Podstatou změkčování vápna je snížení tvrdosti vody přidáním vápna, které chemicky reaguje s dočasnou a trvalou tvrdostí ve vodě za vzniku nerozpustných sraženin uhličitanu vápenatého a hydroxidu hořečnatého.
Hlavní chemické reakce tvoří základ pro odhad:
1. Odstranění uhličitanové tvrdosti (reakce s CO₂ a Ca(HCO₃)₂):
CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO3↓ + H2O
Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
2. Odstranění hořčíkové tvrdosti (reakce s Mg(HCO₃)₂ a Mg²⁺):
Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + Mg(OH)₂↓ + 2H₂O
Mg²⁺ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + Ca²⁺ (Tato reakce zavádí ekvimolární množství iontů vápníku)
3. Nadměrné přidávání: Je zapotřebí další vápno k zajištění OH⁻, který reaguje s HCO₃⁻ za vzniku CO₃2⁻, a k udržení pH nad 10,3, aby se zajistilo úplné vysrážení Mg(OH)₂.
Vzhledem k celkové tvrdosti (TH), vápníkové tvrdosti (Ca-H), hořčíkové tvrdosti (Mg-H) a celkové zásaditosti (TA) lze množství přidaného vápna (na základě 100% čistého CaO) rozdělit do následujících částí:
1. Vápno potřebné k neutralizaci volného CO₂ (L₁):
Stechiometrický poměr: 1 mol CO₂ : 1 mol CaO
L₁=[CO₂] (Jednotky jsou konzistentní; pokud jsou všechny vyjádřeny jako CaCO₃ mg/l, hodnoty jsou stejné.)
2. Vápno potřebné k odstranění uhličitanové tvrdosti (L₂):
Tato část se zabývá tvrdostí odpovídající zásaditosti. Stechiometrický poměr: 2 mol HCO3⁻ (tj. 1 mol Ca(HCO3)₂) : 1 mol CaO
L₂=[TA] (Protože se oba počítají jako CaCO₃, molární hmotnost je po převodu číselně stejná.)
Lime-Dávkovací zařízení s aktivním uhlím změkčující uhličitan sodný* - Ochrana životního prostředí online
3. Množství vápna (L₃) potřebné k odstranění tvrdosti hořčíku:
Srážení hořčíku vyžaduje dva díly OH⁻ a po reakci se do vody dostává ekvivalentní množství vápenatých iontů. Stechiometrický poměr: 1 mol Mg2+ : 2 mol CaO
L₃=2 × [Mg - H] (Za předpokladu CaCO₃ je hmotnostní poměrový koeficient (56/100) × 2 ≈ 1,12, ale častěji se počítá přímo pomocí molárních vztahů, tj. zdvojnásobením hodnoty. Zde [Mg - H] původní tvrdost vody, která potřebuje tvrdost hořčíku, min. cílová přípustná zbytková tvrdost hořčíku.
4. Nadměrná dávka vápna (L₄):
Pro zajištění úplné reakce, zejména vysrážení hořčíku, je obvykle nutné udržovat pH 10-11, což vyžaduje přidání přebytku vápna. Nadměrná hodnota se obvykle empiricky odhaduje na přibližně 25~50 mg/l (jako CaCO3). Pro pokročilejší změkčení může být nadměrná hodnota větší.
5. Teoretické dávkování vápna (vztaženo na 100 %) (na základě CaO):
L_teoretické=L₁ + L₂ + L₃ + L₄=[CO₂] + [TA] + 2 × [Mg-H k odstranění] + Nadměrná hodnota
Komerční vápno (pálené vápno nebo hašené vápno) není 100% čisté. Skutečná dávka (kg/m³ nebo g/L)=L_teoretická / Čistota komerčního vápna (%)
Pokud je například L_theoretical 200 mg/l CaO a je použito komerční nehašené vápno s 85% čistotou, pak skutečná dávka=200/0,85 ≈ 235 mg/l.