Calciumhydroxide (Ca(OH)₂, algemeen bekend als gehydrateerde kalk) in de afvalwaterzuivering

Met zijn sterke alkaliteit, lage kosten, veelzijdigheid en milieuvriendelijkheid wordt calciumhydroxide (Ca(OH)₂, algemeen bekend als gehydrateerde kalk) veel gebruikt op het gebied van afvalwaterzuivering, waaronder industrieel afvalwater, gemeentelijk rioolwater en aquacultuurafvalwater. Het kan tegelijkertijd meerdere doelen bereiken, zoals aanpassing van de pH, verwijdering van verontreinigende stoffen en verbetering van slib. De belangrijkste voordelen worden weerspiegeld in de volgende aspecten:

 

1. Efficiënte pH-aanpassing, geschikt voor meerdere waterkwaliteitsscenario's

Bij de afvalwaterzuivering stellen de meeste processen (zoals coagulatie, biochemische behandeling en geavanceerde oxidatie) strikte eisen aan de pH van het binnenkomende water. Het optimale pH-bereik voor micro-organismen in biochemische tanks is bijvoorbeeld 6,5-8,5, en de beste pH voor coagulatiereacties is 7-9. Calciumhydroxide is een uitstekend middel voor pH-aanpassing:

Sterke maar milde alkaliteit : Wanneer calciumhydroxide in water wordt opgelost, komen er OH⁻-ionen vrij, die snel zuur afvalwater kunnen neutraliseren (bijv. afvalwater bij galvaniseren en chemisch afvalwater dat HCl, H₂SO₄ bevat, enz.) en de pH binnen het doelbereik kunnen stabiliseren. Vergeleken met natriumhydroxide (NaOH, dat zeer corrosief is), wordt de alkaliteit ervan milder vrijgegeven en is het minder waarschijnlijk dat het een plotselinge stijging van de pH veroorzaakt als gevolg van overmatige dosering, waardoor schade aan daaropvolgende processen wordt vermeden (bijvoorbeeld het doden van micro-organismen in biochemische tanks).

Brede aanpasbaarheid aan zure afvalwatertypen : Of het nu gaat om zuur afvalwater met een lage concentratie (zoals zwakke zuren die worden geproduceerd tijdens de nitrificatie van gemeentelijk rioolwater) of sterk zuur afvalwater met een hoge concentratie (zoals afvalwater voor het beitsen van staal en afvalwater voor beitsen en verven), nauwkeurige pH-regeling kan worden bereikt door de dosering van calciumhydroxide aan te passen. Bovendien bedragen de kosten per eenheid pH-aanpassing slechts 1/2 tot 1/3 van die van natriumhydroxide.

2. Verbetering van de coagulatie en neerslag, waardoor zwevende vaste stoffen en colloïden efficiënt worden verwijderd

Zwevende vaste stoffen (SS) en colloïdale deeltjes (bijv. kleurstofcolloïden in druk- en verfafvalwater, organische colloïden in chemisch afvalwater) in afvalwater zijn vanwege hun negatieve lading gevoelig voor stabiele dispersie en moeten worden gedestabiliseerd door coagulanten (zoals PAC, PFS). Calciumhydroxide kan echter de coagulatie-efficiëntie verbeteren door de dubbele effecten van 'pH-aanpassing + toevoer van calciumionen':

Optimalisatie van de coagulatieomgeving : De meeste coagulatiemiddelen (zoals polyaluminiumchloride) bereiken de hoogste coagulatie-efficiëntie onder neutrale of zwak alkalische omstandigheden. Terwijl de pH wordt aangepast, biedt calciumhydroxide een geschikte omgeving voor coagulatiereacties en verlaagt het de dosering van coagulantia (wat de coagulantkosten met 10% -20%) kan verlagen.

Leveren van hulpcoagulatie-ionen : De Ca²⁺-ionen, gescheiden van calciumhydroxide, kunnen zich combineren met CO₃²⁻ en PO₄³⁻ in afvalwater om CaCO₃- en Ca₃(PO₄)₂-precipitaten te vormen. Tegelijkertijd kunnen Ca²⁺-ionen de negatieve ladingen op het oppervlak van colloïdale deeltjes adsorberen, waardoor de 'destabilisatie-aggregatie' van colloïden wordt bevorderd om grotere vlokken te vormen en de precipitatie en scheiding wordt versneld. Dit effect is vooral significant voor fosforhoudend en carbonaathoudend afvalwater.

3. Efficiënte verwijdering van fosfor, voldoen aan lozingsnormen

Fosfor is een belangrijke verontreinigende stof die watereutrofiëring veroorzaakt (cyanobacteriën bloeien bijvoorbeeld in meren en zwarte geurverschijnselen in rivieren). De nationale normen voor de totale fosforlozing (TP) zijn streng. De eersteklas A-norm voor gemeentelijk rioolwater vereist bijvoorbeeld een TP ≤ 0,5 mg/l, en industrieel afvalwater heeft vaak een strengere eis van TP ≤ 0,1 mg/l. Calciumhydroxide is een goedkoop fosforverwijderingsmiddel:

Reactieprincipe : De Ca²⁺-ionen gescheiden van Ca(OH)₂ combineren met PO₄³⁻-ionen in afvalwater (inclusief orthofosfaat en polyfosfaat) onder alkalische omstandigheden (met het beste effect wanneer pH ≥ 10,5) om calciumfosfaat (Ca₃(PO₄)₂) te vormen. Deze neerslagen hebben een extreem lage oplosbaarheid (oplosbaarheidsproduct Ksp = 2,07×10⁻³³) en kunnen volledig worden verwijderd door precipitatie en scheiding.

