Calciumhydroxid (Ca(OH)₂, almindeligvis kendt som hydreret kalk) i spildevandsbehandling

Med sin stærke alkalinitet, lave omkostninger, alsidighed og miljøvenlighed er calciumhydroxid (Ca(OH)₂, almindeligvis kendt som hydreret kalk) meget udbredt inden for spildevandsbehandling, herunder industrispildevand, kommunalt spildevand og akvakulturspildevand. Det kan samtidig opnå flere mål, såsom pH-justering, fjernelse af forurenende stoffer og forbedring af slam. Dens kernefordele afspejles i følgende aspekter:

 

1. Effektiv pH-justering, velegnet til flere vandkvalitetsscenarier

Ved spildevandsbehandling har de fleste processer (såsom koagulering, biokemisk behandling og avanceret oxidation) strenge krav til pH-værdien af ​​indkommende vand. For eksempel er det optimale pH-område for mikroorganismer i biokemiske tanke 6,5-8,5, og den bedste pH for koagulationsreaktioner er 7-9. Calciumhydroxid er et fremragende middel til pH-justering:

Stærk, men mild alkalinitet : Når det opløses i vand, frigiver calciumhydroxid OH⁻-ioner, som hurtigt kan neutralisere surt spildevand (f.eks. galvanisering af spildevand og kemisk spildevand indeholdende HCl, H₂SO₄ osv.) og stabilisere pH inden for målområdet. Sammenlignet med natriumhydroxid (NaOH, som er stærkt ætsende), frigives dets alkalinitet mere skånsomt, og det er mindre sandsynligt, at det forårsager en pludselig stigning i pH-værdien på grund af for høj dosering – og dermed undgår man skade på efterfølgende processer (f.eks. dræber mikroorganismer i biokemiske tanke).

Bred tilpasningsevne til sure spildevandstyper : Uanset om det er lavkoncentreret surt spildevand (såsom svage syrer produceret under nitrifikationen af ​​kommunalt spildevand) eller højkoncentreret stærkt surt spildevand (såsom stålbejdsning af spildevand og trykning og farvning af spildevand), kan præcis pH-kontrol opnås ved at justere calciumdoseringen. Desuden er omkostningerne pr. enhed pH-justering kun 1/2 til 1/3 af natriumhydroxid.

2. Forbedring af koagulation og nedbør, effektiv fjernelse af suspenderede faste stoffer og kolloider

Suspenderede faste stoffer (SS) og kolloide partikler (f.eks. farvestofkolloider i tryk- og farvningsspildevand, organiske kolloider i kemisk spildevand) i spildevand er tilbøjelige til stabil spredning på grund af deres negative ladning og skal destabiliseres af koagulanter (såsom PAC, PFS). Calciumhydroxid kan dog forbedre koagulationseffektiviteten gennem de dobbelte effekter af 'pH-justering + calciumionforsyning':

Optimering af koagulationsmiljøet : De fleste koaguleringsmidler (såsom polyaluminiumchlorid) opnår den højeste koagulationseffektivitet under neutrale eller svagt alkaliske forhold. Mens pH justeres, giver calciumhydroxid et egnet miljø for koagulationsreaktioner og reducerer doseringen af ​​koaguleringsmidler (hvilket kan sænke koaguleringsomkostningerne med 10%-20%).

Tilvejebringelse af hjælpekoagulationsioner : Ca²⁺-ionerne dissocieret fra calciumhydroxid kan kombineres med CO₃²⁻ og PO₄3⁻ i spildevand for at danne CaCO3- og Ca3(PO₄)₂-udfældninger. Samtidig kan Ca²⁺-ioner adsorbere de negative ladninger på overfladen af ​​kolloide partikler, hvilket fremmer 'destabilisering-aggregering' af kolloider til dannelse af større flokke og accelererer nedbør og adskillelse. Denne effekt er især signifikant for fosforholdigt og karbonatholdigt spildevand.

3. Effektiv fosforfjernelse, opfylder udledningsstandarder

Fosfor er et nøgleforurenende stof, der forårsager vandeutrofiering (f.eks. blomstrer cyanobakterier i søer og fænomener med sort lugt i floder). Nationale standarder for udledning af totalt fosfor (TP) er strenge - for eksempel kræver førsteklasses A-standarden for kommunalt spildevand TP ≤ 0,5 mg/L, og industrispildevand har ofte et strengere krav på TP ≤ 0,1 mg/L. Calciumhydroxid er et billigt fosforfjernende middel:

Reaktionsprincip : Ca²⁺-ionerne dissocieret fra Ca(OH)₂ kombineres med PO43⁻-ioner i spildevand (inklusive orthophosphat og polyphosphat) under alkaliske betingelser (med den bedste effekt, når pH ≥ 10,5) danner calciumphosphat (Ca₄₄)₂-præcipiterer (Ca2₄)(PO). Disse bundfald har ekstremt lav opløselighed (opløselighedsprodukt Ksp = 2,07 x 10⁻33) og kan fjernes fuldstændigt gennem udfældning og adskillelse.

