) 2]——原水中Ca(HCO3) 2的浓度[1/2Ca(HCO3) 2计]mmol/L；
[Mg(HCO3) 2]——原水中Mg(HCO3) 2的浓度[1/2 Mg(HCO3) 2计]mmol/L；
1——工业石灰纯度，%；
28——1/2CaO的摩尔质量，g/mol；
Z——石灰过剩量（1/2CaO计），mmol/L(一般为0.2—0.4mmol/L)。
1.2石灰-纯碱软化法
石灰软化法只适用于暂硬高、永硬低的水质处理。
对硬度高碱度低即永硬高的水，可采用石灰-纯碱软化法，即加石灰的同时再投加适量的纯碱（NaCO3又称苏打）。
其反应如下：
CaSO4+Na2CO3====CaCO3+Na2SO4
CaC12+Na2CO3====CaCO3+2NaC1
MgSO4+Na2CO3====MgCO3+Na2SO4
MgC12+Na2CO3==== +2 Na2 C1+MgCO3
MgCO3+Ca(OH)2====CaCO3+Mg(OH)2
经石灰-纯碱软化后的水，其硬度可降为0.15-0.2mmol/L。
此外，永硬也可以直接用离离子交换法除去。
石灰-纯碱加入量可按下列计算式估算。
(1) 石灰用量估算
[CaO]=28{[CO2]+M总+HMg+Z }/1 mg/L
(2) 纯碱用量估算
[Na2C03]=53 (H永+B) /2 mg/L
式中 M总——原水总碱度（H+计），mmol/L；
HMg——原水镁硬度（1/2Mg+计），mmol/L；
[Na2C03]——纯碱投加量，mg/L；
H永——原水永硬（1/2Ca2++1/2Mg+计），mmol/L；
B——纯碱过剩量[1/2Na2C03计]，mmo1/L(一般取1.0-1.4mmol/L)； 53——1/2 Na2C03的摩尔质量，g/mol；
2——工业纯碱的纯度，%。
其他符号同前。
2、主要工艺流程
以下为排污水处理的主要工艺流程
原水经格栅井和集水池进入调节水池再由调节水泵送至机械加速澄清池在池中经过石灰处理以及凝聚反应后，分离出的澄清水流入机械加速澄清池出水槽进行加酸中和与杀菌处理，然后经由配水沟进入澄清水池，再由微滤提升泵把水送至微滤系统，最终出水由微滤送出水泵打至电厂循环水前池，供电厂作为循环补充水使用。
以上为工业石灰软化处理循环水排污水的主要工作流程，由于公司还没有这方面的先例，需要在实验室先做一下小试试验，下面为实验室试验的主要流程及内容。
3、实验内容
取循环水硬度较高水质较差的现场水样，测定其各个水质指标，根据以上工业处理的流程，先根据水质指标加入熟石灰（可配成溶液后加），如生水中含有较高负硬, 需要通过加硫酸使总碱度和总硬度之差保持在±012 mg/ L 范围内 , 降低石灰乳加入量，搅拌。
然后加入聚合氯
化铝和PAM,，沉降后，取其上清液加入二氯异氰尿酸钠，然后测定各项水质指标，如果出水ph过高，可加入硫酸调节ph，然后进入后续的工作。
4、讨论
以上工作有以下几个问题需要讨论
4.1 根据循环水水质情况可选择是否需要反渗透装置，有些情况超滤或微滤就可满足需求。
4.2 絮凝沉降后石灰渣的处理问题，容易翻池或过多的泥渣堵塞回流缝。
4.3 对高硬高碱的水可做两个对比，一个用石灰法，一个用碳酸钠-石灰法。
4.4 PAM、聚合氯化铝和杀菌剂的投加量。
参考文献
1. 沈继军等，石灰软化法处理循环冷却水
2. 尹连庆等，石灰软化法处理循环冷却水系统排污水
3. 卢熙宁等，再生水石灰处理回用于电厂的工程应用
4. 苏艳等，废水零排放系统在北方某空冷机组电厂的应用
水质
(1)石灰投加量
CaO＝28 (CO2+A0+HMg+α) /ε1 ,mg/L =228.70
(2)纯碱投加量
Na2CO3＝53 (HY+β) /ε2,mg/L =286.76
A0：原水总碱度（H+计）(mmol/L)；
HMg：原水镁硬度(1/2Mg2+计）(mmol/L)；
HY：原水的永久硬度(1/2Ca2++1/2Mg2+计）(mmol/L)；
Na2CO3：纯碱投加量(mg/L)；
β：纯碱过剩量(1/2Na2CO3计)(mmol/L)，一般取1.0~1.4mmol/L 53：1/2Na2CO3的摩尔质量(mg/mmol)；
ε1：生石灰纯度（%）；
ε2：工业纯碱纯度（%）；
(3)磷酸三钠投加量
石灰、纯碱处理后水的残留硬度为0.3~0.4mmol/L，需进一步软化使残硬为20~40μmol/L
Na3PO4＝54.67(A0+0.18),g/m3 =144.3288
永久硬度又称非碳酸盐硬度，主要指水中钙，镁的氯化物.硫酸盐的含量，之外尚有少量的钙.镁硝酸盐.硅酸盐等盐类，在常压9体积不变）情况下加热，这些盐类不会析出沉淀。
常用的硬度单位是毫摩尔/升（mmol/L）
负硬度：指水中钾.纳的碳酸盐.重碳酸盐及氢氧化物的含量，又称为纳盐硬度。
当水的总碱度大于总硬度时，就回出现负硬度。
负硬度可以消除水的永久硬度，负硬度不能与永久硬度共存。
常用的硬度单位是毫摩尔/升（mmol/L）
碱度和硬度是水的重要参数，二者之间的关系有以下三种情况：
（1）总碱度〈总硬度，此时，水中有永久硬度和暂时硬度，无钠盐（负）硬度，则：
总硬度—总碱度=永久硬度
总碱度=暂时硬度
（2）总碱度〉总硬度，水中无永久硬度，而存在暂时硬度和钠盐硬度，则：总硬度=暂时硬度
总碱度—总硬度=钠盐硬度（负硬度）
（3）总碱度=总硬度，水中没有永久硬度和钠盐硬度，只有暂时硬度，则：总硬度=总碱度=暂时硬度暂时硬度碳酸盐硬度是总硬度的一部分，相当于与水中重碳酸盐和少量碳酸盐结合的钙，镁所形成的硬度，当水煮沸时，钙，镁的重碳酸盐分解生成沉淀从而降低水的硬度，可以用煮沸的方法来清除的硬度。