Vapno igra višenamjensku, ekonomičnu i učinkovitu kemijsku ulogu temelja u obradi industrijskih otpadnih voda, a njegova funkcija nadilazi jednostavnu kiselo-prilagodbu. Njegova temeljna vrijednost leži u pretvaranju otopljenih zagađivača u vodi u netopljive krutine kroz niz kemijskih i fizičkih procesa, čime se postiže odvajanje i pročišćavanje.
1. Podešavanje pH i reakcija taloženja
Glavne komponente vapna su kalcijev oksid (CaO) ili kalcijev hidroksid (Ca(OH)₂), koji stvara jako alkalno okruženje kada se otopi u vodi. To je temelj svih njegovih funkcija.
Može brzo neutralizirati kisele otpadne vode u neutralne ili alkalne uvjete, stvarajući potrebne uvjete za naknadnu obradu i taloženje metala.
U alkalnim uvjetima, može reagirati s raznim metalnim ionima u vodi i formirati hidrokside-netopive u vodi ili precipitate soli. Na primjer:
Uklanjanje teških metala (kao što su bakar, nikal, cink, krom): Cu²⁺ + Ca(OH)₂ → Cu(OH)₂↓ + Ca²⁺
Uklanjanje fosfora: Reakcija s ortofosfatom za stvaranje taloga hidroksiapatita: 5Ca²⁺ + 3PO₄³⁻ + OH⁻ → Ca₅(PO₄)3(OH)↓
Uklanjanje fluorida: Stvaranje taloga kalcijevog fluorida: Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂↓
2. Koagulacijski-sinergistički učinak zgrušavanja
Vapno ne samo da osigurava alkalno okruženje, već ioni kalcija (Ca²⁺) koje proizvodi i sam talog imaju fizikalno-kemijski sinergistički učinak:
Ca²⁺ može komprimirati dvostruki električni sloj koloidnih čestica u otpadnoj vodi, smanjujući njihovu stabilnost i potičući koloidnu koagulaciju.
Stvorene mikrotopljive tvari kalcijevog hidroksida i njihove flokule, tijekom formiranja i taloženja, djeluju poput fine mreže, mehanički inkapsulirajući, adsorbirajući i brišući fine suspendirane čestice, organske pigmente i neke koloidne tvari u vodi, uzrokujući njihovo taloženje. Ovaj proces značajno poboljšava učinkovitost uklanjanja zamućenja i boje.
3. Mogućnost naprednog tretmana za specifične zagađivače
U određenim scenarijima industrijskih otpadnih voda vapno igra ključnu ulogu:
Deemulzifikacija i uklanjanje ulja: Za zauljenu i emulgiranu otpadnu vodu, okolina s visokim pH može poremetiti stabilnu međusklop emulgiranih kapljica ulja, potičući deemulzifikaciju i odvajanje ulja.
Saponifikacija: Može saponificirati masne kiseline i druge organske tvari u otpadnoj vodi, stvarajući netopljive kalcijeve sapune koje je lakše ukloniti.
Kemijsko skrućivanje: Za otpadnu vodu koja sadrži sulfide, arsenate, itd., može generirati stabilnije taloge kalcijeve soli, smanjujući njihovu toksičnost i migraciju.
4. Uklanjanje tvrdoće
Vapno je najučinkovitije u uklanjanju "karbonatne tvrdoće" (tj. tvrdoće kalcija i magnezija vezane na bikarbonatne ione). Glavna reakcija je "alkalizirajuće taloženje bikarbonata":
Uklanjanje tvrdoće kalcija: Ca(OH)₂ + Ca(HCO3)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Ova reakcija je ključna: kalcijevi ioni uneseni izvana (iz vapna) reagiraju s kalcijevim bikarbonatom u vodi i stvaraju talog kalcijevog karbonata. Teoretski, uklanjanje 1 molekule kalcijevog bikarbonata zahtijeva 1 molekulu vapna i proizvodi 2 molekule taloga kalcijevog karbonata.
Uklanjanje tvrdoće magnezija: Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Uklanjanje magnezija zahtijeva viši pH (obično iznad 10,5) jer magnezijev hidroksid ima manju topljivost. Vapno najprije pretvara magnezijev karbonat u talog magnezijevog hidroksida, dok istovremeno pretvara povezane bikarbonatne ione u talog kalcijevog karbonata.
U primjenama koje zahtijevaju dubinsko omekšavanje otpadne vode (istodobno uklanjanje i karbonatne i ne-karbonatne tvrdoće), obično se koristi "vapneno-soda proces".
Vapno (Ca(OH)₂): Uklanja karbonatnu tvrdoću (kako je gore opisano).
Soda pepeo (Na₂CO3): uklanja ne{0}}karbonatnu tvrdoću. Na primjer:
CaCl₂ + Na₂CO3 → CaCO3↓ + 2NaCl
MgSO₄ + Na₂CO3 + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + CaCO3↓ + Na₂SO₄
Ovaj kombinirani proces može smanjiti ukupnu tvrdoću na nisku razinu pri odgovarajućem pH.