화학적 연화란 물에 특정 화학물질을 첨가하여 경화된 칼슘 및 마그네슘 이온을 불용성 화합물로 전환시킨 후 침전 및 여과를 통해 제거하는 공정입니다. 이것은 고전적이고 효과적인 경화 제거 기술입니다.
I. 강수량의 변화-용해 평형
이 방법의 이론적 기초는 용해도 곱의 원리입니다. 즉, 물에 화학물질을 첨가함으로써 칼슘 및 마그네슘 이온(예: CO3^2-, OH-, PO4^3- 등)과 불용성 침전물을 형성할 수 있는 음이온의 농도가 증가하여 이온곱이 용해도곱 상수를 초과하여 침전이 발생하게 됩니다.
주요 침전 반응은 다음과 같습니다.
1. 탄산경도 제거 :
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O
라임은 OH- 이온을 제공하여 중탄산 이온을 탄산 이온으로 전환시키고 pH를 높여 수산화마그네슘 침전물을 형성합니다.
2. 비-탄산염 경도(칼슘) 제거:
CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl
소다회는 CO3^2- 이온을 제공하며, 이는 칼슘 이온과 결합하여 탄산칼슘 침전물을 형성합니다.
3. 비-탄산염 경도(마그네슘) 제거:
MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaSO4
생성된 CaSO4는 여전히 소다회를 통해 추가로 제거되어야 합니다. 석회는 OH- 이온을 제공하여 더 작은 용해도 곱으로 수산화마그네슘 침전물을 형성하는 데 사용됩니다.
II. 일반적으로 사용되는 화학 시약과 그 기능
1. 석회: 주성분은 Ca(OH)2이다.
탄산경도(탄산칼슘, 탄산마그네슘 경도 포함)를 제거하고 높은 pH 환경을 제공합니다. 복용량을 정확하게 계산해야 합니다. 과도한 첨가는 낭비일 뿐만 아니라 마그네슘 이온이 재용해되거나 새로운 경도를 유발할 수도 있습니다.
2. 소다회: 주성분은 Na2CO3입니다.
물에서 비-탄산염 경도(칼슘 경도)를 제거합니다. 새로운 경도 이온을 도입하지 않고 물 자체에 용해되지만 오히려 Na+를 도입하여 수질에 상대적으로 작은 영향을 미칩니다.
3. 수산화나트륨: NaOH.
때때로 석회의 부분 대체물로 사용되어 OH- 이온을 제공하여 작동을 더 간단하게 하지만 비용이 더 많이 듭니다. 반응은 석회와 유사하다.
4. 인산염: 트리폴리인산나트륨, 헥사메타인산나트륨 등
이 방법은 전통적인 침전법이 아닌 분산된 콜로이드를 생성하거나 칼슘과 마그네슘 이온을 착화시켜 스케일 형성을 방지하는 방법입니다. 보조 치료나 요구 사항이 낮은 상황에서 자주 사용되는 "숨겨진 방법" 또는 "역치 효과"입니다.
III. 고전적인 공정 흐름: 석회-소다회 방법
이는 가장 대표적인 화학적 연화공정으로 그 흐름은 다음과 같다.
1. 반응조/연화조:
원수는 먼저 반응조로 들어가고, 여기에 계산된 용량에 따라 석회 슬러리와 소다회 용액이 첨가됩니다. 탱크에는 시약의 철저한 혼합과 반응을 보장하고 침전물 형성을 위한 충분한 시간과 조건을 제공하기 위해 기계적 교반 장치가 장착되어 있습니다.
위에서 언급한 모든 핵심 화학 반응이 여기에서 완료되어 다량의 CaCO3 및 Mg(OH)2 응집 침전물이 생성됩니다.
2. 침전조/정화조:
반응된 물은 침전조로 흘러 들어가 유속이 느려집니다. CaCO3는 무거운 침전물이기 때문에 자연적으로 빠르게 침전됩니다. Mg(OH)2는 가벼운 응집 침전물이지만, 더 천천히 침전됩니다. 응집제(예: PAM)는 일반적으로 플록 성장을 촉진하고 침전을 가속화하기 위해 첨가됩니다. 정화된 상부는 다음 단계로 진행되며, 하부 슬러지는 주기적으로 제거됩니다.
3. 여과 탱크:
침전 후 물에는 여전히 작은 부유 입자가 포함될 수 있으므로{0}}멀티미디어 필터(예: 무연탄 또는 규사)를 통한 정밀 여과가 필요하여 잔류 미세 침전물을 제거하고 유출 탁도가 표준을 충족하는지 확인해야 합니다.
4. pH 조정 탱크:
석회로 처리된 물은 pH가 매우 높아(보통 10 이상) 부식성이 있어 후속 사용이나 배출에 부적합합니다.
따라서 여과 후 산(황산, 염산 등)이나 CO2를 첨가하여 pH를 중화하고 다시 중성 범위(예: 6.5~8.5)로 되돌려야 합니다. "재탄산화"라고도 알려진 CO2 도입 방법은 추가 제거를 위해 소량의 용해된 칼슘 이온을 탄산칼슘으로 전환할 수도 있습니다.
IV. 기술적 특성
장점:
1. 중요하고 신뢰할 수 있는 결과: 기술이 성숙되어 경도를 낮은 수준으로 줄일 수 있습니다(잔류 경도는 0.5-1.0mmol/L에 도달할 수 있음).
2. 기타 불순물의 동시 제거: 경도를 제거하는 과정에서 알칼리도, 실리콘 함량, 일부 중금속 및 물 속의 부유 물질을 효과적으로 줄일 수도 있습니다.
3. 낮은 처리 비용: 사용되는 시약(석회, 소다회)은 널리 이용 가능하고 상대적으로 저렴합니다.
단점과 한계:
1. 대규모 슬러지 발생: 화학 슬러지(주로 탄산칼슘과 수산화마그네슘으로 구성)가 다량 발생하며, 이 슬러지의 처리 및 폐기로 인해 추가 비용과 환경적 부담이 증가합니다.
2. 복잡한 운영 및 관리: 원수 수질 변화에 따라 시약의 투여량을 정확하게 계산하고 조정해야 하므로 숙련된 작업자가 필요합니다.
3. 제한된 배출수 품질: 깊은 연화의 극도로 낮은 경도 요건을 달성하는 것은 어렵습니다(예:<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.
4. 넓은 면적 : 반응시설, 침전시설, 여과시설 등 일련의 구조물이 필요하기 때문에 인프라 투자가 많이 필요하다.