แคลเซียมไฮดรอกไซด์ (Ca(OH)₂ หรือที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อปูนขาว) ในการบำบัดน้ำเสีย

แคลเซียมไฮดรอกไซด์ (Ca(OH)₂ หรือที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อปูนขาว) มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการบำบัดน้ำเสีย ซึ่งรวมถึงน้ำเสียทางอุตสาหกรรม น้ำเสียจากชุมชน และน้ำเสียจากการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ ด้วยความเป็นด่างสูง ต้นทุนต่ำ ใช้งานได้หลากหลาย และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม สามารถบรรลุเป้าหมายหลายประการไปพร้อมๆ กัน เช่น การปรับ pH การกำจัดมลพิษ และการปรับปรุงตะกอน ข้อได้เปรียบหลักของมันสะท้อนให้เห็นในด้านต่อไปนี้:

 

1. การปรับ pH ที่มีประสิทธิภาพ เหมาะสำหรับสถานการณ์คุณภาพน้ำที่หลากหลาย

ในการบำบัดน้ำเสีย กระบวนการส่วนใหญ่ (เช่น การแข็งตัว การบำบัดทางชีวเคมี และการออกซิเดชั่นขั้นสูง) มีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับค่า pH ของน้ำที่เข้ามา ตัวอย่างเช่น ช่วง pH ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับจุลินทรีย์ในถังชีวเคมีคือ 6.5-8.5 และ pH ที่ดีที่สุดสำหรับปฏิกิริยาการจับตัวเป็นก้อนคือ 7-9 แคลเซียมไฮดรอกไซด์เป็นตัวแทนที่ดีเยี่ยมในการปรับ pH:

ความเป็นด่างเข้มข้นแต่อ่อน : เมื่อละลายในน้ำ แคลเซียมไฮดรอกไซด์จะปล่อย OH⁻ ไอออน ซึ่งสามารถทำให้น้ำเสียที่เป็นกรดเป็นกลางได้อย่างรวดเร็ว (เช่น น้ำเสียจากการชุบด้วยไฟฟ้า และน้ำเสียที่เป็นสารเคมีที่มี HCl, H₂SO₄ ฯลฯ) และทำให้ค่า pH คงที่ภายในช่วงเป้าหมาย เมื่อเปรียบเทียบกับโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH ซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อนสูง) ความเป็นด่างของมันถูกปล่อยออกมาอย่างอ่อนโยนกว่า และมีโอกาสน้อยที่จะทำให้เกิดค่า pH เพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันเนื่องจากปริมาณที่มากเกินไป ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อกระบวนการต่อมา (เช่น การฆ่าจุลินทรีย์ในถังชีวเคมี)

ความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับประเภทของน้ำเสียที่เป็นกรดในวงกว้าง : ไม่ว่าจะเป็นน้ำเสียที่เป็นกรดที่มีความเข้มข้นต่ำ (เช่น กรดอ่อนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำไนตริฟิเคชันของน้ำเสียชุมชน) หรือน้ำเสียที่เป็นกรดเข้มข้นที่มีความเข้มข้นสูง (เช่น น้ำเสียจากการดองเหล็กและน้ำเสียจากการพิมพ์และการย้อมสี) การควบคุม pH ที่แม่นยำสามารถทำได้โดยการปรับปริมาณแคลเซียมไฮดรอกไซด์ นอกจากนี้ ต้นทุนต่อหน่วยการปรับ pH อยู่ที่ 1/2 ถึง 1/3 ของโซเดียมไฮดรอกไซด์เท่านั้น

2. เพิ่มการแข็งตัวและการตกตะกอน กำจัดของแข็งและคอลลอยด์ที่แขวนลอยได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ของแข็งแขวนลอย (SS) และอนุภาคคอลลอยด์ (เช่น สีย้อมคอลลอยด์ในน้ำเสียจากการพิมพ์และการย้อมสี, คอลลอยด์อินทรีย์ในน้ำเสียแบบเคมี) ในน้ำเสียมีแนวโน้มที่จะกระจายตัวอย่างเสถียรเนื่องจากมีประจุลบ และจำเป็นต้องทำให้เสถียรโดยสารตกตะกอน (เช่น PAC, PFS) อย่างไรก็ตาม แคลเซียมไฮดรอกไซด์สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการแข็งตัวของเลือดได้โดยอาศัยผลกระทบสองประการของ 'การปรับ pH + การจัดหาแคลเซียมไอออน':

การปรับสภาพแวดล้อมการจับตัวเป็นก้อนให้เหมาะสม : สารจับตัวเป็นส่วนใหญ่ (เช่น โพลีอลูมิเนียมคลอไรด์) บรรลุประสิทธิภาพการจับตัวเป็นก้อนสูงสุดภายใต้สภาวะที่เป็นกลางหรือเป็นด่างอ่อน ในขณะที่ปรับ pH แคลเซียมไฮดรอกไซด์จะให้สภาพแวดล้อมที่เหมาะสมสำหรับปฏิกิริยาการแข็งตัวของเลือดและลดปริมาณของสารตกตะกอน (ซึ่งสามารถลดต้นทุนการตกตะกอนได้ 10%-20%)