Voordeelvergelijking : Vergeleken met speciale fosforverwijderingsmiddelen (zoals polyferrisulfaat- en hypofosfietverwijderaars) bedragen de kosten van fosforverwijdering met behulp van calciumhydroxide slechts 1/3 tot 1/4. Bovendien hoeven er geen extra middelen te worden toegevoegd. Ondertussen kunnen de gegenereerde calciumfosfaatneerslagen samen met slib worden behandeld zonder secundaire vervuiling te veroorzaken.

4. Assisteren bij de verwijdering van zware metaalionen, waardoor de toxiciteit wordt verminderd

Industrieel afvalwater (bijvoorbeeld galvanisch afvalwater, elektronica en mijnafvalwater) bevat vaak zware metaalionen zoals Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ en Pb²⁺. Calciumhydroxide kan zware metalen verwijderen door middel van 'alkalische neerslag':

Reactiemechanisme : Calciumhydroxide verhoogt de pH van afvalwater tot een specifiek bereik. Wanneer de pH = 8-9 bijvoorbeeld, vormt Cu²⁺ Cu(OH)₂-neerslag; bij pH = 9-10 vormt Ni²⁺ Ni(OH)₂ en slaat neer. Dit zorgt ervoor dat zware metaalionen hydroxideneerslag vormen, die vervolgens worden gescheiden door precipitatie of filtratie. Tegelijkertijd kunnen Ca²⁺-ionen zich combineren met sommige zware metaalionen (bijv. CrO₄²⁻) om stabielere calciumzoutprecipitaten te vormen (bijv. CaCrO₄), waardoor de verwijderingsefficiëntie verder wordt verbeterd.

Voordelen : Vergeleken met chelaatvormers (zoals op EDTA gebaseerde middelen, die kostbaar zijn en resten kunnen achterlaten), verwijdert calciumhydroxide zware metalen zonder het risico van resten van het middel. Bovendien heeft het neergeslagen slib een hoge stabiliteit (hydroxideneerslagen lossen niet gemakkelijk op in de natuurlijke omgeving) en voldoet het aan de normen voor gevaarlijke afvalverwijdering (GB 5085.3).

5. Lage kosten, milieuvriendelijkheid en geschiktheid voor grootschalige toepassingen

De ‘economische efficiëntie’ en ‘milieuvriendelijkheid’ van calciumhydroxide zijn de belangrijkste redenen voor de wijdverbreide toepassing ervan in de afvalwaterzuivering:

Kostenvoordelen : De grondstof is kalksteen (CaCO₃), dat overvloedige reserves heeft en lage mijnbouw- en verwerkingskosten heeft. De prijs van calciumhydroxide is slechts 1/5 tot 1/3 van die van natriumhydroxide en 1/2 van die van polyferrisulfaat. Ondertussen kan de veelzijdigheid ervan (die tegelijkertijd pH-aanpassing, fosforverwijdering en slibconditionering kan bewerkstelligen) de kosten verlagen van 'het toevoegen van meerdere middelen in combinatie' (het is bijvoorbeeld niet nodig om een ​​afzonderlijke pH-regelaar, fosforverwijderaar en slibconditioner toe te voegen).

Milieuvriendelijkheid zonder residuen : Calciumhydroxide zelf is een anorganische basis en de reactieproducten ervan (CaCO₃, Ca₃(PO₄)₂ en zware metaalhydroxiden) zijn allemaal stabiele vaste stoffen, die geen giftige of schadelijke residuen achterlaten. Organische basen zoals ammoniakwater zijn daarentegen vluchtig en kunnen secundaire vervuiling veroorzaken. Bovendien kunnen de calciumzouten in het slib het potentieel voor het gebruik van hulpbronnen van het slib vergroten (bijvoorbeeld door het te gebruiken als constructievulmiddel of als bodemverbetering).

Kernwaarde van calciumhydroxide

Bij de afvalwaterzuivering ligt het belangrijkste concurrentievermogen van calciumhydroxide in de 'integratie van meerdere functies + lage kosten + hoge milieuvriendelijkheid'. Zonder de noodzaak om meerdere middelen op elkaar af te stemmen, kan het tegelijkertijd meerdere problemen oplossen, zoals een abnormale pH, overmatig zwevende vaste stoffen, overmatig fosfor en moeilijke slibontwatering. Bovendien zijn de kosten veel lager dan die van speciale middelen en bestaat er geen risico op secundaire vervuiling. Het is met name geschikt voor grootschalige toepassingen in de industriële afvalwaterzuivering (bijv. galvaniseren, bedrukken en verven, en de staalindustrie) en gemeentelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties, waardoor het een voorkeursmiddel is dat zowel de 'zuiveringsefficiëntie' als de 'economische kosten' in evenwicht houdt.