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氫氧化鈣（Ca(OH)?，俗稱熟石灰）在污水處理中扮演著關鍵角色，其反應機理涉及多個化學過程，包括中和反應、沉淀反應、混凝作用等。這些反應不僅能有效調節污水pH值，還能去除重金屬、磷酸鹽、懸浮物等污染物。以下詳細說明其反應機理及作用機制。

一、中和反應：調節pH值的基礎作用

1. 反應原理：

氫氧化鈣是強堿，溶于水后完全電離生成鈣離子（Ca2?）和氫氧根離子（OH?）：

Ca(OH)? → Ca2? + 2OH?

當污水呈酸性時（如含硫酸、鹽酸或有機酸），氫氧根離子與酸性物質發生中和反應，生成水（H?O）和鹽類：

例如，與硫酸反應：

H?SO? + Ca(OH)? → CaSO? + 2H?O

與鹽酸反應：

HCl + Ca(OH)? → CaCl? + H?O

作用效果：

● 快速提升污水pH值至中性或堿性，為后續處理（如生物處理、沉淀反應）創造適宜條件。

● 降低酸性對管道、設備的腐蝕風險。

二、沉淀反應：去除重金屬與磷酸鹽

1. 重金屬沉淀：

在堿性條件下，氫氧化鈣通過調節pH值促使重金屬離子形成不溶性氫氧化物沉淀。例如：

● 含鎳廢水（Ni2?）：Ni2? + 2OH? → Ni(OH)?↓（沉淀）

● 含鉻廢水（Cr3?）：Cr3? + 3OH? → Cr(OH)?↓（沉淀）

關鍵因素：

● pH值控制：不同重金屬的最佳沉淀pH不同（如鎳在pH 9-10，鉻在pH 8-9）。過量投加可能導致pH過高，反而使部分沉淀（如氫氧化銅）重新溶解。

● 共沉淀效應：鈣離子（Ca2?）可能與部分重金屬形成復合沉淀（如Ca(OH)?與Zn2?生成CaZn(OH)?），增強去除效率。

2. 磷酸鹽沉淀：

通過投加過量氫氧化鈣，鈣離子與磷酸鹽（PO?3?）反應生成磷酸鈣（Ca?(PO?)?）沉淀，常用于除磷：

3Ca2? + 2PO?3? → Ca?(PO?)?↓

注意事項：

需控制鈣離子濃度，避免過量導致出水硬度增加，影響后續回用或排放。

三、混凝與吸附作用：促進懸浮物沉降

1. 混凝機理：

氫氧化鈣溶解后釋放的鈣離子可作為混凝劑，通過以下方式促進懸浮物（SS）和膠體顆粒的沉降：

● 電荷中和：鈣離子通過電中和作用壓縮膠體雙電層，降低顆粒間的排斥力，促進凝聚。

● 架橋作用：鈣離子作為多價陽離子，可吸附多個膠體顆粒形成絮體。

● 吸附共沉：生成的氫氧化鈣微顆粒（如Ca(OH)?膠體）通過表面吸附作用捕獲有機物、金屬離子等，共同沉降。

2. 效果強化：

● 與聚合氯化鋁（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）等混凝劑聯合使用時，氫氧化鈣可提供堿性環境，增強混凝效果。

● 生成的絮體密度較大，沉降速度更快，利于固液分離。

四、其他反應機理

1. 有機物降解輔助：

在堿性條件下，部分難降解有機物（如某些染料、酚類）可能發生水解或結構變化，提高可生化性。例如，某些偶氮染料在堿性環境中易斷裂發色基團，降低色度。

2. 硫化物去除：

與含硫化氫（H?S）的廢水反應，生成不溶性硫化鈣（CaS）沉淀：

H?S + Ca(OH)? → CaS↓ + 2H?O

但需注意過量投加可能生成硫化鈣包裹層，影響進一步處理。

五、反應影響因素與注意事項

1. pH值動態調控：

● 反應效率高度依賴pH：不同污染物需精準控制pH范圍（如重金屬沉淀通常在pH 8-11，生物處理需pH 6-9）。

● 過量投加可能導致污泥量增加、出水鈣離子超標，甚至影響生物處理系統。

2. 溫度與反應速度：

低溫下溶解度和反應速率較低，需適當延長反應時間或增加攪拌強度。

3. 共存離子干擾：

● 高濃度的碳酸鹽（CO?2?）或硫酸鹽（SO?2?）可能與鈣離子反應生成沉淀（如CaCO?、CaSO?），影響有效濃度。

● 高鹽廢水可能抑制氫氧化鈣的溶解度和電離效率。

4. 污泥處理：

生成的沉淀物（如重金屬氫氧化物、磷酸鈣）需進行脫水、固化或資源化利用，避免二次污染。

總結：

氫氧化鈣在污水處理中的反應機理涵蓋了酸堿中和、沉淀反應、混凝吸附等多個化學過程，其高效性源于鈣離子和氫氧根離子的雙重作用。通過精準控制投加量、調節pH值及聯合其他工藝，可實現污染物的高效去除。然而，實際應用中需綜合考慮廢水特性、處理目標及經濟成本，避免過量投加帶來的負面影響，確保處理效果與環保效益的平衡。