Hidroxid de calciu (Ca(OH)₂, cunoscut în mod obișnuit ca var hidratat) în tratarea apelor uzate

Datorită alcalinității sale puternice, costurilor reduse, versatilității și ecologice, hidroxidul de calciu (Ca(OH)₂, cunoscut în mod obișnuit ca var hidratat) este utilizat pe scară largă în domeniul epurării apelor uzate, inclusiv a apelor uzate industriale, a apelor uzate municipale și a apelor uzate de acvacultură. Poate atinge simultan mai multe obiective, cum ar fi ajustarea pH-ului, eliminarea poluanților și îmbunătățirea nămolului. Avantajele sale de bază se reflectă în următoarele aspecte:

 

1. Ajustare eficientă a pH-ului, potrivită pentru mai multe scenarii de calitate a apei

În tratarea apelor uzate, majoritatea proceselor (cum ar fi coagularea, tratarea biochimică și oxidarea avansată) au cerințe stricte pentru pH-ul apei care intră. De exemplu, intervalul optim de pH pentru microorganismele din rezervoarele biochimice este 6,5-8,5, iar cel mai bun pH pentru reacțiile de coagulare este 7-9. Hidroxidul de calciu este un agent excelent pentru ajustarea pH-ului:

Alcalinitate puternică, dar ușoară : atunci când este dizolvat în apă, hidroxidul de calciu eliberează ioni OH⁻, care pot neutraliza rapid apele uzate acide (de exemplu, electroplatizarea apelor uzate și a apelor uzate chimice care conțin HCl, H₂SO₄ etc.) și pot stabiliza pH-ul în intervalul țintă. În comparație cu hidroxidul de sodiu (NaOH, care este foarte coroziv), alcalinitatea sa este eliberată mai ușor și este mai puțin probabil să provoace o creștere bruscă a pH-ului din cauza dozării excesive - evitând astfel deteriorarea proceselor ulterioare (de exemplu, uciderea microorganismelor din rezervoarele biochimice).

Adaptabilitate largă la tipurile de ape uzate acide : Fie că este vorba de ape uzate acide cu concentrație scăzută (cum ar fi acizi slabi produși în timpul nitrificării apelor uzate municipale) sau ape uzate puternic acide cu concentrație mare (cum ar fi ape uzate de decapare a oțelului și ape uzate de imprimare și vopsire), controlul precis al pH-ului poate fi realizat prin ajustarea dozei de hidroxid de calciu. Mai mult, costul pe unitate de ajustare a pH-ului este de numai 1/2 până la 1/3 din cel al hidroxidului de sodiu.

2. Îmbunătățirea coagulării și precipitațiilor, îndepărtarea eficientă a solidelor în suspensie și a coloizilor

Solidele în suspensie (SS) și particulele coloidale (de exemplu, coloizi de colorant în apele uzate de tipărire și vopsire, coloizi organici din apele uzate chimice) din apele uzate sunt predispuse la dispersie stabilă datorită sarcinii lor negative și trebuie destabilizate de coagulanți (cum ar fi PAC, PFS). Cu toate acestea, hidroxidul de calciu poate îmbunătăți eficiența coagulării prin efectele duble ale „ajustării pH-ului + aportului de ioni de calciu”:

Optimizarea mediului de coagulare : Majoritatea coagulanților (cum ar fi clorura de polialuminiu) ating cea mai mare eficiență de coagulare în condiții neutre sau slab alcaline. În timpul ajustării pH-ului, hidroxidul de calciu oferă un mediu potrivit pentru reacțiile de coagulare și reduce doza de coagulanți (care poate scădea costurile de coagulare cu 10%-20%).

Furnizarea de ioni auxiliari de coagulare : ionii de Ca2⁺ disociați de hidroxid de calciu se pot combina cu CO₃²⁻ și PO₄³⁻ în ​​apele reziduale pentru a forma precipitate de CaCO₃ și Ca₃(PO₄)₂. În același timp, ionii de Ca²⁺ pot adsorbi sarcinile negative de pe suprafața particulelor coloidale, promovând „destabilizarea-agregarea” coloizilor pentru a forma flocuri mai mari și accelerând precipitarea și separarea. Acest efect este deosebit de semnificativ pentru apele reziduale care conțin fosfor și carbonat.

3. Îndepărtarea eficientă a fosforului, îndeplinirea standardelor de descărcare

Fosforul este un poluant cheie care provoacă eutrofizarea apei (de exemplu, cianobacteriile înfloresc în lacuri și fenomene de miros negru în râuri). Standardele naționale pentru evacuarea totală de fosfor (TP) sunt stricte – de exemplu, standardul de primă clasă A pentru canalizarea municipală necesită TP ≤ 0,5 mg/L, iar apele uzate industriale au adesea o cerință mai strictă de TP ≤ 0,1 mg/L. Hidroxidul de calciu este un agent ieftin de îndepărtare a fosforului:

Principiul de reacție : Ionii de Ca²⁺ disociați de Ca(OH)₂ se combină cu ionii de PO₄³⁻ din apa reziduală (inclusiv ortofosfat și polifosfat) în condiții alcaline (cu cel mai bun efect când pH ≥ 10,5) pentru a forma fosfat de calciu (Ca₃(PO₂) precipită). Aceste precipitate au o solubilitate extrem de scăzută (produsul de solubilitate Ksp = 2,07×10⁻³³) și pot fi îndepărtate complet prin precipitare și separare.

