Kalk spielt eine multifunktionale, wirtschaftliche und effiziente chemische Grundsteinrolle in der industriellen Abwasseraufbereitung, seine Funktion geht weit über die einfache Säure-Basen-Regulierung hinaus. Sein Kernwert liegt darin, im Wasser gelöste Schadstoffe durch eine Reihe chemischer und physikalischer Prozesse in unlösliche Feststoffe umzuwandeln und so eine Trennung und Reinigung zu erreichen.
1. pH-Einstellung und Fällungsreaktion
Die Hauptbestandteile von Kalk sind Calciumoxid (CaO) bzw. Calciumhydroxid (Ca(OH)₂), das in Wasser gelöst ein stark alkalisches Milieu bildet. Dies ist die Grundlage aller seiner Funktionen.
Es kann saures Abwasser schnell neutral oder alkalisch neutralisieren und so die notwendigen Bedingungen für die anschließende Behandlung und Metallfällung schaffen.
Unter alkalischen Bedingungen kann es mit verschiedenen Metallionen im Wasser reagieren und wasserunlösliche Hydroxide oder Salzniederschläge bilden. Zum Beispiel:
Entfernung von Schwermetallen (wie Kupfer, Nickel, Zink, Chrom): Cu²⁺ + Ca(OH)₂ → Cu(OH)₂↓ + Ca²⁺
Phosphorentfernung: Reaktion mit Orthophosphat zur Bildung eines Hydroxylapatit-Niederschlags: 5Ca²⁺ + 3PO₄³⁻ + OH⁻ → Ca₅(PO₄)₃(OH)↓
Fluoridentfernung: Bildung eines Calciumfluoridniederschlags: Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂↓
2. Koagulation-gerinnungsfördernder synergistischer Effekt
Kalk sorgt nicht nur für ein alkalisches Milieu, sondern die von ihm produzierten Calciumionen (Ca²⁺) und der Niederschlag selbst haben eine physikalisch-chemische synergistische Wirkung:
Ca²⁺ kann die elektrische Doppelschicht kolloidaler Partikel im Abwasser komprimieren, wodurch deren Stabilität verringert und die kolloidale Koagulation gefördert wird.
Die erzeugten mikrolöslichen Calciumhydroxid-Flocken und ihre Flocken wirken während der Bildung und Sedimentation wie ein feines Netz, das feine Schwebeteilchen, organische Pigmente und einige kolloidale Substanzen im Wasser mechanisch einkapselt, adsorbiert und wegfegt, wodurch sie sich zusammensetzen. Dieses Verfahren verbessert die Effizienz der Entfernung von Trübungen und Farben erheblich.
3. Erweiterte Behandlungsmöglichkeiten für bestimmte Schadstoffe
In bestimmten industriellen Abwasserszenarien spielt Kalk eine entscheidende Rolle:
Demulgierung und Ölentfernung: Bei ölhaltigem und emulgiertem Abwasser kann eine Umgebung mit hohem pH-Wert die stabile Grenzfläche emulgierter Öltröpfchen stören und so die Demulgierung und Trennung des Öls fördern.
Verseifung: Es kann Fettsäuren und andere organische Stoffe im Abwasser verseifen und so unlösliche Kalziumseifen erzeugen, die leichter zu entfernen sind.
Chemische Verfestigung: Bei Abwässern, die Sulfide, Arsenate usw. enthalten, können stabilere Calciumsalzniederschläge erzeugt werden, wodurch deren Toxizität und Migration verringert werden.
4. Härteentfernung
Kalk entfernt am effektivsten die „Karbonathärte“ (dh an Bikarbonationen gebundene Kalzium- und Magnesiumhärte). Die Kernreaktion ist die „Alkalisierungsfällung von Bicarbonat“:
Entfernen der Kalziumhärte: Ca(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Diese Reaktion ist entscheidend: Von außen eingebrachte Calciumionen (aus Kalk) reagieren mit Calciumbicarbonat im Wasser und bilden einen Calciumcarbonat-Niederschlag. Theoretisch erfordert die Entfernung von 1 Molekül Calciumbicarbonat 1 Molekül Kalk und erzeugt 2 Moleküle Calciumcarbonat-Niederschlag.
Magnesiumhärte entfernen: Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Die Entfernung von Magnesium erfordert einen höheren pH-Wert (normalerweise über 10,5), da Magnesiumhydroxid eine geringere Löslichkeit aufweist. Kalk wandelt zunächst Magnesiumcarbonat in einen Magnesiumhydroxid-Niederschlag um, während er gleichzeitig die damit verbundenen Bicarbonationen in einen Calciumcarbonat-Niederschlag umwandelt.
Bei Anwendungen, die eine Tiefenenthärtung des Abwassers erfordern (gleichzeitige Entfernung von Karbonat- und Nicht-Karbonathärte), wird üblicherweise das „Kalk--Soda-Verfahren“ verwendet.
Kalk (Ca(OH)₂): Entfernt Karbonathärte (wie oben beschrieben).
Soda (Na₂CO₃): Entfernt Nicht-Karbonathärte. Zum Beispiel:
CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl
MgSO₄ + Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + CaCO₃↓ + Na₂SO₄
Dieser kombinierte Prozess kann die Gesamthärte bei einem geeigneten pH-Wert auf ein niedriges Niveau reduzieren.