Vápno zohráva multifunkčnú, ekonomickú a účinnú chemickú základnú úlohu pri čistení priemyselných odpadových vôd, pričom jeho funkcia ďaleko presahuje jednoduché kyslé-zásady. Jeho základná hodnota spočíva v premene rozpustených znečisťujúcich látok vo vode na nerozpustné pevné látky prostredníctvom série chemických a fyzikálnych procesov, čím sa dosiahne separácia a čistenie.
1. Úprava pH a zrážacia reakcia
Hlavnými zložkami vápna sú oxid vápenatý (CaO) alebo hydroxid vápenatý (Ca(OH)₂), ktorý po rozpustení vo vode vytvára silne zásadité prostredie. To je základ všetkých jeho funkcií.
Dokáže rýchlo neutralizovať kyslé odpadové vody na neutrálne alebo zásadité podmienky, čím vytvára potrebné podmienky pre následné čistenie a vyzrážanie kovov.
V alkalických podmienkach môže reagovať s rôznymi iónmi kovov vo vode a vytvárať vo vode-nerozpustné hydroxidy alebo zrazeniny solí. Napríklad:
Odstraňovanie ťažkých kovov (ako je meď, nikel, zinok, chróm): Cu²⁺ + Ca(OH)₂ → Cu(OH)₂↓ + Ca²⁺
Odstraňovanie fosforu: Reakcia s ortofosfátom za vzniku zrazeniny hydroxyapatitu: 5Ca²⁺ + 3PO₄3⁻ + OH⁻ → Ca₅(PO₄)₃(OH)↓
Odstránenie fluoridu: Tvorba zrazeniny fluoridu vápenatého: Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂↓
2. Koagulačný-koagulačný synergický efekt
Vápno poskytuje nielen alkalické prostredie, ale ióny vápnika (Ca²⁺), ktoré produkuje, a samotná zrazenina majú fyzikálno-chemický synergický účinok:
Ca²⁺ môže stláčať elektrickú dvojitú vrstvu koloidných častíc v odpadovej vode, čím sa znižuje ich stabilita a podporuje sa koloidná koagulácia.
Vzniknuté mikrorozpustné látky hydroxidu vápenatého a ich vločky počas tvorby a sedimentácie pôsobia ako jemná sieť, mechanicky zapuzdrujú, adsorbujú a odstraňujú jemné suspendované častice, organické pigmenty a niektoré koloidné látky vo vode, čo spôsobuje ich vzájomné usadzovanie. Tento proces výrazne zlepšuje účinnosť odstraňovania zákalu a farby.
3. Schopnosť pokročilého spracovania špecifických znečisťujúcich látok
V určitých scenároch priemyselných odpadových vôd hrá vápno kľúčovú úlohu:
Deemulgácia a odstraňovanie oleja: V prípade olejových a emulgovaných odpadových vôd môže prostredie s vysokým pH narušiť stabilné rozhranie emulgovaných olejových kvapiek, čo podporuje deemulgáciu a separáciu oleja.
Zmydelnenie: Môže zmydelňovať mastné kyseliny a iné organické látky v odpadových vodách, čím vznikajú nerozpustné vápenaté mydlá, ktoré sa ľahšie odstraňujú.
Chemické tuhnutie: Pre odpadové vody obsahujúce sulfidy, arzenáty atď. môže vytvárať stabilnejšie zrazeniny vápenatých solí, čím sa znižuje ich toxicita a migrácia.
4. Odstránenie tvrdosti
Vápno je najúčinnejšie pri odstraňovaní "uhličitanovej tvrdosti" (t.j. tvrdosti vápnika a horčíka viazaných na hydrogénuhličitanové ióny). Hlavnou reakciou je „alkalizačné zrážanie bikarbonátu“:
Odstránenie tvrdosti vápnika: Ca(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Táto reakcia je rozhodujúca: zvonka zavedené vápenaté ióny (z vápna) reagujú s hydrogénuhličitanom vápenatým vo vode za vzniku zrazeniny uhličitanu vápenatého. Teoreticky, odstránenie 1 molekuly hydrogénuhličitanu vápenatého vyžaduje 1 molekulu vápna a produkuje 2 molekuly zrazeniny uhličitanu vápenatého.
Odstránenie tvrdosti horčíka: Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Odstránenie horčíka vyžaduje vyššie pH (zvyčajne nad 10,5), pretože hydroxid horečnatý má nižšiu rozpustnosť. Vápno najskôr premení uhličitan horečnatý na zrazeninu hydroxidu horečnatého, pričom súčasne premení súvisiace hydrogénuhličitanové ióny na zrazeninu uhličitanu vápenatého.
V aplikáciách vyžadujúcich hlboké zmäkčenie odpadovej vody (súčasne odstraňovanie uhličitanovej aj ne{0}}uhličitanovej tvrdosti) sa bežne používa „vápenný-proces“.
Vápno (Ca(OH)₂): Odstraňuje uhličitanovú tvrdosť (ako je popísané vyššie).
Sóda (Na₂CO₃): Odstraňuje ne-uhličitanovú tvrdosť. Napríklad:
CaCl₂ + Na₂CO3 → CaCO₃↓ + 2NaCl
MgSO4 + Na2CO3 + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + CaCO3↓ + Na2SO4
Tento kombinovaný proces môže znížiť celkovú tvrdosť na nízku úroveň pri vhodnom pH.