石灰は工業廃水処理において多機能、経済的、効率的な化学的基礎としての役割を果たしており、その機能は単純な酸塩基の調整をはるかに超えています。{0}その中心的な価値は、一連の化学的および物理的プロセスを通じて水中に溶解した汚染物質を不溶性固体に変換し、それによって分離と精製を達成することにあります。
1. pH調整と沈殿反応
石灰の主成分は酸化カルシウム (CaO) または水酸化カルシウム (Ca(OH)₂) で、水に溶けると強アルカリ性環境を形成します。これがすべての機能の基礎です。
酸性の廃水を中性またはアルカリ性の状態に迅速に中和し、その後の処理と金属の析出に必要な条件を作り出すことができます。
アルカリ性条件下では、水中のさまざまな金属イオンと反応して、水不溶性の水酸化物または塩の沈殿物を形成する可能性があります。{0}例えば：
重金属（銅、ニッケル、亜鉛、クロムなど）の除去：Cu²⁺ + Ca(OH)₂ → Cu(OH)₂↓ + Ca²⁺
リンの除去: オルトリン酸との反応によりヒドロキシアパタイト沈殿が生成: 5Ca2⁺ + 3PO43⁻ + OH⁻ → Ca₅(PO4)₃(OH)↓
フッ化物除去: フッ化カルシウム沈殿物の形成: Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂↓
2. 凝固-凝固剤の相乗効果
石灰はアルカリ性環境を提供するだけでなく、石灰が生成するカルシウムイオン (Ca²⁺) と沈殿物自体にも物理化学的な相乗効果があります。
Ca2⁺ は、廃水中のコロイド粒子の電気二重層を圧縮し、その安定性を低下させ、コロイドの凝集を促進する可能性があります。
生成された水酸化カルシウムの微溶解物とそのフロックは、形成と沈降中に細かい網のように作用し、水中の微細な懸濁粒子、有機顔料、および一部のコロイド状物質を機械的にカプセル化し、吸着し、一掃し、それらを一緒に沈降させます。このプロセスにより、濁りおよび色の除去効率が大幅に向上します。
3. 特定汚染物質に対する高度な処理能力
特定の産業排水シナリオでは、石灰が重要な役割を果たします。
解乳化と油の除去: 油性および乳化した廃水の場合、高い pH 環境は乳化した油滴の安定した界面を破壊し、油の解乳化と分離を促進する可能性があります。
けん化：廃水中の脂肪酸やその他の有機物をけん化して、除去しやすい不溶性カルシウム石鹸を生成します。
化学的固化: 硫化物、ヒ酸塩などを含む廃水の場合、より安定したカルシウム塩の沈殿物を生成し、その毒性と移行を軽減します。
4. 硬度の除去
石灰は、「炭酸塩硬度」（つまり、重炭酸イオンに結合したカルシウムとマグネシウムの硬度）を除去するのに最も効果的です。中心となる反応は「重炭酸塩のアルカリ化沈殿」です。
カルシウム硬度の除去: Ca(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
この反応は非常に重要です。外部から導入されたカルシウム イオン (石灰から) が水中の重炭酸カルシウムと反応して、炭酸カルシウムの沈殿物が形成されます。理論的には、1 分子の重炭酸カルシウムを除去するには 1 分子の石灰が必要で、2 分子の炭酸カルシウム沈殿物が生成されます。
マグネシウム硬度の除去: Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + 2CaCO₃↓ + 2H₂O
水酸化マグネシウムは溶解度が低いため、マグネシウムの除去にはより高い pH (通常は 10.5 以上) が必要です。石灰はまず炭酸マグネシウムを水酸化マグネシウム沈殿物に変換し、同時に関連する重炭酸イオンを炭酸カルシウム沈殿物に変換します。
廃水の高度な軟化（炭酸塩と非炭酸塩硬度の両方を同時に除去）が必要な用途では、「石灰ソーダプロセス」が一般的に使用されます。-
石灰 (Ca(OH)₂): 炭酸塩硬度を除去します (上記のとおり)。
ソーダ灰 (Na₂CO₃): 非炭酸塩硬度を除去します。-例えば：
CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl
MgSO₄ + Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + CaCO₃↓ + Na₂SO₄
この組み合わせプロセスにより、適切な pH で全体の硬度を低いレベルに下げることができます。