Kalk spelar en multifunktionell, ekonomisk och effektiv kemisk hörnstensroll i industriell rening av avloppsvatten, och dess funktion sträcker sig långt bortom enkel syra-basjustering. Dess kärnvärde ligger i att omvandla lösta föroreningar i vatten till olösliga fasta ämnen genom en rad kemiska och fysikaliska processer, och därigenom uppnå separation och rening.
1. pH-justering och utfällningsreaktion
Huvudkomponenterna i kalk är kalciumoxid (CaO) eller kalciumhydroxid (Ca(OH)₂), som bildar en starkt alkalisk miljö när den löses i vatten. Detta är grunden för alla dess funktioner.
Det kan snabbt neutralisera surt avloppsvatten till neutrala eller alkaliska förhållanden, vilket skapar de nödvändiga förutsättningarna för efterföljande behandling och metallutfällning.
Under alkaliska förhållanden kan den reagera med olika metalljoner i vatten och bilda vatten-olösliga hydroxider eller saltutfällningar. Till exempel:
Avlägsnande av tungmetaller (såsom koppar, nickel, zink, krom): Cu²⁺ + Ca(OH)₂ → Cu(OH)₂↓ + Ca²⁺
Fosforavlägsnande: Reaktion med ortofosfat för att bilda hydroxiapatitfällning: 5Ca²⁺ + 3PO₄³⁻ + OH⁻ → Ca₅(PO₄)₃(OH)↓
Fluoravlägsnande: Bildning av kalciumfluoridfällning: Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂↓
2. Koagulations-synergistisk koaguleringseffekt
Kalk ger inte bara en alkalisk miljö, utan kalciumjonerna (Ca²⁺) som den producerar och själva fällningen har en fysikalisk-kemisk synergistisk effekt:
Ca²⁺ kan komprimera det elektriska dubbla lagret av kolloidala partiklar i avloppsvatten, vilket minskar deras stabilitet och främjar kolloidal koagulering.
De genererade mikrolösliga kalciumhydroxiderna och deras flockar, under bildning och sedimentering, fungerar som ett fint nät, som mekaniskt inkapslar, adsorberar och sveper bort fina suspenderade partiklar, organiska pigment och vissa kolloidala ämnen i vattnet, vilket får dem att sedimentera tillsammans. Denna process förbättrar avsevärt borttagningseffektiviteten av grumlighet och färg.
3. Avancerad behandlingskapacitet för specifika föroreningar
I vissa scenarier för industriellt avloppsvatten spelar kalk en avgörande roll:
Demulgering och oljeborttagning: För oljigt och emulgerat avloppsvatten kan en miljö med högt pH störa den stabila gränsytan mellan emulgerade oljedroppar, vilket främjar oljedemulgering och -separering.
Förtvålning: Det kan förtvåla fettsyror och annat organiskt material i avloppsvatten, vilket genererar olösliga kalciumtvålar, som är lättare att ta bort.
Kemisk stelning: För avloppsvatten som innehåller sulfider, arsenater, etc., kan det generera mer stabila kalciumsaltfällningar, vilket minskar deras toxicitet och migration.
4. Borttagning av hårdhet
Kalk är mest effektivt för att ta bort "karbonathårdhet" (dvs kalcium- och magnesiumhårdhet bunden till bikarbonatjoner). Kärnreaktionen är "alkaliseringsutfällningen av bikarbonat":
Ta bort kalciumhårdhet: Ca(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Denna reaktion är avgörande: externt införda kalciumjoner (från kalk) reagerar med kalciumbikarbonat i vattnet för att bilda kalciumkarbonatfällning. Teoretiskt sett kräver borttagning av 1 molekyl kalciumbikarbonat 1 molekyl kalk och producerar 2 molekyler kalciumkarbonatfällning.
Ta bort magnesiumhårdhet: Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Avlägsnande av magnesium kräver ett högre pH (vanligtvis över 10,5) eftersom magnesiumhydroxid har lägre löslighet. Kalk omvandlar först magnesiumkarbonat till magnesiumhydroxidfällning, samtidigt som de associerade bikarbonatjonerna omvandlas till kalciumkarbonatfällning.
I tillämpningar som kräver djupavhärdning av avloppsvatten (samtidigt avlägsnande av både karbonat- och icke{0}}karbonathårdhet), används vanligtvis "kalk-sodaprocessen".
Kalk (Ca(OH)₂): Tar bort karbonathårdheten (som beskrivits ovan).
Soda (Na₂CO₃): Tar bort icke-karbonathårdhet. Till exempel:
CaCl₂ + Na₂CO3 → CaCO₃↓ + 2NaCl
MgSO4 + Na2CO3 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaCO3↓ + Na2SO4
Denna kombinerade process kan reducera den totala hårdheten till en låg nivå vid ett lämpligt pH.