添加生石灰导致pH上升,必然引起水体中碳酸缓冲系统向右移动而导致碳酸钙沉淀:
CaO + H2O —> Ca + 2OH
CO2 + OH → HCO3
HCO3 + OH → CO3 + H2O
CO3 + Ca → CaCO3↓
要使池塘水体中的残余钙离子浓度超过5.0 ·10^-4(摩尔/升),则碳酸的浓度应该小于:
[CO3] < kSPCaCO3/[Ca]
根据总溶解无机碳(DIC)与碳酸的关系:
[DIC] = ([CO2] + [HCO3] + [CO3] =[CO3](H^2 + Hk1 + k1k2)/(k1k2)
我们可以计算出生石灰水处理前后的DIC变化。即每减少一个DIC,必然伴随着一个钙离子被沉淀。因此,将水体用氧化钙处理使pH达到11以上需要的石灰的量大概可以按下列方程估计:
[CaO] = [(处理前DIC – 处理后DIC) – 处理前钙离子浓度 + 残余钙浓度]·56·1000(克生石灰/立方米)。
由于不同盐度、温度下,k1、k2、kW、kSPCaCO3都有所差异,因此,可以编写一个简单的软件,根据每个池塘的具体盐度、温度、钙硬度、总碱度,计算出相对精准的生石灰的用量。
利用几组水质参数来计算(暂时未考虑其他物质如碳酸镁、氢氧化镁的沉淀):
例1、总碱度(TA),10;钙硬度(HCa),10;盐度(S)~0‰;温度(t),25℃。计算结果:33.81克生石灰/立方米。
例2、TA,50;HCa,10;S,0.1‰;t ,25℃。计算结果:82.03克生石灰/立方米。
例3、TA,150;HCa,10;S,0.5‰;t ,25℃。计算结果:193.03克生石灰/立方米。
例4、TA,10;HCa,40;S,0.5‰;t ,25℃。计算结果:26.93克生石灰/立方米。
例5、TA,40;HCa,40;S,1‰;t ,25℃。计算结果:64.72克生石灰/立方米。
例6、TA,150;HCa,60;S,5‰;t ,25℃。计算结果:192.6克生石灰/立方米。
以上是假设两个小时内,水体与空气和底泥未发生反应,但在实际操作上很难做到。而且也假设氧化钙为纯品。因此,要达到两小时内 pH 高于11,生石灰的用量一定要大于上述这些理论值。
根据上述计算结果,很明显,总碱度越高,生石灰的用量越大,钙离子浓度越高,生石灰用量越小。本文的数据只是用来说明问题的范例,与实际池塘还有一定的误差,希望有研究院所能够进行精确研究。
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