Kireç, endüstriyel atık su arıtımında çok işlevli, ekonomik ve verimli bir kimyasal temel taşı rolü oynar; işlevi basit asit-baz ayarlamasının çok ötesine uzanır. Temel değeri, sudaki çözünmüş kirletici maddelerin bir dizi kimyasal ve fiziksel işlem yoluyla çözünmeyen katılara dönüştürülmesi, böylece ayırma ve saflaştırmanın sağlanmasında yatmaktadır.
1. pH Ayarı ve Çöktürme Reaksiyonu
Kirecin ana bileşenleri, suda çözündüğünde kuvvetli alkalin bir ortam oluşturan kalsiyum oksit (CaO) veya kalsiyum hidroksittir (Ca(OH)₂). Bu, tüm fonksiyonlarının temelidir.
Asidik atık suyu hızlı bir şekilde nötr veya alkali koşullara nötrleştirerek sonraki arıtma ve metal çökeltmesi için gerekli koşulları yaratabilir.
Alkali koşullar altında, suda-çözünmeyen hidroksitler veya tuz çökeltileri oluşturmak üzere sudaki çeşitli metal iyonlarıyla reaksiyona girebilir. Örneğin:
Ağır metallerin giderilmesi (bakır, nikel, çinko, krom gibi): Cu²⁺ + Ca(OH)₂ → Cu(OH)₂↓ + Ca²⁺
Fosfor giderimi: Hidroksiapatit çökeltisi oluşturmak için ortofosfatla reaksiyon: 5Ca²⁺ + 3PO₄³⁻ + OH⁻ → Ca₅(PO₄)₃(OH)↓
Florürün uzaklaştırılması: Kalsiyum florür çökeltisinin oluşumu: Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂↓
2. Pıhtılaşma-pıhtılaşma sinerjistik etkisi
Kireç yalnızca alkali bir ortam sağlamakla kalmaz, aynı zamanda ürettiği kalsiyum iyonları (Ca²⁺) ve çökeltinin kendisi de fizikokimyasal sinerjistik bir etkiye sahiptir:
Ca²⁺, atık sudaki kolloidal parçacıkların elektrikli çift katmanını sıkıştırarak stabilitelerini azaltabilir ve koloidal pıhtılaşmayı teşvik edebilir.
Oluşan kalsiyum hidroksit mikroçözünürleri ve bunların topakları, oluşum ve çökelme sırasında ince bir ağ gibi davranarak mekanik olarak kapsülleme, adsorbe etme ve sudaki ince asılı parçacıkları, organik pigmentleri ve bazı koloidal maddeleri süpürerek bunların birbirine yerleşmesine neden olur. Bu işlem, bulanıklığın ve rengin giderilme verimliliğini önemli ölçüde artırır.
3. Belirli Kirleticilere Yönelik Gelişmiş Arıtma Yeteneği
Bazı endüstriyel atık su senaryolarında kireç çok önemli bir rol oynar:
Demülsifikasyon ve Yağın Giderilmesi: Yağlı ve emülsifiye edilmiş atık su için, yüksek pH'lı bir ortam, emülsifiye edilmiş yağ damlacıklarının kararlı arayüzünü bozabilir ve yağın emülsifiye edilmesini ve ayrılmasını teşvik edebilir.
Sabunlaşma: Atık sudaki yağ asitlerini ve diğer organik maddeleri sabunlaştırarak, çıkarılması daha kolay çözünmeyen kalsiyum sabunları oluşturabilir.
Kimyasal Katılaştırma: Sülfitler, arsenatlar vb. içeren atık sular için daha stabil kalsiyum tuzu çökeltileri oluşturabilir, bunların toksisitesini ve migrasyonunu azaltabilir.
4. Sertliğin Giderilmesi
Kireç, "karbonat sertliğini" (yani bikarbonat iyonlarına bağlı kalsiyum ve magnezyum sertliğini) gidermede en etkilidir. Temel reaksiyon "bikarbonatın alkaliizasyon çökelmesidir":
Kalsiyum sertliğinin giderilmesi: Ca(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Bu reaksiyon çok önemlidir: dışarıdan verilen kalsiyum iyonları (kireçten) sudaki kalsiyum bikarbonat ile reaksiyona girerek kalsiyum karbonat çökeltisi oluşturur. Teorik olarak 1 molekül kalsiyum bikarbonatın uzaklaştırılması için 1 molekül kireç gerekir ve 2 molekül kalsiyum karbonat çökeltisi oluşur.
Magnezyum sertliğinin giderilmesi: Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Magnezyum hidroksitin çözünürlüğü daha düşük olduğundan, magnezyum giderimi daha yüksek bir pH (genellikle 10,5'in üzerinde) gerektirir. Kireç ilk önce magnezyum karbonatı magnezyum hidroksit çökeltisine dönüştürürken aynı zamanda ilgili bikarbonat iyonlarını da kalsiyum karbonat çökeltisine dönüştürür.
Atık suyun derinlemesine yumuşatılmasını gerektiren uygulamalarda (aynı anda hem karbonat hem de karbonat olmayan sertliğin giderilmesi), "kireç-soda işlemi" yaygın olarak kullanılır.
Kireç (Ca(OH)₂): Karbonat sertliğini giderir (yukarıda anlatıldığı gibi).
Soda külü (Na₂CO₃): Karbonat olmayan sertliği- giderir. Örneğin:
CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl
MgSO₄ + Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + CaCO₃↓ + Na₂SO₄
Bu birleşik işlem, toplam sertliği uygun bir pH değerinde düşük bir seviyeye indirebilir.