Comparație de avantaje : În comparație cu agenții de îndepărtare a fosforului dedicati (cum ar fi detergenții de sulfat poliferic și hipofosfit), costul eliminării fosforului folosind hidroxid de calciu este de doar 1/3 până la 1/4. În plus, nu trebuie adăugați agenți suplimentari. Între timp, precipitatele generate de fosfat de calciu pot fi tratate împreună cu nămol fără a provoca o poluare secundară.

4. Asistență la îndepărtarea ionilor de metale grele, reducerea toxicității

Apa uzată industrială (de exemplu, electroplacare, electronice și apele uzate miniere) conțin adesea ioni de metale grele, cum ar fi Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ și Pb²⁺. Hidroxidul de calciu poate îndepărta metalele grele prin „precipitări alcaline”:

Mecanism de reacție : hidroxidul de calciu crește pH-ul apei uzate la un interval specific - de exemplu, când pH = 8-9, Cu²⁺ formează Cu(OH)₂ precipitat; când pH = 9-10, Ni²⁺ formează precipitate de Ni(OH)₂. Acest lucru face ca ionii de metale grele să formeze precipitate de hidroxid, care sunt apoi separate prin precipitare sau filtrare. În același timp, ionii de Ca2⁺ se pot combina cu unii ioni de metale grele (de exemplu, CrO₄²⁻) pentru a forma precipitate de sare de calciu mai stabile (de exemplu, CaCrO₄), îmbunătățind în continuare eficiența de îndepărtare.

Avantaje : În comparație cu agenții de chelare (cum ar fi agenții pe bază de EDTA, care sunt costisitoare și pot lăsa reziduuri), hidroxidul de calciu îndepărtează metalele grele fără riscul de reziduuri de agent. În plus, nămolul precipitat are stabilitate ridicată (precipitatele de hidroxid nu se dizolvă ușor în mediul natural) și îndeplinește Standardele de eliminare a deșeurilor periculoase (GB 5085.3).

5. Cost redus, prietenos cu mediul și adecvare pentru aplicații la scară largă

„Eficiența economică” și „prietenitatea mediului” ale hidroxidului de calciu sunt principalele motive pentru aplicarea sa pe scară largă în tratarea apelor uzate:

Avantaje de cost : Materia sa primă este calcarul (CaCO₃), care are rezerve abundente și costuri reduse de exploatare și procesare. Prețul hidroxidului de calciu este de doar 1/5 până la 1/3 din cel al hidroxidului de sodiu și 1/2 din cel al sulfatului poliferric. Între timp, versatilitatea sa (capabilă de a realiza simultan ajustarea pH-ului, eliminarea fosforului și condiționarea nămolului) poate reduce costul „adăugării mai multor agenți în combinație” (de exemplu, nu este nevoie să adăugați un ajustator de pH separat, un agent de îndepărtare a fosforului și un agent de condiționare a nămolului).

Ecologic fără reziduuri : hidroxidul de calciu în sine este o bază anorganică, iar produșii săi de reacție (CaCO₃, Ca₃(PO₄)₂ și hidroxizi de metale grele) sunt toți solide stabile, fără a lăsa reziduuri toxice sau dăunătoare. În schimb, bazele organice precum apa cu amoniac sunt volatile și pot cauza poluare secundară. În plus, sărurile de calciu din nămol pot spori potențialul de utilizare a resurselor nămolului (de exemplu, folosindu-l ca umplutură de construcție sau amendament de sol).

Valoarea de bază a hidroxidului de calciu

În tratarea apelor uzate, competitivitatea de bază a hidroxidului de calciu constă în „integrarea mai multor funcții + cost redus + ecologicitate ridicată”. Fără a fi nevoie de potrivirea mai multor agenți, poate rezolva simultan mai multe probleme, cum ar fi pH anormal, solide în suspensie excesive, fosfor excesiv și deshidratarea dificilă a nămolului. Mai mult, costul acestuia este mult mai mic decât cel al agenților dedicați și nu există riscul de poluare secundară. Este deosebit de potrivit pentru aplicații pe scară largă în tratarea apelor uzate industriale (de exemplu, galvanoplastie, imprimare și vopsire și industria siderurgică) și stații de tratare a apelor uzate municipale, făcându-l un agent preferat care echilibrează atât „eficiența epurării” cât și „costul economic”.