Kalk spiller en multifunktionel, økonomisk og effektiv kemisk hjørnestensrolle i industriel spildevandsrensning, og dens funktion rækker langt ud over simpel syre-basejustering. Dens kerneværdi ligger i at omdanne opløste forurenende stoffer i vand til uopløselige faste stoffer gennem en række kemiske og fysiske processer, hvorved der opnås separation og rensning.
1. pH-justering og udfældningsreaktion
Hovedkomponenterne i kalk er calciumoxid (CaO) eller calciumhydroxid (Ca(OH)₂), som danner et stærkt alkalisk miljø, når det opløses i vand. Dette er grundlaget for alle dets funktioner.
Det kan hurtigt neutralisere surt spildevand til neutrale eller alkaliske forhold, hvilket skaber de nødvendige betingelser for efterfølgende behandling og metaludfældning.
Under alkaliske forhold kan det reagere med forskellige metalioner i vand og danne vanduopløselige hydroxider- eller saltudfældninger. For eksempel:
Fjernelse af tungmetaller (såsom kobber, nikkel, zink, chrom): Cu²⁺ + Ca(OH)₂ → Cu(OH)₂↓ + Ca²⁺
Fosforfjernelse: Reaktion med orthophosphat til dannelse af hydroxyapatitpræcipitat: 5Ca²⁺ + 3PO₄³⁻ + OH⁻ → Ca₅(PO₄)₃(OH)↓
Fluorfjernelse: Dannelse af calciumfluorid bundfald: Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂↓
2. Koagulations-koagulerende synergistisk effekt
Kalk giver ikke kun et alkalisk miljø, men de calciumioner (Ca²⁺), den producerer, og selve bundfaldet har en fysisk-kemisk synergistisk effekt:
Ca²⁺ kan komprimere det elektriske dobbeltlag af kolloide partikler i spildevand, hvilket reducerer deres stabilitet og fremmer kolloid koagulering.
De dannede mikroopløselige calciumhydroxider og deres flokke virker under dannelse og sedimentering som et fint net, der mekanisk indkapsler, adsorberer og fejer fine suspenderede partikler, organiske pigmenter og nogle kolloide stoffer væk i vandet, hvilket får dem til at sætte sig sammen. Denne proces forbedrer fjernelseseffektiviteten af turbiditet og farve markant.
3. Avanceret behandlingsevne for specifikke forurenende stoffer
I visse industrispildevandsscenarier spiller kalk en afgørende rolle:
Demulgering og oliefjernelse: For olieholdigt og emulgeret spildevand kan et miljø med høj pH forstyrre den stabile grænseflade mellem emulgerede oliedråber, hvilket fremmer oliedemulgering og -separation.
Forsæbning: Det kan forsæbe fedtsyrer og andre organiske stoffer i spildevand, hvilket genererer uopløselige calciumsæber, som er nemmere at fjerne.
Kemisk størkning: For spildevand, der indeholder sulfider, arsenater osv., kan det generere mere stabile calciumsaltudfældninger, hvilket reducerer deres toksicitet og migration.
4. Fjernelse af hårdhed
Kalk er mest effektivt til at fjerne "karbonathårdhed" (dvs. calcium- og magnesiumhårdhed bundet til bikarbonationer). Kernereaktionen er "alkaliseringsudfældningen af bicarbonat":
Fjernelse af calciumhårdhed: Ca(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Denne reaktion er afgørende: eksternt indførte calciumioner (fra kalk) reagerer med calciumbicarbonat i vandet og danner calciumcarbonatudfældning. Teoretisk set kræver fjernelse af 1 molekyle calciumbicarbonat 1 molekyle kalk og producerer 2 molekyler calciumcarbonatudfældning.
Fjernelse af magnesiumhårdhed: Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Magnesiumfjernelse kræver en højere pH (normalt over 10,5), fordi magnesiumhydroxid har lavere opløselighed. Kalk omdanner først magnesiumcarbonat til magnesiumhydroxidudfældning, mens det samtidig omdanner de tilknyttede bicarbonationer til calciumcarbonatudfældning.
I applikationer, der kræver dyb blødgøring af spildevand (samtidig fjernelse af både karbonat- og ikke-{0}}carbonat-hårdhed), er "kalk-soda-processen" almindeligvis brugt.
Kalk (Ca(OH)₂): Fjerner karbonathårdhed (som beskrevet ovenfor).
Soda (Na₂CO₃): Fjerner ikke--karbonathårdhed. For eksempel:
CaCl₂ + Na₂CO3 → CaCO₃↓ + 2NaCl
MgSO4 + Na₂CO3 + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + CaCO3↓ + Na2SO4
Denne kombinerede proces kan reducere den totale hårdhed til et lavt niveau ved en passende pH.
