Ο ασβέστης διαδραματίζει έναν πολυλειτουργικό, οικονομικό και αποτελεσματικό χημικό ρόλο ακρογωνιαίο λίθο στην επεξεργασία βιομηχανικών λυμάτων, με τη λειτουργία του να εκτείνεται πολύ πέρα από την απλή ρύθμιση οξέος-βάσης. Η βασική του αξία έγκειται στη μετατροπή των διαλυμένων ρύπων στο νερό σε αδιάλυτα στερεά μέσω μιας σειράς χημικών και φυσικών διεργασιών, επιτυγχάνοντας έτσι τον διαχωρισμό και τον καθαρισμό.
1. Ρύθμιση pH και αντίδραση κατακρήμνισης
Τα κύρια συστατικά του ασβέστη είναι το οξείδιο του ασβεστίου (CaO) ή το υδροξείδιο του ασβεστίου (Ca(OH)2), το οποίο σχηματίζει ένα έντονα αλκαλικό περιβάλλον όταν διαλύεται στο νερό. Αυτή είναι η βάση όλων των λειτουργιών του.
Μπορεί να εξουδετερώσει γρήγορα τα όξινα λύματα σε ουδέτερες ή αλκαλικές συνθήκες, δημιουργώντας τις απαραίτητες συνθήκες για επακόλουθη επεξεργασία και καθίζηση μετάλλων.
Υπό αλκαλικές συνθήκες, μπορεί να αντιδράσει με διάφορα μεταλλικά ιόντα στο νερό για να σχηματίσει-αδιάλυτα στο νερό υδροξείδια ή ιζήματα αλάτων. Για παράδειγμα:
Αφαίρεση βαρέων μετάλλων (όπως χαλκός, νικέλιο, ψευδάργυρος, χρώμιο): Cu²+ + Ca(OH)2 → Cu(OH)26 + Ca2+
Απομάκρυνση φωσφόρου: Αντίδραση με ορθοφωσφορικό άλας για σχηματισμό ιζήματος υδροξυαπατίτη: 5Ca2+ + 3PO43- + OH- → Ca5(PO4)3(OH)↓
Αφαίρεση φθορίου: Σχηματισμός ιζήματος φθοριούχου ασβεστίου: Ca²⁺ + 2F- → CaF2↓
2. Πήξη-πηκτική συνεργική δράση
Ο ασβέστης όχι μόνο παρέχει ένα αλκαλικό περιβάλλον, αλλά τα ιόντα ασβεστίου (Ca2+) που παράγει και το ίδιο το ίζημα έχουν μια φυσικοχημική συνεργιστική δράση:
Το Ca2+ μπορεί να συμπιέσει το ηλεκτρικό διπλό στρώμα των κολλοειδών σωματιδίων στα λύματα, μειώνοντας τη σταθερότητά τους και προάγοντας την κολλοειδή πήξη.
Τα παραγόμενα μικροδιαλυτά υδροξείδιο του ασβεστίου και οι κροκίδες τους, κατά τον σχηματισμό και την καθίζηση, λειτουργούν σαν ένα λεπτό δίχτυ, που ενθυλακώνει, απορροφά και απομακρύνει λεπτά αιωρούμενα σωματίδια, οργανικές χρωστικές και μερικές κολλοειδείς ουσίες στο νερό, προκαλώντας την καθίζηση τους. Αυτή η διαδικασία βελτιώνει σημαντικά την αποτελεσματικότητα αφαίρεσης της θολότητας και του χρώματος.
3. Προηγμένη ικανότητα επεξεργασίας για ειδικούς ρύπους
Σε ορισμένα σενάρια βιομηχανικών λυμάτων, ο ασβέστης παίζει κρίσιμο ρόλο:
Απογαλακτωματοποίηση και αφαίρεση λαδιού: Για ελαιώδη και γαλακτωματοποιημένα λύματα, ένα περιβάλλον υψηλού pH μπορεί να διαταράξει τη σταθερή διεπαφή των γαλακτωματοποιημένων σταγονιδίων λαδιού, προάγοντας την απογαλακτωματοποίηση και το διαχωρισμό του λαδιού.
Σαπωνοποίηση: Μπορεί να σαπωνοποιήσει τα λιπαρά οξέα και άλλες οργανικές ύλες στα λύματα, δημιουργώντας αδιάλυτα σαπούνια ασβεστίου, τα οποία αφαιρούνται ευκολότερα.
Χημική στερεοποίηση: Για λύματα που περιέχουν σουλφίδια, αρσενικά κ.λπ., μπορεί να δημιουργήσει πιο σταθερά ιζήματα αλάτων ασβεστίου, μειώνοντας την τοξικότητα και τη μετανάστευση τους.
4. Αφαίρεση σκληρότητας
Ο ασβέστης είναι πιο αποτελεσματικός στην αφαίρεση της "ανθρακικής σκληρότητας" (δηλαδή, της σκληρότητας ασβεστίου και μαγνησίου που συνδέονται με διττανθρακικά ιόντα). Η βασική αντίδραση είναι η «καταβύθιση αλκαλοποίησης διττανθρακικών»:
Αφαίρεση σκληρότητας ασβεστίου: Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O
Αυτή η αντίδραση είναι κρίσιμη: ιόντα ασβεστίου που εισάγονται εξωτερικά (από ασβέστη) αντιδρούν με όξινο ανθρακικό ασβέστιο στο νερό για να σχηματίσουν ίζημα ανθρακικού ασβεστίου. Θεωρητικά, η αφαίρεση 1 μορίου όξινου ανθρακικού ασβεστίου απαιτεί 1 μόριο ασβέστη και παράγει 2 μόρια ιζήματος ανθρακικού ασβεστίου.
Αφαίρεση σκληρότητας μαγνησίου: Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + 2CaCO3↓ + 2H2O
Η αφαίρεση του μαγνησίου απαιτεί υψηλότερο pH (συνήθως πάνω από 10,5) επειδή το υδροξείδιο του μαγνησίου έχει χαμηλότερη διαλυτότητα. Ο ασβέστης αρχικά μετατρέπει το ανθρακικό μαγνήσιο σε ίζημα υδροξειδίου του μαγνησίου, ενώ ταυτόχρονα μετατρέπει τα σχετικά διττανθρακικά ιόντα σε ίζημα ανθρακικού ασβεστίου.
Σε εφαρμογές που απαιτούν βαθιά αποσκλήρυνση των λυμάτων (με ταυτόχρονη αφαίρεση τόσο της ανθρακικής όσο και της μη ανθρακικής σκληρότητας), χρησιμοποιείται συνήθως η "διεργασία ασβέστη-νόδας".
Ασβέστης (Ca(OH)2): Αφαιρεί την ανθρακική σκληρότητα (όπως περιγράφεται παραπάνω).
Σόδα (Na2CO3): Αφαιρεί τη μη-ανθρακική σκληρότητα. Για παράδειγμα:
CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaCl
MgSO4 + Na2CO3 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaCO36 + Na2SO4
Αυτή η συνδυασμένη διαδικασία μπορεί να μειώσει τη συνολική σκληρότητα σε χαμηλό επίπεδο σε κατάλληλο pH.
