Canxi Hydroxide (Ca(OH)₂, thường được gọi là Vôi ngậm nước) trong xử lý nước thải

Với độ kiềm mạnh, chi phí thấp, tính linh hoạt và thân thiện với môi trường, canxi hydroxit (Ca(OH)₂, thường được gọi là vôi ngậm nước) được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý nước thải, bao gồm nước thải công nghiệp, nước thải đô thị và nước thải nuôi trồng thủy sản. Nó có thể đồng thời đạt được nhiều mục tiêu như điều chỉnh độ pH, loại bỏ chất ô nhiễm và cải thiện bùn. Ưu điểm cốt lõi của nó được thể hiện ở các khía cạnh sau:

 

1. Điều chỉnh độ pH hiệu quả, phù hợp với nhiều tình huống chất lượng nước

Trong xử lý nước thải, hầu hết các quy trình (như đông tụ, xử lý sinh hóa và oxy hóa nâng cao) đều có yêu cầu nghiêm ngặt về độ pH của nước đầu vào. Ví dụ, khoảng pH tối ưu cho vi sinh vật trong bể sinh hóa là 6,5-8,5 và độ pH tốt nhất cho phản ứng đông tụ là 7-9. Canxi hydroxit là một tác nhân tuyệt vời để điều chỉnh độ pH:

Độ kiềm mạnh nhưng nhẹ : Khi hòa tan trong nước, canxi hydroxit giải phóng các ion OH⁻, có thể nhanh chóng trung hòa nước thải có tính axit (ví dụ: nước thải mạ điện và nước thải hóa học có chứa HCl, H₂SO₄, v.v.) và ổn định độ pH trong phạm vi mục tiêu. So với natri hydroxit (NaOH, chất có tính ăn mòn cao), độ kiềm của nó được giải phóng nhẹ nhàng hơn và ít có khả năng gây ra sự tăng pH đột ngột do sử dụng quá liều lượng - do đó tránh được thiệt hại cho các quá trình tiếp theo (ví dụ: tiêu diệt vi sinh vật trong bể sinh hóa).

Khả năng thích ứng rộng với các loại nước thải có tính axit : Cho dù đó là nước thải có tính axit nồng độ thấp (như axit yếu được tạo ra trong quá trình nitrat hóa nước thải đô thị) hay nước thải có tính axit mạnh nồng độ cao (như nước thải tẩy thép và nước thải in và nhuộm), có thể đạt được kiểm soát độ pH chính xác bằng cách điều chỉnh liều lượng canxi hydroxit. Hơn nữa, chi phí cho mỗi đơn vị điều chỉnh pH chỉ bằng 1/2 đến 1/3 chi phí điều chỉnh pH natri.

2. Tăng cường quá trình đông tụ và kết tủa, loại bỏ hiệu quả các chất rắn lơ lửng và chất keo

Chất rắn lơ lửng (SS) và các hạt keo (ví dụ: keo thuốc nhuộm trong nước thải in và nhuộm, chất keo hữu cơ trong nước thải hóa học) trong nước thải có xu hướng phân tán ổn định do điện tích âm và cần được khử ổn định bởi các chất keo tụ (như PAC, PFS). Tuy nhiên, canxi hydroxit có thể nâng cao hiệu quả đông máu thông qua tác dụng kép của việc 'điều chỉnh độ pH + cung cấp ion canxi':

Tối ưu hóa môi trường đông tụ : Hầu hết các chất keo tụ (như polyalumin clorua) đạt được hiệu quả đông tụ cao nhất trong điều kiện trung tính hoặc kiềm yếu. Trong khi điều chỉnh độ pH, canxi hydroxit cung cấp môi trường thích hợp cho các phản ứng đông máu và giảm liều lượng chất keo tụ (có thể giảm chi phí keo tụ từ 10% -20%).

Cung cấp các ion đông tụ phụ trợ : Các ion Ca2⁺ phân ly từ canxi hydroxit có thể kết hợp với CO₃²⁻ và PO₄³⁻ trong nước thải để tạo thành kết tủa CaCO₃ và Ca₃(PO₄)₂. Đồng thời, các ion Ca²⁺ có thể hấp thụ các điện tích âm trên bề mặt của các hạt keo, thúc đẩy quá trình 'làm mất ổn định-kết tụ' của các chất keo để tạo thành các khối lớn hơn và đẩy nhanh quá trình kết tủa và phân tách. Hiệu ứng này đặc biệt có ý nghĩa đối với nước thải chứa phốt pho và cacbonat.

3. Loại bỏ phốt pho hiệu quả, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải

Phốt pho là chất gây ô nhiễm chính gây ra hiện tượng phú dưỡng nước (ví dụ, vi khuẩn lam nở hoa trong hồ và hiện tượng mùi đen ở sông). Các tiêu chuẩn quốc gia về tổng lượng phốt pho (TP) thải ra rất nghiêm ngặt - ví dụ, tiêu chuẩn loại A đầu tiên cho nước thải đô thị yêu cầu TP ≤ 0,5 mg/L và nước thải công nghiệp thường có yêu cầu nghiêm ngặt hơn về TP ≤ 0,1 mg/L. Canxi hydroxit là chất loại bỏ phốt pho chi phí thấp:

Nguyên lý phản ứng : Các ion Ca²⁺ phân ly từ Ca(OH)₂ kết hợp với các ion PO₄³⁻ trong nước thải (bao gồm orthophosphate và polyphosphate) trong điều kiện kiềm (hiệu quả tốt nhất khi pH ≥ 10,5) tạo thành kết tủa canxi photphat (Ca₃(PO₄)₂). Những kết tủa này có độ hòa tan cực thấp (tích số hòa tan Ksp = 2,07×10⁻³³) và có thể được loại bỏ hoàn toàn thông qua kết tủa và tách.

