饮用水的硬度较高不但会影响人体健康,还会在工业应用上带来一定危害。传统的化学结晶沉淀方法去除水中硬度具有操作简单,适应性强,成本低等优势,但也存在出水pH偏高、颗粒细碎,难以沉降、产生大量的沉淀物质等缺陷。对此,本文采用分步结晶法进行饮用水中钙硬度去除,考察分步结晶对钙硬度去除效能,并对分步结晶去除机制进行初步探讨,主要结论如下:沉淀剂一次投加模式中,溶液体系pH值和电导率在第1 min内迅速增加,Ca2+的去除也基本发生在第1 min内。沉淀剂连续式投加模式中,pH值和电导率的变化呈明显的阶段性:首先快速增加,之后迅速降低并逐渐趋于稳定,最后缓慢上升。两种模式下溶液体系物化特性变化的显著差别,主要是由体系CaCO3过饱和度的差异所致。一次投加模式中CaCO3过饱和度短时迅速增加,而连续式投加则是逐步增加。由于两种投加模式中结晶反应发生时体系过饱和度不同,结晶产物颗粒粒径也有明显差异。其中,连续投加模式中诱导剂高岭土的加入,还可以降低结晶成核所需过饱和度,缩短成核所需要的时间,从而在初期显著提高Ca2+去除率,后期由于体系中沉淀剂的持续加入,去除率提高效果有限。沉淀剂总投加量不变的情况下,增加沉淀剂投加次数可以提高对Ca2+的去除率,同时降低上清液的浊度,但对上清液pH值无显著影响。实验条件下,结晶反应完毕后静置30 min,一次、两次、三次投加各自对应的Ca2+去除率分别为56.0%、63.5%和65.9%。上清液浊度分别为200.1 NTU、112.35 NTU和72.78 NTU。分步结晶的优化结晶反应方案包括:沉淀剂两次投加、搅拌强度200 rpm,反应时间“2 min+10 min”。CaCO3的结晶产物SEM和XRD结果分析表明:沉淀剂的投加模式会对结晶产物的晶型和晶习产生影响。一次性投加模式中,由于体系过饱和度较高,结晶产物以方解石为主,连续式投加模式中则全部为球霰石。分步投加模式中,第一步以球霰石为主,第二步则以方解石为主。一次性投加模式中,由于成核速率快,晶核数量密度高,结晶产物的粒径难以进一步提升。连续式投加模式中,晶核的成长速率也较慢,甚至出现了二次结晶。分步结晶模式中,由于每一步的结晶均发生在较低的过饱和度下,晶核数量密度较低,颗粒粒径相应较高,在15μm以上。