Idrossido di calcio (Ca(OH)₂, comunemente noto come calce idrata) nel trattamento delle acque reflue

Grazie alla sua forte alcalinità, basso costo, versatilità e rispetto dell'ambiente, l'idrossido di calcio (Ca(OH)₂, comunemente noto come calce idrata) è ampiamente utilizzato nel campo del trattamento delle acque reflue, comprese le acque reflue industriali, le acque reflue municipali e le acque reflue dell'acquacoltura. Può raggiungere simultaneamente più obiettivi come la regolazione del pH, la rimozione degli inquinanti e il miglioramento dei fanghi. I suoi principali vantaggi si riflettono nei seguenti aspetti:

 

1. Regolazione efficiente del pH, adatta a molteplici scenari di qualità dell'acqua

Nel trattamento delle acque reflue, la maggior parte dei processi (come la coagulazione, il trattamento biochimico e l'ossidazione avanzata) hanno requisiti rigorosi per il pH dell'acqua in ingresso. Ad esempio, l'intervallo di pH ottimale per i microrganismi nei serbatoi biochimici è 6,5-8,5 e il pH migliore per le reazioni di coagulazione è 7-9. L'idrossido di calcio è un eccellente agente per la regolazione del pH:

Alcalinità forte ma lieve : quando disciolto in acqua, l'idrossido di calcio rilascia ioni OH⁻, che possono neutralizzare rapidamente le acque reflue acide (ad esempio, acque reflue galvaniche e acque reflue chimiche contenenti HCl, H₂SO₄, ecc.) e stabilizzare il pH entro l'intervallo target. Rispetto all'idrossido di sodio (NaOH, che è altamente corrosivo), la sua alcalinità viene rilasciata più lentamente ed è meno probabile che causi un improvviso aumento del pH a causa di un dosaggio eccessivo, evitando così danni ai processi successivi (ad esempio, l'uccisione di microrganismi nei serbatoi biochimici).

Ampia adattabilità ai tipi di acque reflue acide : che si tratti di acque reflue acide a bassa concentrazione (come gli acidi deboli prodotti durante la nitrificazione delle acque reflue municipali) o di acque reflue fortemente acide ad alta concentrazione (come le acque reflue di decapaggio dell'acciaio e le acque reflue di stampa e tintura), è possibile ottenere un controllo preciso del pH regolando il dosaggio dell'idrossido di calcio. Inoltre, il costo per la regolazione del pH unitario è solo da 1/2 a 1/3 di quello dell'idrossido di sodio.

2. Miglioramento della coagulazione e della precipitazione, rimozione efficiente dei solidi e dei colloidi sospesi

I solidi sospesi (SS) e le particelle colloidali (ad esempio, colloidi coloranti nelle acque reflue di stampa e tintura, colloidi organici nelle acque reflue chimiche) nelle acque reflue sono soggetti a dispersione stabile a causa della loro carica negativa e devono essere destabilizzati dai coagulanti (come PAC, PFS). Tuttavia, l'idrossido di calcio può migliorare l'efficienza della coagulazione attraverso il duplice effetto di 'aggiustamento del pH + apporto di ioni calcio':

Ottimizzazione dell'ambiente di coagulazione : la maggior parte dei coagulanti (come il cloruro di polialluminio) raggiunge la massima efficienza di coagulazione in condizioni neutre o debolmente alcaline. Mentre si regola il pH, l'idrossido di calcio fornisce un ambiente adatto per le reazioni di coagulazione e riduce il dosaggio dei coagulanti (che può ridurre i costi dei coagulanti del 10%-20%).

Fornitura di ioni ausiliari di coagulazione : gli ioni Ca²⁺ dissociati dall'idrossido di calcio possono combinarsi con CO₃²⁻ e PO₄³⁻ nelle acque reflue per formare precipitati CaCO₃ e Ca₃(PO₄)₂. Allo stesso tempo, gli ioni Ca²⁺ possono adsorbire le cariche negative sulla superficie delle particelle colloidali, promuovendo la 'destabilizzazione-aggregazione' dei colloidi per formare fiocchi più grandi e accelerando la precipitazione e la separazione. Questo effetto è particolarmente significativo per le acque reflue contenenti fosforo e carbonati.

3. Rimozione efficiente del fosforo nel rispetto degli standard di scarico

Il fosforo è un inquinante chiave che causa l'eutrofizzazione dell'acqua (ad esempio, fioriture di cianobatteri nei laghi e fenomeni di odore nero nei fiumi). Gli standard nazionali per lo scarico del fosforo totale (TP) sono severi: ad esempio, lo standard di prima classe A per le acque reflue municipali richiede TP ≤ 0,5 mg/L, e le acque reflue industriali spesso hanno un requisito più severo di TP ≤ 0,1 mg/L. L'idrossido di calcio è un agente di rimozione del fosforo a basso costo:

Principio di reazione : gli ioni Ca²⁺ dissociati da Ca(OH)₂ si combinano con gli ioni PO₄³⁻ nelle acque reflue (inclusi ortofosfato e polifosfato) in condizioni alcaline (con l'effetto migliore quando pH ≥ 10,5) per formare precipitati di fosfato di calcio (Ca₃(PO₄)₂). Questi precipitati hanno una solubilità estremamente bassa (prodotto di solubilità Ksp = 2,07×10⁻³³) e possono essere completamente rimossi mtà estremamente bassa (prodotto di solubilità Ksp = 2,07×10⁻³³) e possono essere completamente rimossi mediante precipitazione e separazione.

