Kalcium-hidroxid (Ca(OH)2, közismert nevén hidratált mész) a szennyvízkezelésben

Erős lúgosságával, alacsony költségével, sokoldalúságával és környezetbarát jellegével a kalcium-hidroxidot (Ca(OH)₂, közismert nevén mészhidrát) széles körben használják a szennyvízkezelés területén, beleértve az ipari szennyvizet, a települési szennyvizet és az akvakultúra szennyvizét. Egyszerre több célt is képes elérni, mint például a pH beállítását, a szennyezőanyagok eltávolítását és az iszapjavítást. Alapvető előnyei a következő szempontokban mutatkoznak meg:

 

1. Hatékony pH-beállítás, több vízminőségi forgatókönyvhöz is alkalmas

A szennyvíztisztításban a legtöbb folyamat (például a koaguláció, a biokémiai kezelés és a fejlett oxidáció) szigorú követelményeket támaszt a bejövő víz pH-értékére vonatkozóan. Például a biokémiai tartályokban lévő mikroorganizmusok optimális pH-tartománya 6,5-8,5, a koagulációs reakciók legjobb pH-értéke pedig 7-9. A kalcium-hidroxid kiváló anyag a pH beállításához:

Erős, de enyhe lúgosság : Vízben oldva a kalcium-hidroxid OH⁻-ionokat szabadít fel, amelyek gyorsan semlegesíthetik a savas szennyvizet (pl. galvanizáló szennyvizek és HCl-t, H2SO4-et tartalmazó kémiai szennyvizek stb.), és stabilizálják a pH-t a céltartományon belül. A nátrium-hidroxidhoz (NaOH, amely erősen maró hatású) összehasonlítva lúgossága kíméletesebben szabadul fel, és kevésbé valószínű, hogy a túladagolás miatt hirtelen pH-emelkedést okoz – így elkerülhető a későbbi folyamatok károsodása (pl. mikroorganizmusok elpusztítása a biokémiai tartályokban).

Széleskörű alkalmazkodóképesség a savas szennyvíztípusokhoz : Legyen szó alacsony koncentrációjú savas szennyvízről (például a kommunális szennyvíz nitrifikációja során keletkező gyenge savakról), vagy nagy koncentrációjú erős savas szennyvízről (például acélpácolás szennyvíz, nyomtatási és festési szennyvíz), a kalcium-hidroxid adagolásával pontos pH-szabályozás érhető el. Ezenkívül a pH-beállítás egységenkénti költsége csak 1/2-1/3-a a nátrium-hidroxid költségének.

2. A koaguláció és a kicsapódás fokozása, a lebegő szilárd anyagok és kolloidok hatékony eltávolítása

A szennyvízben lévő lebegő szilárd anyagok (SS) és kolloid részecskék (pl. festékkolloidok a nyomtatási és festési szennyvízben, szerves kolloidok a kémiai szennyvízben) negatív töltésük miatt hajlamosak a stabil diszperzióra, és koagulánsokkal (például PAC, PFS) destabilizálni kell őket. A kalcium-hidroxid azonban növelheti a koaguláció hatékonyságát a 'pH beállítás + kalciumion-ellátás' kettős hatása révén:

A koagulációs környezet optimalizálása : A legtöbb koaguláns (például a polialumínium-klorid) semleges vagy gyengén lúgos körülmények között éri el a legmagasabb koagulációs hatékonyságot. A pH beállítása során a kalcium-hidroxid megfelelő környezetet biztosít a koagulációs reakciókhoz és csökkenti a koagulánsok adagját (ami 10%-20%-kal csökkentheti a koaguláns költségeket).

Kiegészítő koagulációs ionok biztosítása : A kalcium-hidroxidból disszociált Ca2+-ionok a szennyvízben lévő CO32⁻-mal és PO43⁻-mal egyesülve CaCO3 és Ca3(PO4)2 csapadékot képezhetnek. Ugyanakkor a Ca²⁺ ionok adszorbeálhatják a negatív töltéseket a kolloid részecskék felületén, elősegítve a kolloidok 'destabilizálódását' nagyobb pelyhekké, valamint felgyorsítva a kiválást és az elválasztást. Ez a hatás különösen jelentős a foszfor- és karbonáttartalmú szennyvizeknél.

3. Hatékony foszforeltávolítás, megfelel a kibocsátási szabványoknak

A foszfor a víz eutrofizációját okozó kulcsfontosságú szennyező anyag (pl. cianobaktériumok virágzása a tavakban és feketeszagú jelenségek a folyókban). Az összes foszfor (TP) kibocsátására vonatkozó nemzeti szabványok szigorúak – például a települési szennyvíz első osztályú A szabványa TP ≤ 0,5 mg/L-t ír elő, az ipari szennyvízre pedig gyakran szigorúbb TP ≤ 0,1 mg/L. A kalcium-hidroxid egy olcsó foszforeltávolító szer:

Reakcióelv : A Ca(OH)2-ből disszociált Ca2+-ionok a szennyvízben lévő PO43-ionokkal (beleértve az ortofoszfátot és a polifoszfátot) lúgos körülmények között egyesülnek (a legjobb hatás, ha pH ≥ 10,5), kalcium-foszfát (Ca3)-csapadékot képezve. Ezek a csapadékok rendkívül alacsony oldhatóságúak (oldhatósági szorzat Ksp = 2,07×10⁻33), és kicsapással és elválasztással teljesen eltávolíthatók.

