L'adoucissement chimique est un processus qui consiste à ajouter des produits chimiques spécifiques à l'eau pour convertir les ions calcium et magnésium durcissants en composés insolubles, qui sont ensuite éliminés par précipitation et filtration. Il s’agit d’une technologie classique et efficace d’élimination du durcissement.
I. Déplacement des précipitations-Équilibre de dissolution
La base théorique de cette méthode est le principe du produit de solubilité. Autrement dit, en ajoutant des produits chimiques à l'eau, la concentration d'anions qui peuvent former des précipités insolubles avec les ions calcium et magnésium (tels que CO3^2-, OH-, PO4^3-, etc.) est augmentée, ce qui fait que le produit ionique dépasse sa constante de produit de solubilité, générant ainsi des précipitations.
Les principales réactions de précipitation comprennent :
1. Élimination de la dureté carbonatée :
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O
La chaux fournit des ions OH- pour convertir les ions bicarbonate en ions carbonate et augmente le pH pour former un précipité d'hydroxyde de magnésium.
2. Élimination de la dureté non-carbonatée (calcium) :
CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl
Le carbonate de sodium fournit des ions CO3^2-, qui se combinent avec les ions calcium pour former un précipité de carbonate de calcium.
3. Élimination de la dureté non-carbonatée (magnésium) :
MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaSO4
Le CaSO4 généré doit encore être éliminé par du carbonate de sodium. La chaux est utilisée pour fournir des ions OH- afin de former un précipité d'hydroxyde de magnésium avec un produit de plus petite solubilité.
II. Réactifs chimiques couramment utilisés et leurs fonctions
1. Chaux : Son composant principal est Ca(OH)2.
Élimine la dureté carbonatée (y compris la dureté carbonatée de calcium et de magnésium) et fournit un environnement à pH élevé. Le dosage doit être calculé avec précision ; Un ajout excessif est non seulement un gaspillage, mais peut également conduire à une redissolution des ions magnésium ou introduire une nouvelle dureté.
2. Bicarbonate de soude : Son composant principal est Na2CO3.
Élimine la dureté non-carbonatée (dureté calcique) de l'eau. Il se dissout dans l'eau elle-même sans introduire de nouveaux ions de dureté, mais introduit plutôt du Na+, ayant un impact relativement faible sur la qualité de l'eau.
3. Hydroxyde de sodium : NaOH.
Parfois utilisé comme substitut partiel de la chaux, fournissant des ions OH-, rendant l'opération plus simple, mais plus coûteuse. La réaction est similaire à celle de la chaux.
4. Phosphates : tels que le tripolyphosphate de sodium, l'hexamétaphosphate de sodium, etc.
Cette méthode n'est pas une méthode de précipitation traditionnelle, mais empêche plutôt la formation de tartre en générant des colloïdes dispersés ou en complexant les ions calcium et magnésium. Il s'agit d'une « méthode cachée » ou d'un « effet de seuil », souvent utilisée en traitement auxiliaire ou dans des situations peu exigeantes.
III. Flux de processus classique : Chaux-Méthode au carbonate de sodium
Il s’agit du procédé d’adoucissement chimique le plus représentatif, et son déroulement est le suivant :
1. Réservoir de réaction/réservoir de ramollissement :
L'eau brute entre d'abord dans la cuve de réaction, où du lait de chaux et une solution de carbonate de sodium sont ajoutés selon le dosage calculé. Le réservoir est équipé d'un dispositif d'agitation mécanique pour assurer un mélange et une réaction complets des réactifs et pour fournir un temps et des conditions suffisants pour la formation d'un précipité.
Toutes les réactions chimiques de base mentionnées ci-dessus sont complétées ici, générant une grande quantité de précipités floculants de CaCO3 et de Mg(OH)2.
2. Réservoir de sédimentation/réservoir de clarification :
L'eau ayant réagi s'écoule dans le bassin de décantation, où le débit ralentit. Le CaCO3 étant un précipité lourd, il se dépose rapidement et naturellement ; alors que Mg(OH)2 est un léger précipité floculant, il se dépose plus lentement. Des floculants (tels que le PAM) sont généralement ajoutés pour favoriser la croissance des floculations et accélérer la sédimentation. La partie supérieure clarifiée passe à l'étape suivante, tandis que les boues inférieures sont périodiquement éliminées.
3. Réservoir de filtration :
L'eau après sédimentation peut encore contenir de minuscules particules en suspension, nécessitant une filtration précise à travers un filtre multimédia (tel que de l'anthracite ou du sable siliceux) pour éliminer les sédiments fins résiduels et garantir que la turbidité de l'effluent répond aux normes.
4. Réservoir de réglage du pH :
L'eau traitée à la chaux a un pH très élevé (généralement supérieur à 10), ce qui la rend corrosive et impropre à une utilisation ou à un rejet ultérieur.
Par conséquent, de l'acide (comme l'acide sulfurique ou l'acide chlorhydrique) ou du CO2 doit être ajouté après filtration pour neutraliser le pH et le ramener à une plage neutre (par exemple 6,5-8,5). La méthode d'introduction du CO2, également connue sous le nom de « recarbonatation », peut également convertir de petites quantités d'ions calcium dissous en carbonate de calcium pour une élimination ultérieure.
IV. Caractéristiques techniques
Avantages :
1. Résultats significatifs et fiables : la technologie est mature et peut réduire la dureté à un niveau faible (la dureté résiduelle peut atteindre 0,5 à 1,0 mmol/L).
2. Élimination simultanée d'autres impuretés : lors du processus d'élimination de la dureté, il peut également réduire efficacement l'alcalinité, la teneur en silicium, certains métaux lourds et les solides en suspension dans l'eau.
3. Faible coût de traitement : Les réactifs utilisés (chaux, carbonate de sodium) sont largement disponibles et relativement peu coûteux.
Inconvénients et limites :
1. Production importante de boues : elle génère une grande quantité de boues chimiques (principalement composées de carbonate de calcium et d'hydroxyde de magnésium), et le traitement et l'élimination de ces boues augmenteront les coûts supplémentaires et la pression environnementale.
2. Opération et gestion complexes : Le dosage des réactifs doit être calculé et ajusté avec précision en fonction des changements dans la qualité de l'eau brute, ce qui nécessite des opérateurs hautement qualifiés.
3. Qualité limitée des effluents : Il est difficile d'atteindre les exigences de dureté extrêmement faibles d'un adoucissement en profondeur (par exemple,<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.
4. Grande empreinte au sol : l'équipement nécessite une série de structures telles que des installations de réaction, de sédimentation et de filtration, ce qui entraîne des investissements en infrastructures élevés.