Kalkės atlieka daugiafunkcį, ekonomišką ir veiksmingą cheminį pagrindinį vaidmenį pramoninių nuotekų valyme, o jų funkcija yra daug platesnė nei paprastas rūgšties{0}}bazės reguliavimas. Jo pagrindinė vertė yra vandenyje ištirpusių teršalų pavertimas netirpiomis kietosiomis medžiagomis per daugybę cheminių ir fizinių procesų ir taip pasiekiamas atskyrimas ir gryninimas.
1. pH reguliavimas ir nusodinimo reakcija
Pagrindiniai kalkių komponentai yra kalcio oksidas (CaO) arba kalcio hidroksidas (Ca(OH)₂), kuris, ištirpęs vandenyje, sudaro stipriai šarminę aplinką. Tai yra visų jos funkcijų pagrindas.
Jis gali greitai neutralizuoti rūgštines nuotekas iki neutralių ar šarminių sąlygų, sudarydamas būtinas sąlygas tolesniam valymui ir metalo nusodinimui.
Esant šarminėms sąlygoms, jis gali reaguoti su įvairiais vandenyje esančiais metalų jonais, sudarydamas vandenyje -netirpius hidroksidus arba druskų nuosėdas. Pavyzdžiui:
Sunkiųjų metalų (tokių kaip varis, nikelis, cinkas, chromas) pašalinimas: Cu²⁺ + Ca(OH)₂ → Cu(OH)₂↓ + Ca²⁺
Fosforo pašalinimas: Reakcija su ortofosfatu, kad susidarytų hidroksiapatito nuosėdos: 5Ca²⁺ + 3PO₄3⁻ + OH⁻ → Ca₅(PO₄)3(OH)↓
Fluoro pašalinimas: kalcio fluorido nuosėdų susidarymas: Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂↓
2. Koaguliacijos-sinergetinis poveikis
Kalkės ne tik sukuria šarminę aplinką, bet ir jų gaminami kalcio jonai (Ca²⁺) ir pačios nuosėdos turi fizikinį ir cheminį sinergetinį poveikį:
Ca²⁺ gali suspausti elektrinį dvigubą koloidinių dalelių sluoksnį nuotekose, sumažindamas jų stabilumą ir skatindamas koloidinį koaguliaciją.
Susidarę kalcio hidroksido mikrotirpieji ir jų flokai formavimosi ir sedimentacijos metu veikia kaip smulkus tinklas, mechaniškai įkapsuliuodamas, adsorbuodamas ir nušluodamas vandenyje esančias smulkias suspenduotas daleles, organinius pigmentus ir kai kurias koloidines medžiagas, todėl jos nusėda kartu. Šis procesas žymiai pagerina drumstumo ir spalvos pašalinimo efektyvumą.
3. Pažangus specifinių teršalų apdorojimo pajėgumas
Tam tikruose pramoninių nuotekų scenarijuose kalkės vaidina lemiamą vaidmenį:
Demulsifikavimas ir alyvos pašalinimas: riebių ir emulsuotų nuotekų atveju aukšto pH aplinka gali sutrikdyti stabilią emulsuotų aliejaus lašelių sąsają, skatindama aliejaus demulsifikaciją ir atskyrimą.
Muilinimas: gali muilinti riebalų rūgštis ir kitas organines medžiagas nuotekose, sudarydamas netirpus kalcio muilą, kurį lengviau pašalinti.
Cheminis kietėjimas: nuotekose, kuriose yra sulfidų, arsenatų ir kt., gali susidaryti stabilesnės kalcio druskos nuosėdos, sumažinant jų toksiškumą ir migraciją.
4. Kietumo pašalinimas
Kalkės efektyviausiai pašalina „karbonatinį kietumą“ (ty kalcio ir magnio kietumą, susietą su bikarbonato jonais). Pagrindinė reakcija yra „bikarbonato šarminimo nusodinimas“:
Kalcio kietumo pašalinimas: Ca(OH)₂ + Ca(HCO3)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Ši reakcija yra labai svarbi: iš išorės įvesti kalcio jonai (iš kalkių) reaguoja su kalcio bikarbonatu vandenyje ir susidaro kalcio karbonato nuosėdos. Teoriškai, norint pašalinti 1 molekulę kalcio bikarbonato, reikia 1 molekulės kalkių ir susidaro 2 molekulės kalcio karbonato nuosėdų.
Magnio kietumo pašalinimas: Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Magnio pašalinimui reikalingas aukštesnis pH (dažniausiai didesnis nei 10,5), nes magnio hidroksido tirpumas yra mažesnis. Kalkės pirmiausia paverčia magnio karbonatą į magnio hidroksido nuosėdas, tuo pat metu paverčiant susijusius bikarbonato jonus į kalcio karbonato nuosėdas.
Tais atvejais, kai reikia giliai suminkštinti nuotekas (vienu metu pašalinant karbonatinį ir ne{0}}karbonatinį kietumą), dažniausiai naudojamas „kalkių- sodos procesas“.
Kalkės (Ca(OH)₂): pašalina karbonato kietumą (kaip aprašyta aukščiau).
Sodos pelenai (Na₂CO₃): pašalina ne{0}}karbonatinį kietumą. Pavyzdžiui:
CaCl₂ + Na₂CO3 → CaCO3↓ + 2NaCl
MgSO₄ + Na2CO3 + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + CaCO3↓ + Na2SO4
Šis kombinuotas procesas gali sumažinti bendrą kietumą iki žemo lygio esant tinkamam pH.