Előnyök összehasonlítása : A speciális foszforeltávolító szerekhez (például poliferri-szulfát- és hipofoszfit-eltávolítókhoz) képest a kalcium-hidroxiddal végzett foszforeltávolítás költsége csak 1/3-1/4. Ezenkívül nincs szükség további szerek hozzáadására. Eközben a keletkezett kalcium-foszfát csapadék az iszappal együtt kezelhető anélkül, hogy másodlagos szennyezést okozna.

4. Segítségnyújtás nehézfém-ionok eltávolításában, toxicitás csökkentése

Az ipari szennyvíz (pl. galvanizáló, elektronikai és bányászati ​​szennyvíz) gyakran tartalmaz nehézfém-ionokat, mint például Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ és Pb²⁺. A kalcium-hidroxid 'lúgos csapadékkal' képes eltávolítani a nehézfémeket:

Reakciómechanizmus : A kalcium-hidroxid egy meghatározott tartományba emeli a szennyvíz pH-értékét – például ha pH = 8-9, a Cu2+ Cu(OH)2 csapadékot képez; ha pH = 9-10, a Ni2+ Ni(OH)2 csapadék képződik. Emiatt a nehézfém-ionok hidroxid csapadékot képeznek, amelyeket aztán kicsapással vagy szűréssel elválasztanak. Ugyanakkor a Ca2+-ionok egyes nehézfém-ionokkal (pl. CrO₄2⁻) egyesülve stabilabb kalciumsó-csapadékot képezhetnek (pl. CaCrO4), tovább javítva az eltávolítás hatékonyságát.

Előnyök : A kelátképző szerekhez képest (például az EDTA-alapú szerek, amelyek költségesek és maradványokat hagyhatnak maguk után), a kalcium-hidroxid eltávolítja a nehézfémeket anélkül, hogy a szermaradványok kockázata lenne. Ezenkívül a kicsapódott iszap nagy stabilitású (a hidroxid csapadék nem oldódik könnyen a természetes környezetben), és megfelel a veszélyes hulladékok ártalmatlanítására vonatkozó szabványoknak (GB 5085.3).

5. Alacsony költség, környezetbarátság és alkalmasság nagyszabású alkalmazásokhoz

A kalcium-hidroxid 'gazdasági hatékonysága' és 'környezetbarátsága' a fő oka annak, hogy széles körben elterjedt a szennyvíztisztításban:

Költségelőnyök : Nyersanyaga a mészkő (CaCO₃), amely bőséges készletekkel és alacsony bányászati ​​és feldolgozási költségekkel rendelkezik. A kalcium-hidroxid ára mindössze 1/5-1/3-a a nátrium-hidroxidnak és 1/2-a a poliferri-szulfátnak. Eközben sokoldalúsága (amely egyszerre képes elérni a pH beállítását, a foszfor eltávolítását és az iszapkondicionálást) csökkentheti a 'több szer kombinált hozzáadásának' költségeit (például nincs szükség külön pH-beállító, foszforeltávolító és iszapkondicionáló hozzáadására).

Környezetbarát, maradékanyag nélkül : A kalcium-hidroxid maga egy szervetlen bázis, és reakciótermékei (CaCO₃, Ca3(PO4)₂ és nehézfém-hidroxidok) mind stabil szilárd anyagok, nem hagynak hátra mérgező vagy káros maradványokat. Ezzel szemben a szerves bázisok, például az ammóniás víz illékonyak, és másodlagos szennyezést okozhatnak. Ezenkívül az iszapban lévő kalcium-sók növelhetik az iszap erőforrás-hasznosításának lehetőségét (pl. építkezési töltőanyagként vagy talajjavítóként történő felhasználása).

A kalcium-hidroxid alapértéke

A szennyvíztisztításban a kalcium-hidroxid versenyképessége a 'több funkció integrálása + alacsony költség + magas környezetbarátság' rejlik. Anélkül, hogy több ágensre lenne szükség, egyszerre több problémát is megoldhat, például rendellenes pH-értéket, túlzott lebegőanyagot, túlzott foszfort és nehéz iszap víztelenítést. Ráadásul költsége jóval alacsonyabb, mint a dedikált ügynökeké, és nem áll fenn a másodlagos szennyezés veszélye. Különösen alkalmas az ipari szennyvíztisztítás (pl. galvanizálás, nyomda és festés, valamint acélipar) és települési szennyvíztisztító telepek nagyléptékű felhasználására, így előnyben részesített szer, amely egyensúlyban tartja a 'kezelés hatékonyságát' és a 'gazdasági költségeket'.