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石灰軟化水處理是將石灰乳【Ca(OH)2】加入水中，與水中的硬度成分碳酸化合物起反應，生成難溶的CaCO3，或其他難溶的堿性物質【如Mg(OH)2】，使其沉淀析出，以達到軟化水設備的目的。軟化水裝置反應過程如下所示：

熟石灰加入水中，首先與CO2起化學反應，然后再與Ca(HCO3)2以及Mg(HCO3)2起反應。但是Ca(OH)2與Ca(HCO3)2和Ca(OH)2與Mg(HCO3)2的反應產物不同，由于MgCO3的溶解度比CaCO3大得多，故要使Mg2+反應生成難溶的Mg(OH)2才會沉淀出來，所以石灰的消耗量也大，需增加一倍。

當水中的堿度大于硬度時，此時水中含有鈉鹽堿度，例如NaHCO3，因此，通常采用石灰-石膏軟化法，在進行軟化水技術的同時，還可以降低水的鈉鹽堿度，反應如下:

雖然石灰軟化除去硬度還不夠*，操作條件也不大好，但由于石灰價格低廉，來源寬廣，因此，常常被用于原水中碳酸鹽硬度較高、非碳酸鹽硬度較低，且又不要求深度軟化的場所。