石灰-純堿軟化工藝（Lime-Soda Softening Process）是傳統(tǒng)且經(jīng)典的水軟化方法之一，主要用于去除水中鈣（Ca2?）和鎂（Mg2?）離子，降低水的硬度，其屬于典型的硬度沉淀反應，沉淀物質(zhì)為碳酸鈣和氫氧化鎂，也就是軟化污泥。本文從石灰-純堿軟化基本原理和污泥產(chǎn)量影響因素出發(fā)，分享石灰-純堿軟化污泥產(chǎn)生量確定方法，供水處理人士參考。
一、石灰-純堿軟化基本原理及污泥產(chǎn)量影響因素
在石灰-純堿軟化過程中，主要發(fā)生以下化學反應。
從以上化學反應方程式可見，影響石灰-純堿軟化污泥產(chǎn)生量的主要因素為以下三點。（1）水中暫時硬度的占比。當水中堿度較高時，水中的鈣（Ca2?）和鎂（Mg2?）離子多以Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2的形式存在（稱為暫時硬度），而去除1mol的Ca(HCO3)2會產(chǎn)生2mol的CaCO3、去除1mol的Mg(HCO3)2會產(chǎn)生2mol的CaCO3和1mol的Mg(OH)2；而如果水中堿度較低，便需要多投加Na2CO3，以去除永久硬度，對于永久硬度，去除1mol的MgSO4（或MgCl）、CaSO4（或CaCl2）僅分別產(chǎn)生1mol的Mg(OH)2和1mol的CaCO3。相比堿度較高時，污泥量大幅度減少，但藥劑成本相應增加。這是理論產(chǎn)生量，也是符合最底層科學原理的事實，并不會因為某些工程設計公司對高密池、斜板沉淀池的優(yōu)化設計而減少，類似這樣宣傳是不切實際的。（2）水中鈣、鎂離子的占比。當水中的硬度以鈣（Ca2?）占主導時，軟化沉淀物以CaCO3為主；當水中的硬度以鎂（Mg2?）占主導時，即生成Mg(OH)2，又生成CaCO3。這說明，鎂離子占比較高時，污泥產(chǎn)生量增加。這也是在西北地區(qū)（硫酸根型鎂硬水）選擇石灰或是氫氧化鈉軟化的爭論焦點，這需要同時考慮污泥產(chǎn)生量、污泥處置成本、加藥量、藥劑成本四項因素。這并不是某些工程設計公司所宣稱的石灰軟化成本絕對低于氫氧化鈉軟化，或氫氧化鈉軟化成本絕對低于石灰軟化。（3）混凝劑種類。鋁鹽混凝劑污泥產(chǎn)生量低于鐵鹽混凝劑，如下反應方程式所示。從反應方程式可見，混凝劑導致產(chǎn)生的沉淀物主要是鐵、鋁的氫氧化物。投加1kg的硫酸鋁混凝劑，會產(chǎn)生0.2626kg的氫氧化鋁沉淀；投加1kg的硫酸鐵混凝劑，會產(chǎn)生0.5350kg的氫氧化鐵沉淀。這也是有客觀依據(jù)的事實，并不是像混凝劑廠家均宣傳自己的產(chǎn)品污泥產(chǎn)量低那樣。如前所述，軟化污泥本質(zhì)上是由碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀組成的，懸浮物也會在軟化過程中沉淀進入污泥，同時，被去除的還有存在于藥劑中的不溶物質(zhì)，例如石灰砂。軟化污泥產(chǎn)生量計算公式如下。式中：m 為軟化污泥產(chǎn)生量，kg/m3；Ca2? 為水中去除鈣硬度的量，g/m3，以CaCO3計；Mg2? 為水中去除鎂硬度的量，g/m3，以CaCO3計；D 為混凝劑加藥量，g/m3；α 為混凝劑污泥折算系數(shù)，對于不同種類混凝劑，α取值不同，可按下表取值；X 為助凝劑投加量，g/m3；TSS 為水中總懸浮固體，g/m3，對于有條件檢測的可以根據(jù)水質(zhì)化驗分析結果計算，對于無條件檢測的，可以測量濁度后，按照濁度的1.4~2.0倍計算。本文分析總結了軟化污泥產(chǎn)生量的影響因素和簡便的計算方法，污泥產(chǎn)生量的影響因素關系到生產(chǎn)運營的成本控制，污泥產(chǎn)生量的計算方法關系到設計初期工藝的選取和評估，合理確定這兩個環(huán)節(jié)，有助于節(jié)能降耗，避免多走彎路。