So sánh ưu điểm : So với các chất loại bỏ phốt pho chuyên dụng (chẳng hạn như chất tẩy polyferric sunfat và hypophosphite), chi phí loại bỏ phốt pho bằng canxi hydroxit chỉ bằng 1/3 đến 1/4. Ngoài ra, không cần thêm tác nhân bổ sung nào. Trong khi đó, kết tủa canxi photphat sinh ra có thể được xử lý cùng với bùn mà không gây ô nhiễm thứ cấp.

4. Hỗ trợ loại bỏ ion kim loại nặng, giảm độc tính

Nước thải công nghiệp (ví dụ: nước thải mạ điện, điện tử và khai thác mỏ) thường chứa các ion kim loại nặng như Cu2⁺, Ni2⁺, Zn2⁺ và Pb2⁺. Canxi hydroxit có thể loại bỏ kim loại nặng thông qua 'kết tủa kiềm':

Cơ chế phản ứng : Canxi hydroxit làm tăng độ pH của nước thải đến một phạm vi cụ thể—ví dụ: khi pH = 8-9, Cu2⁺ tạo thành kết tủa Cu(OH)₂; khi pH = 9-10, Ni²⁺ tạo thành kết tủa Ni(OH)₂. Điều này làm cho các ion kim loại nặng tạo thành kết tủa hydroxit, sau đó được tách ra thông qua kết tủa hoặc lọc. Đồng thời, ion Ca2⁺ có thể kết hợp với một số ion kim loại nặng (ví dụ CrO₄2⁻) để tạo thành kết tủa muối canxi ổn định hơn (ví dụ CaCrO₄), nâng cao hơn nữa hiệu quả loại bỏ.

Ưu điểm : So với các tác nhân chelat (chẳng hạn như các tác nhân gốc EDTA, đắt tiền và có thể để lại dư lượng), canxi hydroxit loại bỏ kim loại nặng mà không có nguy cơ tồn dư tác nhân. Hơn nữa, bùn kết tủa có độ ổn định cao (kết tủa hydroxit không dễ hòa tan trong môi trường tự nhiên) và đáp ứng Tiêu chuẩn xử lý chất thải nguy hại (GB 5085.3).

5. Chi phí thấp, thân thiện với môi trường và phù hợp cho các ứng dụng quy mô lớn

'Hiệu quả kinh tế' và 'thân thiện với môi trường' của canxi hydroxit là những lý do cốt lõi cho việc ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải:

Ưu điểm về chi phí : Nguyên liệu thô của nó là đá vôi (CaCO₃), có trữ lượng dồi dào và chi phí khai thác và chế biến thấp. Giá của canxi hydroxit chỉ bằng 1/5 đến 1/3 so với natri hydroxit và 1/2 so với polyferric sunfat. Trong khi đó, tính linh hoạt của nó (có khả năng điều chỉnh đồng thời độ pH, loại bỏ phốt pho và xử lý bùn) có thể giảm chi phí 'thêm nhiều tác nhân kết hợp' (ví dụ: không cần thêm bộ điều chỉnh độ pH, chất loại bỏ phốt pho và chất xử lý bùn riêng biệt).

Thân thiện với môi trường và không có cặn : Bản thân canxi hydroxit là một bazơ vô cơ và các sản phẩm phản ứng của nó (CaCO₃, Ca₃(PO₄)₂ và hydroxit kim loại nặng) đều là chất rắn ổn định, không để lại dư lượng độc hại hoặc có hại. Ngược lại, các bazơ hữu cơ như nước amoniac dễ bay hơi và có thể gây ô nhiễm thứ cấp. Ngoài ra, muối canxi trong bùn có thể nâng cao tiềm năng sử dụng tài nguyên của bùn (ví dụ, sử dụng nó làm chất độn xây dựng hoặc cải tạo đất).

Giá trị cốt lõi của Canxi Hydroxide

Trong xử lý nước thải, khả năng cạnh tranh cốt lõi của canxi hydroxit nằm ở chỗ 'tích hợp nhiều chức năng + chi phí thấp + thân thiện với môi trường cao'. Không cần kết hợp nhiều tác nhân, nó có thể giải quyết đồng thời nhiều vấn đề như độ pH bất thường, chất rắn lơ lửng quá mức, phốt pho quá mức và việc khử nước bùn khó khăn. Hơn nữa, giá thành của nó thấp hơn nhiều so với các đại lý chuyên dụng và không có nguy cơ ô nhiễm thứ cấp. Nó đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng quy mô lớn trong xử lý nước thải công nghiệp (ví dụ: mạ điện, in và nhuộm, công nghiệp thép) và các nhà máy xử lý nước thải đô thị, khiến nó trở thành tác nhân được ưu tiên cân bằng cả 'hiệu quả xử lý' và 'chi phí kinh tế'.