Kapur memainkan peran penting dalam bidang kimia yang multifungsi, ekonomis, dan efisien dalam pengolahan air limbah industri, fungsinya jauh melampaui penyesuaian asam-basa sederhana. Nilai intinya terletak pada pengubahan polutan terlarut dalam air menjadi padatan tidak larut melalui serangkaian proses kimia dan fisik, sehingga mencapai pemisahan dan pemurnian.
1. Penyesuaian pH dan Reaksi Curah Hujan
Komponen utama kapur adalah kalsium oksida (CaO) atau kalsium hidroksida (Ca(OH)₂), yang membentuk lingkungan basa kuat bila dilarutkan dalam air. Ini adalah dasar dari semua fungsinya.
Ini dapat dengan cepat menetralkan air limbah asam ke kondisi netral atau basa, menciptakan kondisi yang diperlukan untuk pengolahan selanjutnya dan pengendapan logam.
Dalam kondisi basa, ia dapat bereaksi dengan berbagai ion logam dalam air membentuk-hidroksida yang tidak larut dalam air atau endapan garam. Misalnya:
Penghapusan logam berat (seperti tembaga, nikel, seng, kromium): Cu²⁺ + Ca(OH)₂ → Cu(OH)₂↓ + Ca²⁺
Penghapusan fosfor: Reaksi dengan ortofosfat membentuk endapan hidroksiapatit: 5Ca²⁺ + 3PO₄³⁻ + OH⁻ → Ca₅(PO₄)₃(OH)↓
Penghapusan fluorida: Pembentukan endapan kalsium fluorida: Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂↓
2. Koagulasi-efek sinergis koagulan
Kapur tidak hanya menyediakan lingkungan basa, tetapi ion kalsium (Ca²⁺) yang dihasilkannya dan endapannya sendiri memiliki efek sinergis fisikokimia:
Ca²⁺ dapat menekan lapisan ganda listrik partikel koloid dalam air limbah, mengurangi stabilitasnya dan meningkatkan koagulasi koloid.
Mikrolarut kalsium hidroksida yang dihasilkan dan floknya, selama pembentukan dan sedimentasi, bertindak seperti jaring halus, secara mekanis membungkus, menyerap, dan menyapu partikel tersuspensi halus, pigmen organik, dan beberapa zat koloid di dalam air, menyebabkannya mengendap bersama. Proses ini secara signifikan meningkatkan efisiensi penghilangan kekeruhan dan warna.
3. Kemampuan Perawatan Tingkat Lanjut untuk Polutan Tertentu
Dalam skenario air limbah industri tertentu, kapur memainkan peran penting:
Demulsifikasi dan Penghapusan Minyak: Untuk air limbah berminyak dan teremulsi, lingkungan pH tinggi dapat mengganggu antarmuka stabil tetesan minyak teremulsi, sehingga mendorong demulsifikasi dan pemisahan minyak.
Saponifikasi: Dapat menyabunkan asam lemak dan bahan organik lainnya dalam air limbah, menghasilkan sabun kalsium yang tidak larut, yang lebih mudah dihilangkan.
Solidifikasi Kimia: Untuk air limbah yang mengandung sulfida, arsenat, dll., dapat menghasilkan endapan garam kalsium yang lebih stabil, sehingga mengurangi toksisitas dan migrasinya.
4. Penghapusan Kekerasan
Kapur paling efektif menghilangkan "kesadahan karbonat" (yaitu kesadahan kalsium dan magnesium yang terikat pada ion bikarbonat). Reaksi intinya adalah "pengendapan alkalisasi bikarbonat":
Menghilangkan kesadahan kalsium: Ca(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Reaksi ini sangat penting: ion kalsium yang dimasukkan secara eksternal (dari kapur) bereaksi dengan kalsium bikarbonat di dalam air untuk membentuk endapan kalsium karbonat. Secara teoritis, untuk menghilangkan 1 molekul kalsium bikarbonat diperlukan 1 molekul kapur dan menghasilkan 2 molekul endapan kalsium karbonat.
Menghilangkan kesadahan magnesium: Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Penghapusan magnesium memerlukan pH yang lebih tinggi (biasanya di atas 10,5) karena magnesium hidroksida memiliki kelarutan yang lebih rendah. Kapur pertama-tama mengubah magnesium karbonat menjadi endapan magnesium hidroksida, sekaligus mengubah ion bikarbonat terkait menjadi endapan kalsium karbonat.
Dalam aplikasi yang memerlukan pelunakan mendalam pada air limbah (sekaligus menghilangkan kesadahan karbonat dan non-karbonat), "proses soda kapur" biasanya digunakan.
Kapur (Ca(OH)₂): Menghilangkan kekerasan karbonat (seperti dijelaskan di atas).
Soda ash (Na₂CO₃): Menghilangkan kesadahan non-karbonat. Misalnya:
CaCl₂ Na₂CO₃ → CaCO₃↓ 2NaCl
MgSO₄ Na₂CO₃ Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ CaCO₃↓ Na₂SO₄
Proses gabungan ini dapat mengurangi kesadahan total ke tingkat rendah pada pH yang sesuai.