هیدروکسید کلسیم (Ca(OH)2، که معمولاً به عنوان آهک هیدراته شناخته می شود) در تصفیه فاضلاب

هیدروکسید کلسیم (Ca(OH)2 که معمولاً به عنوان آهک هیدراته شناخته می شود) با خاصیت قلیایی قوی، هزینه کم، تطبیق پذیری و سازگاری با محیط زیست، به طور گسترده در زمینه تصفیه فاضلاب از جمله فاضلاب صنعتی، فاضلاب شهری و فاضلاب آبزی پروری استفاده می شود. می تواند به طور همزمان به اهداف متعددی مانند تنظیم pH، حذف آلاینده ها و بهبود لجن دست یابد. مزایای اصلی آن در جنبه های زیر منعکس می شود:

 

1. تنظیم موثر pH، مناسب برای چندین سناریو کیفیت آب

در تصفیه فاضلاب، اکثر فرآیندها (مانند انعقاد، تصفیه بیوشیمیایی و اکسیداسیون پیشرفته) الزامات سختی برای pH آب ورودی دارند. به عنوان مثال، محدوده pH بهینه برای میکروارگانیسم ها در مخازن بیوشیمیایی 6.5-8.5 و بهترین pH برای واکنش های انعقادی 7-9 است. هیدروکسید کلسیم یک عامل عالی برای تنظیم pH است:

قلیائیت قوی و در عین حال خفیف : هنگامی که در آب حل می شود، هیدروکسید کلسیم یون های OH- آزاد می کند که می تواند به سرعت فاضلاب اسیدی را خنثی کند (به عنوان مثال، فاضلاب آبکاری آبکاری و فاضلاب شیمیایی حاوی HCl، H2SO4 و غیره) و pH را در محدوده هدف تثبیت کند. در مقایسه با هیدروکسید سدیم (NaOH که بسیار خورنده است)، قلیایی بودن آن به آرامی آزاد می شود و احتمال کمتری دارد که به دلیل دوز بیش از حد باعث افزایش ناگهانی pH شود - بنابراین از آسیب به فرآیندهای بعدی (به عنوان مثال، کشتن میکروارگانیسم ها در مخازن بیوشیمیایی) جلوگیری می شود.

سازگاری گسترده با انواع فاضلاب اسیدی : چه فاضلاب اسیدی با غلظت پایین (مانند اسیدهای ضعیف تولید شده در حین نیتریفیکاسیون فاضلاب شهری) و چه فاضلاب اسیدی قوی با غلظت بالا (مانند فاضلاب ترشی فولاد و فاضلاب چاپ و رنگرزی)، با تنظیم دقیق pH می توان به تنظیم pH رسید. علاوه بر این، هزینه هر واحد تنظیم pH تنها 1/2 تا 1/3 از هیدروکسید سدیم است.

2. افزایش انعقاد و بارش، حذف موثر جامدات معلق و کلوئیدها

جامدات معلق (SS) و ذرات کلوئیدی (به عنوان مثال، کلوئیدهای رنگی در فاضلاب چاپ و رنگرزی، کلوئیدهای آلی در فاضلاب شیمیایی) در فاضلاب به دلیل بار منفی خود مستعد پراکندگی پایدار هستند و باید توسط منعقد کننده ها (مانند PAC، PFS) بی ثبات شوند. با این حال، هیدروکسید کلسیم می تواند کارایی انعقاد را از طریق اثرات دوگانه 'تنظیم pH + تامین یون کلسیم' افزایش دهد:

بهینه سازی محیط انعقاد : اکثر منعقد کننده ها (مانند پلی آلومینیوم کلرید) در شرایط خنثی یا ضعیف قلیایی به بالاترین بازده انعقادی دست می یابند. هیدروکسید کلسیم ضمن تنظیم pH، محیط مناسبی را برای واکنش های انعقادی فراهم می کند و دوز مواد منعقد کننده را کاهش می دهد (که می تواند هزینه های منعقد کننده را 10 تا 20 درصد کاهش دهد).

تهیه یون های انعقادی کمکی : یون های Ca2+ جدا شده از هیدروکسید کلسیم می توانند با CO32- و PO43- در فاضلاب ترکیب شوند و رسوب های CaCO3 و Ca3(PO4)2 را تشکیل دهند. در عین حال، یون‌های Ca2+ می‌توانند بارهای منفی روی سطح ذرات کلوئیدی را جذب کنند و «بی‌ثبات‌سازی- تجمع» کلوئیدها را برای تشکیل لخته‌های بزرگ‌تر و تسریع بارش و جداسازی افزایش دهند. این اثر به ویژه برای فاضلاب های حاوی فسفر و حاوی کربنات قابل توجه است.

3. حذف کارآمد فسفر، رعایت استانداردهای تخلیه

فسفر یک آلاینده کلیدی است که باعث اتروفیکاسیون آب می شود (به عنوان مثال، سیانوباکتری ها در دریاچه ها شکوفا می شوند و پدیده های بوی سیاه در رودخانه ها). استانداردهای ملی برای تخلیه کل فسفر (TP) سخت‌گیرانه هستند، به عنوان مثال، استاندارد درجه یک برای فاضلاب شهری به TP ≤ 0.5 میلی‌گرم در لیتر نیاز دارد و فاضلاب صنعتی اغلب نیاز شدیدتری به TP ≤ 0.1 میلی‌گرم در لیتر دارد. هیدروکسید کلسیم یک عامل حذف فسفر کم هزینه است:

اصل واکنش : یون های Ca2+ جدا شده از Ca(OH)2 با یون های PO43- در فاضلاب (شامل ارتوفسفات و پلی فسفات) در شرایط قلیایی ترکیب می شوند (با بهترین اثر زمانی که pH ≥ 10.5) (POC5) (POC5) کلسیم (POC5) می شود. رسوب می کند. این رسوبات حلالیت بسیار پایینی دارند (محصول انحلال پذیری Ksp = 2.07×10-33) و می توانند به طور کامل از طریق رسوب و جداسازی حذف شوند.