การจัดหาไอออนเสริมการแข็งตัว : ไอออน Ca²⁺ ที่แยกตัวออกจากแคลเซียมไฮดรอกไซด์สามารถรวมกับ CO₃²⁻ และ PO₄³⁻ ในน้ำเสียเพื่อสร้างตะกอน CaCO₃ และ Ca₃(PO₄)₂ ในเวลาเดียวกัน ไอออน Ca²⁺ สามารถดูดซับประจุลบบนพื้นผิวของอนุภาคคอลลอยด์ ซึ่งส่งเสริม 'การรวมตัวที่ไม่เสถียร' ของคอลลอยด์ให้ก่อตัวเป็นก้อนขนาดใหญ่ขึ้น และเร่งการตกตะกอนและการแยกตัว ผลกระทบนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับน้ำเสียที่มีฟอสฟอรัสและคาร์บอเนต

3. การกำจัดฟอสฟอรัสอย่างมีประสิทธิภาพ เป็นไปตามมาตรฐานการปล่อย

ฟอสฟอรัสเป็นสารมลพิษหลักที่ทำให้เกิดยูโทรฟิเคชันของน้ำ (เช่น ไซยาโนแบคทีเรียบานในทะเลสาบ และปรากฏการณ์กลิ่นดำในแม่น้ำ) มาตรฐานแห่งชาติสำหรับการปล่อยฟอสฟอรัสทั้งหมด (TP) นั้นเข้มงวด ตัวอย่างเช่น มาตรฐาน A ชั้นหนึ่งสำหรับน้ำเสียชุมชนต้องใช้ TP ≤ 0.5 มก./ลิตร และน้ำเสียอุตสาหกรรมมักจะมีข้อกำหนดที่เข้มงวดกว่าที่ TP ≤ 0.1 มก./ลิตร แคลเซียมไฮดรอกไซด์เป็นสารกำจัดฟอสฟอรัสที่มีต้นทุนต่ำ:

หลักการของปฏิกิริยา : ไอออน Ca²⁺ ที่แยกออกจาก Ca(OH)₂ รวมกับไอออน PO₄³⁻ ในน้ำเสีย (รวมถึงออร์โธฟอสเฟตและโพลีฟอสเฟต) ภายใต้สภาวะที่เป็นด่าง (โดยจะให้ผลดีที่สุดเมื่อ pH ≥ 10.5) ทำให้เกิดตะกอนแคลเซียมฟอสเฟต (Ca₃(PO₄)₂) ตะกอนเหล่านี้มีความสามารถในการละลายต่ำมาก (ผลิตภัณฑ์ความสามารถในการละลาย Ksp = 2.07×10⁻³³) และสามารถกำจัดออกได้ทั้งหมดโดยการตกตะกอนและการแยกตัว

การเปรียบเทียบข้อดี : เมื่อเปรียบเทียบกับสารกำจัดฟอสฟอรัสโดยเฉพาะ (เช่น สารกำจัดโพลีเฟอร์ริกซัลเฟตและไฮโปฟอสไฟต์) ค่าใช้จ่ายในการกำจัดฟอสฟอรัสโดยใช้แคลเซียมไฮดรอกไซด์จะอยู่ที่ 1/3 ถึง 1/4 เท่านั้น นอกจากนี้ ไม่จำเป็นต้องเพิ่มตัวแทนเพิ่มเติม ในขณะเดียวกัน ตะกอนแคลเซียมฟอสเฟตที่สร้างขึ้นสามารถบำบัดร่วมกับตะกอนได้โดยไม่ก่อให้เกิดมลพิษทุติยภูมิ

4. ช่วยในการกำจัดไอออนของโลหะหนัก ลดความเป็นพิษ

น้ำเสียอุตสาหกรรม (เช่น การชุบด้วยไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ และน้ำเสียจากการทำเหมือง) มักจะมีไอออนของโลหะหนัก เช่น Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ และ Pb²⁺ แคลเซียมไฮดรอกไซด์สามารถกำจัดโลหะหนักได้ผ่านทาง 'การตกตะกอนที่เป็นด่าง':

