Kalk spiller en multifunksjonell, økonomisk og effektiv kjemisk hjørnesteinsrolle i industriell avløpsvannbehandling, og funksjonen strekker seg langt utover enkel syre-basejustering. Dens kjerneverdi ligger i å konvertere oppløste forurensninger i vann til uløselige faste stoffer gjennom en rekke kjemiske og fysiske prosesser, for derved å oppnå separasjon og rensing.
1. pH-justering og nedbørsreaksjon
Hovedkomponentene i kalk er kalsiumoksid (CaO) eller kalsiumhydroksid (Ca(OH)₂), som danner et sterkt alkalisk miljø når det løses opp i vann. Dette er grunnlaget for alle dens funksjoner.
Den kan raskt nøytralisere surt avløpsvann til nøytrale eller alkaliske forhold, og skape de nødvendige forholdene for etterfølgende behandling og metallutfelling.
Under alkaliske forhold kan det reagere med forskjellige metallioner i vann og danne vann-uløselige hydroksyder eller saltutfellinger. For eksempel:
Fjerning av tungmetaller (som kobber, nikkel, sink, krom): Cu²⁺ + Ca(OH)₂ → Cu(OH)₂↓ + Ca²⁺
Fosforfjerning: Reaksjon med ortofosfat for å danne hydroksyapatittutfelling: 5Ca²⁺ + 3PO₄³⁻ + OH⁻ → Ca₅(PO₄)₃(OH)↓
Fluorfjerning: Dannelse av kalsiumfluoridutfelling: Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂↓
2. Koagulasjons-synergistisk koagulasjonseffekt
Kalk gir ikke bare et alkalisk miljø, men kalsiumionene (Ca²⁺) den produserer og selve bunnfallet har en fysisk-kjemisk synergistisk effekt:
Ca²⁺ kan komprimere det elektriske dobbeltlaget av kolloidale partikler i avløpsvann, redusere deres stabilitet og fremme kolloidal koagulering.
De genererte mikrooppløselige kalsiumhydroksidene og deres flokker, under dannelse og sedimentering, fungerer som et fint nett, som mekanisk innkapsler, adsorberer og feier bort fine suspenderte partikler, organiske pigmenter og noen kolloidale stoffer i vannet, og får dem til å sette seg sammen. Denne prosessen forbedrer fjerningseffektiviteten av turbiditet og farge betydelig.
3. Avansert behandlingsevne for spesifikke forurensninger
I visse industrielle avløpsvannscenarier spiller kalk en avgjørende rolle:
Demulgering og oljefjerning: For oljeaktig og emulgert avløpsvann kan et miljø med høy pH forstyrre det stabile grensesnittet til emulgerte oljedråper, og fremme oljedemulgering og separasjon.
Forsåpning: Det kan forsåpe fettsyrer og annet organisk materiale i avløpsvann, og generere uløselige kalsiumsåper, som er lettere å fjerne.
Kjemisk størkning: For avløpsvann som inneholder sulfider, arsenater, etc., kan det generere mer stabile kalsiumsaltutfellinger, noe som reduserer deres toksisitet og migrasjon.
4. Fjerning av hardhet
Kalk er mest effektivt til å fjerne "karbonathardhet" (dvs. kalsium- og magnesiumhardhet bundet til bikarbonationer). Kjernereaksjonen er "alkaliseringsutfellingen av bikarbonat":
Fjerning av kalsiumhardhet: Ca(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Denne reaksjonen er avgjørende: eksternt innførte kalsiumioner (fra kalk) reagerer med kalsiumbikarbonat i vannet for å danne kalsiumkarbonatutfelling. Teoretisk sett krever fjerning av 1 molekyl kalsiumbikarbonat 1 molekyl kalk og produserer 2 molekyler kalsiumkarbonatutfelling.
Fjerning av magnesiumhardhet: Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Magnesiumfjerning krever høyere pH (vanligvis over 10,5) fordi magnesiumhydroksid har lavere løselighet. Kalk omdanner først magnesiumkarbonat til magnesiumhydroksidutfelling, samtidig som de tilknyttede bikarbonationene omdannes til kalsiumkarbonatutfelling.
I applikasjoner som krever dyp oppmykning av avløpsvann (samtidig fjerning av både karbonat- og ikke-{0}}karbonathardhet), er "kalk-sodaprosessen" ofte brukt.
Kalk (Ca(OH)₂): Fjerner karbonathardhet (som beskrevet ovenfor).
Soda (Na₂CO₃): Fjerner ikke-karbonathardhet. For eksempel:
CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl
MgSO4 + Na2CO3 + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + CaCO3↓ + Na₂SO4
Denne kombinerte prosessen kan redusere total hardhet til et lavt nivå ved en passende pH.