Hydroxid vápenatý (Ca(OH)₂, běžně známý jako hydratované vápno) při čištění odpadních vod

Díky své silné zásaditosti, nízké ceně, všestrannosti a šetrnosti k životnímu prostředí je hydroxid vápenatý (Ca(OH)₂, běžně známý jako hydratované vápno) široce používán v oblasti čištění odpadních vod, včetně průmyslových odpadních vod, komunálních odpadních vod a odpadních vod z akvakultury. Může současně dosáhnout více cílů, jako je úprava pH, odstranění znečišťujících látek a zlepšení kalu. Jeho hlavní výhody se odrážejí v následujících aspektech:

 

1. Účinná úprava pH, vhodná pro více scénářů kvality vody

Při čištění odpadních vod má většina procesů (jako je koagulace, biochemická úprava a pokročilá oxidace) přísné požadavky na pH přiváděné vody. Například optimální rozsah pH pro mikroorganismy v biochemických nádržích je 6,5-8,5 a nejlepší pH pro koagulační reakce je 7-9. Hydroxid vápenatý je vynikající prostředek pro úpravu pH:

Silná, ale mírná zásaditost : Když se hydroxid vápenatý rozpustí ve vodě, uvolňuje ionty OH⁻, které mohou rychle neutralizovat kyselé odpadní vody (např. galvanické odpadní vody a chemické odpadní vody obsahující HCl, H₂SO₄ atd.) a stabilizovat pH v cílovém rozmezí. V porovnání s hydroxidem sodným (NaOH, který je vysoce korozivní) se jeho alkalita uvolňuje šetrněji a je méně pravděpodobné, že způsobí náhlé zvýšení pH v důsledku nadměrného dávkování – a tím se zabrání poškození následných procesů (např. zabíjení mikroorganismů v biochemických nádržích).

Široká adaptabilita na kyselé typy odpadních vod : Ať už se jedná o kyselé odpadní vody s nízkou koncentrací (jako jsou slabé kyseliny vznikající při nitrifikaci komunálních odpadních vod) nebo vysoce koncentrované silně kyselé odpadní vody (jako jsou odpadní vody z moření oceli a odpadní vody z tisku a barvení), úpravou dávkování hydroxidu vápenatého lze dosáhnout přesné kontroly pH. Navíc náklady na jednotku úpravy pH jsou pouze 1/2 až 1/3 ceny hydroxidu sodného.

2. Zlepšení koagulace a precipitace, účinné odstranění suspendovaných pevných látek a koloidů

Suspendované pevné látky (SS) a koloidní částice (např. koloidy barviv v tiskařských a barvířských odpadních vodách, organické koloidy v chemických odpadních vodách) v odpadních vodách jsou náchylné ke stabilní disperzi kvůli jejich negativnímu náboji a je třeba je destabilizovat koagulanty (jako PAC, PFS). Hydroxid vápenatý však může zvýšit účinnost koagulace díky dvojím účinkům „úprava pH + dodávka iontů vápníku“:

Optimalizace koagulačního prostředí : Většina koagulantů (jako je polyaluminiumchlorid) dosahuje nejvyšší koagulační účinnosti za neutrálních nebo slabě alkalických podmínek. Při úpravě pH poskytuje hydroxid vápenatý vhodné prostředí pro koagulační reakce a snižuje dávkování koagulantů (což může snížit náklady na koagulanty o 10 % až 20 %).

Poskytování pomocných koagulačních iontů : Ionty Ca2⁺ disociované z hydroxidu vápenatého se mohou slučovat s CO₃2⁻ a PO₄3⁻ v odpadní vodě za vzniku sraženin CaCO3 a Ca3(PO₄)₂. Zároveň mohou ionty Ca²⁺ adsorbovat negativní náboje na povrchu koloidních částic, podporovat 'destabilizaci-agregaci' koloidů za vzniku větších vloček a urychlovat srážení a separaci. Tento efekt je zvláště významný pro odpadní vody obsahující fosfor a uhličitany.

3. Účinné odstraňování fosforu, splňující standardy vypouštění

Fosfor je klíčová znečišťující látka způsobující eutrofizaci vod (např. kvetení sinic v jezerech a jevy černého zápachu v řekách). Národní normy pro vypouštění celkového fosforu (TP) jsou přísné – například norma první třídy A pro komunální odpadní vody vyžaduje TP ≤ 0,5 mg/l a průmyslové odpadní vody mají často přísnější požadavek TP ≤ 0,1 mg/l. Hydroxid vápenatý je levný prostředek na odstraňování fosforu:

Princip reakce : Ionty Ca2⁺ disociované z Ca(OH)₂ se spojují s ionty PO₄3⁻ v odpadní vodě (včetně ortofosfátu a polyfosfátu) za alkalických podmínek (s nejlepším účinkem při pH ≥ 10,5) za vzniku fosforečnanu vápenatého (Ca₃(PO₄)₂) Tyto precipitáty mají extrémně nízkou rozpustnost (součin rozpustnosti Ksp = 2,07 x 10⁻33) a lze je zcela odstranit vysrážením a separací.