กลไกการเกิดปฏิกิริยา : แคลเซียมไฮดรอกไซด์จะเพิ่ม pH ของน้ำเสียในช่วงที่กำหนด ตัวอย่างเช่น เมื่อ pH = 8-9 Cu²⁺ จะเกิดเป็น Cu(OH)₂ จะตกตะกอน เมื่อ pH = 9-10 Ni²⁺ จะเกิด Ni(OH)₂ ตกตะกอน สิ่งนี้ทำให้ไอออนของโลหะหนักก่อตัวเป็นตะกอนไฮดรอกไซด์ ซึ่งจากนั้นจะถูกแยกออกโดยการตกตะกอนหรือการกรอง ในเวลาเดียวกัน ไอออน Ca²⁺ สามารถรวมกับไอออนของโลหะหนักบางชนิด (เช่น CrO₄²⁻) เพื่อสร้างตะกอนเกลือแคลเซียมที่มีความเสถียรมากขึ้น (เช่น CaCrO₄) ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการกำจัดต่อไป

ข้อดี : เมื่อเปรียบเทียบกับสารคีเลต (เช่น สารที่มี EDTA ซึ่งมีราคาแพงและอาจทิ้งสารตกค้าง) แคลเซียมไฮดรอกไซด์จะขจัดโลหะหนักโดยไม่เสี่ยงต่อสารตกค้าง นอกจากนี้ ตะกอนที่ตกตะกอนยังมีความเสถียรสูง (ตะกอนของไฮดรอกไซด์ไม่สามารถละลายได้ง่ายในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ) และเป็นไปตามมาตรฐานการกำจัดของเสียอันตราย (GB 5085.3)

5. ต้นทุนต่ำ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และความเหมาะสมสำหรับการใช้งานขนาดใหญ่

'ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ' และ 'เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม' ของแคลเซียมไฮดรอกไซด์เป็นเหตุผลหลักที่ทำให้มีการใช้แคลเซียมไฮดรอกไซด์อย่างกว้างขวางในการบำบัดน้ำเสีย:

ข้อได้เปรียบด้านต้นทุน : วัตถุดิบของมันคือหินปูน (CaCO₃) ซึ่งมีปริมาณสำรองมากมายและมีต้นทุนการทำเหมืองและการแปรรูปต่ำ ราคาของแคลเซียมไฮดรอกไซด์อยู่ที่ 1/5 ถึง 1/3 ของโซเดียมไฮดรอกไซด์และ 1/2 ของโพลีเฟอร์ริกซัลเฟต ในขณะเดียวกัน ความสามารถรอบด้าน (สามารถปรับ pH การกำจัดฟอสฟอรัส และการปรับสภาพตะกอนได้ไปพร้อมๆ กัน) สามารถลดต้นทุนในการ 'เพิ่มสารหลายตัวรวมกัน' ได้ (เช่น ไม่จำเป็นต้องเพิ่มตัวปรับ pH ตัวกำจัดฟอสฟอรัส และตัวปรับสภาพตะกอนแยกกัน)

ความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมโดยไม่มีสารตกค้าง : แคลเซียมไฮดรอกไซด์เองก็เป็นเบสอนินทรีย์ และผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยา (CaCO₃, Ca₃(PO₄)₂ และไฮดรอกไซด์โลหะหนัก) ล้วนเป็นของแข็งที่เสถียร โดยไม่ทิ้งสารพิษหรือสารตกค้างที่เป็นอันตราย ในทางตรงกันข้าม เบสอินทรีย์ เช่น น้ำแอมโมเนีย มีความผันผวนและอาจทำให้เกิดมลพิษทุติยภูมิได้ นอกจากนี้ เกลือแคลเซียมในตะกอนยังช่วยเพิ่มศักยภาพในการใช้ทรัพยากรของตะกอน (เช่น การใช้เป็นสารตัวเติมในการก่อสร้างหรือการปรับปรุงดิน)

คุณค่าหลักของแคลเซียมไฮดรอกไซด์

ในการบำบัดน้ำเสีย ความสามารถในการแข่งขันหลักของแคลเซียมไฮดรอกไซด์อยู่ที่ 'การบูรณาการฟังก์ชันที่หลากหลาย + ต้นทุนต่ำ + ความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสูง' โดยไม่จำเป็นต้องจับคู่สารหลายตัว ก็สามารถแก้ไขปัญหาต่างๆ ได้พร้อมกัน เช่น ค่า pH ที่ผิดปกติ สารแขวนลอยที่มากเกินไป ฟอสฟอรัสที่มากเกินไป และการบำบัดน้ำเสียจากตะกอนที่ยาก นอกจากนี้ ต้นทุนยังต่ำกว่าตัวแทนเฉพาะอย่างมาก และไม่มีความเสี่ยงต่อมลพิษทุติยภูมิ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานขนาดใหญ่ในการบำบัดน้ำเสียทางอุตสาหกรรม (เช่น การชุบด้วยไฟฟ้า การพิมพ์และการย้อมสี และอุตสาหกรรมเหล็ก) และโรงงานบำบัดน้ำเสียในชุมชน ทำให้เป็นตัวเลือกที่ต้องการซึ่งสร้างสมดุลทั้ง 'ประสิทธิภาพการบำบัด' และ 'ต้นทุนทางเศรษฐกิจ'