Vápno hraje multifunkční, ekonomickou a účinnou chemickou základní roli při čištění průmyslových odpadních vod a jeho funkce dalece přesahuje jednoduchou úpravu kyseliny-zásady. Jeho hlavní hodnota spočívá v přeměně rozpuštěných znečišťujících látek ve vodě na nerozpustné pevné látky prostřednictvím řady chemických a fyzikálních procesů, čímž se dosáhne separace a čištění.
1. Úprava pH a srážecí reakce
Hlavními složkami vápna jsou oxid vápenatý (CaO) nebo hydroxid vápenatý (Ca(OH)₂), které po rozpuštění ve vodě tvoří silně zásadité prostředí. To je základem všech jeho funkcí.
Dokáže rychle neutralizovat kyselé odpadní vody na neutrální nebo alkalické podmínky, čímž vytváří potřebné podmínky pro následné čištění a vysrážení kovů.
V alkalických podmínkách může reagovat s různými kovovými ionty ve vodě a vytvářet ve vodě -nerozpustné hydroxidy nebo sraženiny solí. Například:
Odstraňování těžkých kovů (jako je měď, nikl, zinek, chrom): Cu²⁺ + Ca(OH)₂ → Cu(OH)₂↓ + Ca²⁺
Odstranění fosforu: Reakce s ortofosfátem za vzniku sraženiny hydroxyapatitu: 5Ca²⁺ + 3PO₄3⁻ + OH⁻ → Ca₅(PO₄)₃(OH)↓
Odstraňování fluoridů: Tvorba sraženiny fluoridu vápenatého: Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂↓
2. Koagulační-koagulační synergický efekt
Vápno poskytuje nejen alkalické prostředí, ale ionty vápníku (Ca²⁺), které produkuje, a samotná sraženina mají fyzikálně-chemický synergický účinek:
Ca²⁺ může stlačit elektrickou dvojitou vrstvu koloidních částic v odpadní vodě, snížit jejich stabilitu a podpořit koloidní koagulaci.
Vzniklé mikrorozpustné látky hydroxidu vápenatého a jejich vločky se během tvorby a sedimentace chovají jako jemná síť, mechanicky zapouzdřují, adsorbují a smetá jemné suspendované částice, organické pigmenty a některé koloidní látky ve vodě a způsobují jejich usazování. Tento proces výrazně zlepšuje účinnost odstraňování zákalu a barvy.
3. Schopnost pokročilého zpracování specifických znečišťujících látek
V určitých scénářích průmyslových odpadních vod hraje vápno klíčovou roli:
Deemulgace a odstranění oleje: Pro zaolejované a emulgované odpadní vody může prostředí s vysokým pH narušit stabilní rozhraní emulgovaných olejových kapiček, což podporuje deemulgaci a separaci oleje.
Zmýdelnění: Může zmýdelnit mastné kyseliny a další organické látky v odpadních vodách a vytvářet nerozpustná vápenatá mýdla, která se snadněji odstraňují.
Chemická solidifikace: U odpadních vod obsahujících sulfidy, arzenáty atd. může generovat stabilnější sraženiny vápenaté soli, což snižuje jejich toxicitu a migraci.
4. Odstranění tvrdosti
Vápno je nejúčinnější při odstraňování „uhličitanové tvrdosti“ (tj. tvrdosti vápníku a hořčíku vázané na hydrogenuhličitanové ionty). Základní reakcí je „alkalizační srážení hydrogenuhličitanu“:
Odstranění vápenaté tvrdosti: Ca(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Tato reakce je klíčová: ionty vápníku přivedené zvenčí (z vápna) reagují s hydrogenuhličitanem vápenatým ve vodě za vzniku sraženiny uhličitanu vápenatého. Teoreticky, odstranění 1 molekuly hydrogenuhličitanu vápenatého vyžaduje 1 molekulu vápna a produkuje 2 molekuly sraženiny uhličitanu vápenatého.
Odstranění tvrdosti hořčíku: Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Odstranění hořčíku vyžaduje vyšší pH (obvykle nad 10,5), protože hydroxid hořečnatý má nižší rozpustnost. Vápno nejprve přeměňuje uhličitan hořečnatý na sraženinu hydroxidu hořečnatého a současně převádí související hydrogenuhličitanové ionty na sraženinu uhličitanu vápenatého.
V aplikacích vyžadujících hluboké změkčení odpadní vody (současné odstranění uhličitanové i ne{0}}karbonátové tvrdosti) se běžně používá „vápenný-proces“.
Vápno (Ca(OH)₂): Odstraňuje uhličitanovou tvrdost (jak je popsáno výše).
Soda (Na₂CO₃): Odstraňuje ne-uhličitanovou tvrdost. Například:
CaCl₂ + Na₂CO3 → CaCO₃↓ + 2NaCl
MgSO4 + Na2CO3 + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + CaCO3↓ + Na2SO4
Tento kombinovaný proces může snížit celkovou tvrdost na nízkou úroveň při vhodném pH.