Confronto dei vantaggi : rispetto agli agenti dedicati per la rimozione del fosforo (come i prodotti per la rimozione del solfato poliferrico e dell'ipofosfito), il costo della rimozione del fosforo utilizzando l'idrossido di calcio è solo da 1/3 a 1/4. Inoltre, non è necessario aggiungere ulteriori agenti. Nel frattempo, i precipitati di fosfato di calcio generati possono essere trattati insieme ai fanghi senza causare inquinamento secondario.

4. Aiutare nella rimozione degli ioni di metalli pesanti, riducendo la tossicità

Le acque reflue industriali (ad esempio, galvaniche, elettroniche e minerarie) spesso contengono ioni di metalli pesanti come Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ e Pb²⁺. L'idrossido di calcio può rimuovere i metalli pesanti attraverso la 'precipitazione alcalina':

Meccanismo di reazione : l'idrossido di calcio aumenta il pH delle acque reflue fino a un intervallo specifico: ad esempio, quando pH = 8-9, Cu²⁺ forma precipitati Cu(OH)₂; quando pH = 9-10, Ni²⁺ forma Ni(OH)₂ precipita. Ciò fa sì che gli ioni di metalli pesanti formino precipitati di idrossido, che vengono poi separati mediante precipitazione o filtrazione. Allo stesso tempo, gli ioni Ca²⁺ possono combinarsi con alcuni ioni di metalli pesanti (ad esempio CrO₄²⁻) per formare precipitati di sali di calcio più stabili (ad esempio CaCrO₄), migliorando ulteriormente l'efficienza di rimozione.

Vantaggi : Rispetto agli agenti chelanti (come gli agenti a base di EDTA, che sono costosi e possono lasciare residui), l'idrossido di calcio rimuove i metalli pesanti senza il rischio di residui di agente. Inoltre, i fanghi precipitati hanno un'elevata stabilità (gli idrossidi precipitati non si dissolvono facilmente nell'ambiente naturale) e soddisfano gli standard di smaltimento dei rifiuti pericolosi (GB 5085.3).

5. Basso costo, rispetto dell'ambiente e idoneità per applicazioni su larga scala

L''efficienza economica' e la 'compatibilità ambientale' dell'idrossido di calcio sono le ragioni principali della sua diffusa applicazione nel trattamento delle acque reflue:

Vantaggi economici : la sua materia prima è il calcare (CaCO₃), che dispone di abbondanti riserve e bassi costi di estrazione e lavorazione. Il prezzo dell'idrossido di calcio è solo da 1/5 a 1/3 di quello dell'idrossido di sodio e 1/2 di quello del solfato poliferrico. Nel frattempo, la sua versatilità (in grado di ottenere simultaneamente la regolazione del pH, la rimozione del fosforo e il condizionamento dei fanghi) può ridurre il costo dell''aggiunta di più agenti in combinazione' (ad esempio, non è necessario aggiungere un regolatore del pH, un dispositivo di rimozione del fosforo e un condizionatore dei fanghi separati).

Rispetto dell'ambiente senza residui : l'idrossido di calcio stesso è una base inorganica e i suoi prodotti di reazione (CaCO₃, Ca₃(PO₄)₂ e idrossidi di metalli pesanti) sono tutti solidi stabili, che non lasciano residui tossici o nocivi. Al contrario, le basi organiche come l’acqua ammoniacale sono volatili e possono causare inquinamento secondario. Inoltre, i sali di calcio presenti nei fanghi possono aumentare il potenziale di utilizzo delle risorse dei fanghi (ad esempio, utilizzandoli come riempitivo per l'edilizia o ammendante del terreno).

Valore fondamentale dell'idrossido di calcio

Nel trattamento delle acque reflue, la competitività principale dell'idrossido di calcio risiede nella sua 'integrazione di molteplici funzioni + basso costo + elevata compatibilità ambientale'. Senza la necessità di abbinare più agenti, può risolvere simultaneamente più problemi come pH anomalo, solidi sospesi eccessivi, fosforo eccessivo e difficoltà di disidratazione dei fanghi. Inoltre il suo costo è molto inferiore a quello degli agenti dedicati e non vi è alcun rischio di inquinamento secondario. È particolarmente adatto per applicazioni su larga scala nel trattamento delle acque reflue industriali (ad esempio, galvanica, stampa e tintura e industrie siderurgiche) e negli impianti di trattamento delle acque reflue municipali, rendendolo un agente preferito che bilancia sia l''efficienza del trattamento' che il 'costo economico'.