مقایسه مزیت : در مقایسه با عوامل حذف فسفر اختصاصی (مانند حذف کننده های پلی فریک سولفات و هیپوفسفیت)، هزینه حذف فسفر با استفاده از هیدروکسید کلسیم تنها 1/3 تا 1/4 است. علاوه بر این، نیازی به افزودن عوامل اضافی نیست. در همین حال، رسوبات کلسیم فسفات تولید شده را می توان با لجن بدون ایجاد آلودگی ثانویه تصفیه کرد.

4. کمک به حذف یون های فلزی سنگین، کاهش سمیت

فاضلاب صنعتی (به عنوان مثال، آبکاری، الکترونیک و فاضلاب معدن) اغلب حاوی یون های فلزات سنگین مانند Cu2+، Ni2+، Zn2+ و Pb2+ است. هیدروکسید کلسیم می تواند فلزات سنگین را از طریق 'بارش قلیایی' حذف کند:

مکانیسم واکنش : هیدروکسید کلسیم pH فاضلاب را تا یک محدوده خاص افزایش می دهد - برای مثال، زمانی که pH = 8-9، Cu2+ Cu(OH)2 رسوب می کند. هنگامی که pH = 9-10، Ni2+ تشکیل Ni(OH)2 رسوب می کند. این باعث می شود یون های فلزات سنگین رسوبات هیدروکسیدی را تشکیل دهند که سپس از طریق رسوب یا فیلتراسیون جدا می شوند. در همان زمان، یون های Ca2+ می توانند با برخی از یون های فلزات سنگین (به عنوان مثال، CrO42-) ترکیب شوند تا رسوبات نمک کلسیم پایدارتری را تشکیل دهند (به عنوان مثال، CaCrO4)، که کارایی حذف را بیشتر بهبود می بخشد.

مزایا : هیدروکسید کلسیم در مقایسه با عوامل کیلیت (مانند عوامل مبتنی بر EDTA که گران هستند و ممکن است بقایایی باقی بگذارند)، فلزات سنگین را بدون خطر باقیمانده عامل حذف می کند. علاوه بر این، لجن رسوب‌شده پایداری بالایی دارد (رسوب‌های هیدروکسید به راحتی در محیط طبیعی حل نمی‌شوند) و استانداردهای دفع زباله‌های خطرناک (GB 5085.3) را برآورده می‌کند.

5. کم هزینه، سازگاری با محیط زیست، و مناسب برای برنامه های کاربردی در مقیاس بزرگ

'کارایی اقتصادی' و 'دوستانه با محیط زیست' هیدروکسید کلسیم دلایل اصلی کاربرد گسترده آن در تصفیه فاضلاب است:

مزایای هزینه : ماده اولیه آن سنگ آهک (CaCO3) است که دارای ذخایر فراوان و هزینه های کم استخراج و فرآوری است. قیمت هیدروکسید کلسیم تنها 1/5 تا 1/3 هیدروکسید سدیم و 1/2 قیمت سولفات پلی فریک است. در همین حال، تطبیق پذیری آن (قابلیت دستیابی همزمان به تنظیم pH، حذف فسفر و تهویه لجن) می تواند هزینه «افزودن چند عامل در ترکیب» را کاهش دهد (به عنوان مثال، نیازی به افزودن یک تنظیم کننده pH، حذف فسفر و نرم کننده لجن جداگانه نیست).

سازگاری با محیط زیست بدون باقیمانده : هیدروکسید کلسیم به خودی خود یک پایه معدنی است و محصولات واکنش آن (CaCO3، Ca3(PO4)2 و هیدروکسیدهای فلزات سنگین) همگی جامدات پایدار هستند و هیچ باقیمانده سمی یا مضری از خود باقی نمی گذارند. در مقابل، بازهای آلی مانند آب آمونیاکی فرار هستند و ممکن است باعث آلودگی ثانویه شوند. علاوه بر این، نمک های کلسیم موجود در لجن می توانند پتانسیل استفاده از منابع لجن را افزایش دهند (به عنوان مثال، استفاده از آن به عنوان پرکننده ساختمانی یا اصلاح کننده خاک).

ارزش اصلی هیدروکسید کلسیم

در تصفیه فاضلاب، رقابت اصلی هیدروکسید کلسیم در 'ادغام چندین عملکرد + هزینه کم + سازگاری با محیط زیست بالا' نهفته است. بدون نیاز به تطبیق چندین عامل، می تواند به طور همزمان چندین مشکل مانند pH غیر طبیعی، مواد جامد معلق بیش از حد، فسفر بیش از حد و آبگیری لجن دشوار را حل کند. علاوه بر این، هزینه آن بسیار کمتر از عوامل اختصاصی است و خطر آلودگی ثانویه وجود ندارد. این به ویژه برای کاربردهای در مقیاس بزرگ در تصفیه فاضلاب صنعتی (به عنوان مثال، آبکاری، چاپ و رنگرزی، و صنایع فولاد) و تصفیه خانه های فاضلاب شهری مناسب است، و آن را به یک عامل ترجیحی تبدیل می کند که هم «بازده تصفیه» و هم «هزینه اقتصادی» را متعادل می کند.