Porovnání výhod : Ve srovnání se speciálními prostředky pro odstraňování fosforu (jako jsou odstraňovače síranu železitého a fosfornanu) jsou náklady na odstranění fosforu pomocí hydroxidu vápenatého pouze 1/3 až 1/4. Navíc není třeba přidávat žádné další agenty. Mezitím mohou být vytvořené sraženiny fosforečnanu vápenatého zpracovány společně s kalem, aniž by došlo k sekundárnímu znečištění.

4. Pomoc při odstraňování iontů těžkých kovů, snižování toxicity

Průmyslová odpadní voda (např. galvanické pokovování, elektronika a těžební odpadní voda) často obsahuje ionty těžkých kovů, jako jsou Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ a Pb²⁺. Hydroxid vápenatý dokáže odstranit těžké kovy pomocí 'alkalického srážení':

Reakční mechanismus : Hydroxid vápenatý zvyšuje pH odpadní vody do určitého rozmezí – například když pH = 8-9, Cu2⁺ tvoří Cu(OH)₂ sraženiny; když pH = 9-10, Ni2+ tvoří sraženiny Ni(OH)2. To způsobí, že ionty těžkých kovů tvoří hydroxidové sraženiny, které se pak oddělují srážením nebo filtrací. Současně se ionty Ca2⁺ mohou kombinovat s některými ionty těžkých kovů (např. CrO₄2⁻) za vzniku stabilnějších sraženin vápenatých solí (např. CaCrO4), což dále zlepšuje účinnost odstraňování.

Výhody : Ve srovnání s chelatačními činidly (jako jsou činidla na bázi EDTA, která jsou nákladná a mohou zanechávat zbytky), hydroxid vápenatý odstraňuje těžké kovy bez rizika zbytků činidel. Kromě toho má vysrážený kal vysokou stabilitu (hydroxidové sraženiny se v přírodním prostředí jen těžko rozpouštějí) a splňuje normy pro likvidaci nebezpečného odpadu (GB 5085.3).

5. Nízká cena, šetrnost k životnímu prostředí a vhodnost pro aplikace ve velkém měřítku

'Ekonomická účinnost' a 'šetrnost k životnímu prostředí' hydroxidu vápenatého jsou hlavními důvody pro jeho široké použití při čištění odpadních vod:

Cenové výhody : Jeho surovinou je vápenec (CaCO₃), který má bohaté zásoby a nízké náklady na těžbu a zpracování. Cena hydroxidu vápenatého je pouze 1/5 až 1/3 ceny hydroxidu sodného a 1/2 ceny síranu polyželezitého. Mezitím jeho všestrannost (schopná současně dosáhnout úpravy pH, odstranění fosforu a úpravy kalu) může snížit náklady na 'kombinaci více činidel' (například není nutné přidávat samostatný přípravek na úpravu pH, odstraňovač fosforu a kondicionér kalu).

Šetrnost k životnímu prostředí bez zbytků : Hydroxid vápenatý sám o sobě je anorganická báze a jeho reakční produkty (CaCO₃, Ca3(PO₄)₂ a hydroxidy těžkých kovů) jsou stabilní pevné látky, které nezanechávají žádné toxické nebo škodlivé zbytky. Naproti tomu organické báze jako čpavková voda jsou těkavé a mohou způsobit sekundární znečištění. Kromě toho mohou vápenaté soli v kalu zvýšit potenciál pro využití zdrojů kalu (např. jeho použití jako stavebního plniva nebo úpravy půdy).

Základní hodnota hydroxidu vápenatého

Při čištění odpadních vod spočívá hlavní konkurenceschopnost hydroxidu vápenatého v jeho 'integraci více funkcí + nízké náklady + vysoká šetrnost k životnímu prostředí'. Bez potřeby porovnávání více činidel může současně vyřešit mnoho problémů, jako je abnormální pH, nadměrné množství nerozpuštěných pevných látek, nadměrné množství fosforu a obtížné odvodnění kalu. Navíc je jeho cena mnohem nižší než u speciálních prostředků a nehrozí sekundární znečištění. Je zvláště vhodný pro rozsáhlé aplikace v průmyslovém čištění odpadních vod (např. galvanické pokovování, tisk a barvení a ocelářský průmysl) a komunálních čistírnách odpadních vod, díky čemuž je preferovaným prostředkem, který vyvažuje jak 'účinnost čištění' tak 'ekonomické náklady'.