Bit omekšavanja vapna je smanjiti tvrdoću vode dodavanjem vapna, koje kemijski reagira s privremenom i trajnom tvrdoćom u vodi stvarajući netopljive taloge kalcijevog karbonata i magnezijevog hidroksida.
Glavne kemijske reakcije čine osnovu za procjenu:
1. Uklanjanje karbonatne tvrdoće (reakcija s CO₂ i Ca(HCO3)₂):
CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO3↓ + H₂O
Ca(HCO3)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO3↓ + 2H₂O
2. Uklanjanje tvrdoće magnezija (reakcija s Mg(HCO3)₂ i Mg²⁺):
Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → 2CaCO3₃↓ + Mg(OH)₂↓ + 2H₂O
Mg²⁺ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + Ca²⁺ (Ova reakcija uvodi ekvimolarnu količinu kalcijevih iona)
3. Pretjerano dodavanje: potrebno je dodatno vapno kako bi se osigurao OH⁻, koji reagira s HCO₃⁻ da bi proizveo CO3²⁻, i za održavanje pH iznad 10,3 kako bi se osiguralo potpuno taloženje Mg(OH)₂.
S obzirom na ukupnu tvrdoću (TH), tvrdoću kalcija (Ca-H), tvrdoću magnezija (Mg-H) i ukupnu bazičnost (TA), količina vapna koju treba dodati (na bazi 100% čistog CaO) može se podijeliti na sljedeće dijelove:
1. Vapno potrebno za neutralizaciju slobodnog CO₂ (L₁):
Stehiometrijski omjer: 1 mol CO₂ : 1 mol CaO
L₁=[CO₂] (Jedinice su dosljedne; ako su sve izražene kao CaCO₃ mg/L, vrijednosti su jednake.)
2. Vapno potrebno za uklanjanje karbonatne tvrdoće (L₂):
Ovaj dio govori o tvrdoći koja odgovara bazičnosti. Stehiometrijski omjer: 2 mol HCO₃⁻ (tj. 1 mol Ca(HCO3)₂) : 1 mol CaO
L₂=[TA] (Budući da su oboje izračunati kao CaCO3, molarna masa je numerički jednaka nakon pretvorbe.)
Vapneno-uređaj za doziranje aktivnog ugljena za omekšavanje natrijevog karbonata* - Zaštita okoliša na mreži
3. Količina vapna (L₃) potrebna za uklanjanje tvrdoće magnezija:
Taloženje magnezija zahtijeva dva dijela OH⁻, a ekvivalentna količina kalcijevih iona ulazi u vodu nakon reakcije. Stehiometrijski omjer: 1 mol Mg²⁺ : 2 mol CaO
L₃=2 × [Mg - H] (Pod pretpostavkom CaCO₃, koeficijent omjera mase je (56/100) × 2 ≈ 1,12, ali se češće izračunava izravno korištenjem molarnih odnosa, tj. udvostručenjem vrijednosti. Ovdje se [Mg - H] odnosi na dio tvrdoće magnezija koji treba ukloniti, tj. izvorna tvrdoća magnezija u vodi minus ciljana dopuštena preostala tvrdoća magnezija.
4. Prekomjerna doza vapna (L₄):
Da bi se osigurala potpuna reakcija, posebno taloženje magnezija, obično je potrebno održavati pH 10-11, što zahtijeva dodavanje viška vapna. Višak vrijednosti obično se empirijski procjenjuje na približno 25~50 mg/L (kao CaCO3). Za naprednije omekšavanje, prekomjerna vrijednost može biti veća.
5. Teoretska doza vapna (na bazi 100%) (na bazi CaO):
L_teoretski=L₁ + L₂ + L3 + L₄=[CO₂] + [TA] + 2 × [Mg-H koji se uklanja] + Višak vrijednosti
Komercijalno vapno (živo ili gašeno vapno) nije 100% čisto. Stvarna doza (kg/m³ ili g/L)=L_teoretska / Čistoća komercijalnog vapna (%)
Na primjer, ako je L_teoretski 200 mg/L CaO, a koristi se komercijalno živo vapno čistoće 85%, tada je stvarna doza=200/0,85 ≈ 235 mg/L.