Fordel Sammenligning : Sammenlignet med dedikerede fosforfjernende midler (såsom polyferrisulfat og hypophosphitfjernere), er omkostningerne ved fosforfjernelse ved brug af calciumhydroxid kun 1/3 til 1/4. Derudover skal der ikke tilføjes yderligere midler. I mellemtiden kan det dannede calciumphosphatudfældning behandles sammen med slam uden at forårsage sekundær forurening.

4. Hjælper med fjernelse af tungmetalion, reducerer toksicitet

Industrielt spildevand (f.eks. galvanisering, elektronik og minespildevand) indeholder ofte tungmetalioner såsom Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ og Pb²⁺. Calciumhydroxid kan fjerne tungmetaller gennem 'alkalisk nedbør':

Reaktionsmekanisme : Calciumhydroxid øger pH-værdien af ​​spildevand til et specifikt område – for eksempel, når pH = 8-9, danner Cu²⁺ Cu(OH)₂-udfældninger; når pH = 9-10, danner Ni2+ Ni(OH)2-udfældninger. Dette får tungmetalioner til at danne hydroxidudfældninger, som derefter adskilles gennem udfældning eller filtrering. Samtidig kan Ca2+-ioner kombineres med nogle tungmetalioner (f.eks. CrO42⁻) for at danne mere stabile calciumsaltpræcipitater (f.eks. CaCrO4), hvilket yderligere forbedrer fjernelseseffektiviteten.

Fordele : Sammenlignet med chelateringsmidler (såsom EDTA-baserede midler, der er dyre og kan efterlade rester), fjerner calciumhydroxid tungmetaller uden risiko for middelrester. Desuden har det udfældede slam høj stabilitet (hydroxidudfældninger opløses ikke let i det naturlige miljø) og opfylder standarderne for bortskaffelse af farligt affald (GB 5085.3).

5. Lave omkostninger, miljøvenlighed og egnethed til store applikationer

Calciumhydroxids 'økonomiske effektivitet' og 'miljøvenlighed' er kerneårsagerne til dets udbredte anvendelse i spildevandsrensning:

Omkostningsfordele : Dets råmateriale er kalksten (CaCO₃), som har rigelige reserver og lave minedrifts- og forarbejdningsomkostninger. Prisen på calciumhydroxid er kun 1/5 til 1/3 af natriumhydroxid og 1/2 af polyferrisulfat. I mellemtiden kan dens alsidighed (i stand til samtidig at opnå pH-justering, fosforfjernelse og slamkonditionering) reducere omkostningerne ved 'tilsætning af flere midler i kombination' (f.eks. er der ikke behov for at tilføje en separat pH-justering, fosforfjerner og slamkonditioneringsmiddel).

Miljøvenlighed uden rester : Calciumhydroxid i sig selv er en uorganisk base, og dets reaktionsprodukter (CaCO₃, Ca₃(PO₄)₂ og tungmetalhydroxider) er alle stabile faste stoffer og efterlader ingen giftige eller skadelige rester. I modsætning hertil er organiske baser som ammoniakvand flygtige og kan forårsage sekundær forurening. Derudover kan calciumsaltene i slammet øge potentialet for ressourceudnyttelse af slammet (f.eks. ved at bruge det som bygningsfyldstof eller jordforbedring).

Kerneværdi af calciumhydroxid

Inden for spildevandsrensning ligger calciumhydroxids kernekonkurrenceevne i dets 'integration af flere funktioner + lave omkostninger + høj miljøvenlighed'. Uden behov for at matche flere midler, kan den samtidig løse flere problemer såsom unormal pH, overskydende suspenderede stoffer, overdreven fosfor og vanskelig slamafvanding. Desuden er dens omkostninger meget lavere end for dedikerede agenter, og der er ingen risiko for sekundær forurening. Det er særligt velegnet til anvendelser i stor skala inden for industriel spildevandsbehandling (f.eks. galvanisering, trykning og farvning og stålindustri) og kommunale spildevandsrensningsanlæg, hvilket gør det til et foretrukket middel, der balancerer både 'behandlingseffektivitet' og 'økonomiske omkostninger'.