Naatriumtsüaniidi ja raskmetallide hapestamisel reoveest eraldamise protsess

Sissejuhatus

Tsüaniidi sisaldavat reovett tekib mitmesuguste tööstusprotsesside, näiteks kullakaevandamise, galvaniseerimise ja keemiatööstuse käigus. Tsüaniidi kõrge toksilisuse tõttu võib selle reovee ebaõige ärajuhtimine põhjustada tõsist keskkonnareostust ja kahjustada inimeste tervist. Seetõttu on tsüaniidi sisaldava reovee puhastamine ja ressursside taaskasutus muutunud oluliseks probleemiks. Puhastusmeetodite hulgas on naatriumtsüaniidi ja raskmetallide hapestamine ja taaskasutus laialdaselt kasutatav ja tõhus lähenemisviis, mis mitte ainult ei vähenda keskkonnariski , vaid võimaldab ka väärtuslike ressursside ringlussevõttu.

Happestumisjärgse taastumise põhimõte

Tsüaniidi muundamine vesiniktsüaniidiks (HCN)

Hapestumisprotsessis lisatakse tsüaniidi sisaldavale reoveele tugevaid happeid, näiteks väävelhapet. Happelises keskkonnas muutuvad reovees olevad vabad tsüaniidioonid vesiniktsüaniidiks (HCN). Vesiniktsüaniid on lenduv ühend. Kui reovee pH reguleeritakse madalale väärtusele, tavaliselt alla 2, on reaktsiooni toimumine tõenäolisem, mis hõlbustab tsüaniidiioonide muundumist HCN-gaasiks.

Naatriumtsüaniidi eraldamine

Tekkinud HCN-gaas juhitakse seejärel leeliselise absorptsioonitorni. Torni sees reageerib see naatriumhüdroksiidi (NaOH) lahusega. Reaktsiooni käigus moodustub naatriumtsüaniid (NaCN), mis koguneb absorptsioonilahusesse. Kui NaCN-i kontsentratsioon lahuses ulatub umbes 10–12%-ni, saab seda ringlusse võtta ja taaskasutada asjakohastes tööstusprotsessides, näiteks kullakaevandamise leostumisprotsessis.

Raskmetallide eraldumine ja sadestumine

Lisaks vabale tsüaniidile sisaldab reovesi sageli raskmetallide ja tsüaniidi komplekse, näiteks vase ja tsingi komplekse. Happelises keskkonnas need kompleksid lagunevad. Kui raskmetalliioonid vabanevad, võivad nad moodustada lahustumatuid sooli ja teatud tingimustel sadestuda. Näiteks pH väärtuse reguleerimine või teatud sadestavate ainete lisamine võib põhjustada vaseioonide sadestumist.

Protsessi sammud

1. samm: reovee eeltöötlus

Leeliselise tsüaniidiga kõrge kontsentratsiooniga reovesi läbib kõigepealt auru-soojusvaheti, et kontrollida selle temperatuuri. Tavaliselt hoitakse temperatuuri vahemikus 20–25 °C. See temperatuuri reguleerimine aitab optimeerida järgnevat reaktsioonikiirust ja tagab protsessi stabiilsuse. Tsüaniidi kontsentratsioon kõrge kontsentratsiooniga reovees on üldiselt vahemikus 5000–5500 ppm ja pH väärtus on vahemikus 10.5–12.5.

2. samm: hapestamine

Eeltöödeldud reovesi juhitakse hapestamispihustustorni teatud voolukiirusega, näiteks 2 m³/h. Seejärel lisatakse kontsentreeritud väävelhape. Lisatava väävelhappe kogust reguleeritakse vastavalt reovee omadustele, tavaliselt 25–30 kg/m³, et alandada reovee pH väärtust alla 2. Väävelhappe lisamisel eralduv soojus võib reaktsiooni kiirendada, hõlbustades reovees olevate vabade tsüaniidiioonide muundumist lenduvaks HCN-iks.

3. samm: HCN-i genereerimine ja eraldamine

Hapestava pihustustorni tugevalt happelises keskkonnas soodustatakse tsüaniidi muundumist HCN-iks. Moodustunud HCN-gaas imetakse seejärel vaakumtsentrifugaalventilaatori abil ja siseneb järgmisse etappi – leeliselise absorptsioonitorni. Samal ajal, kui pH väärtus langeb, hakkavad mõned reovees olevad raskmetalliioonid muutuma. Näiteks võib reovees langeda vaseioonide kontsentratsioon ja mõned raskmetallid hakkavad moodustama sadestisi.

4. samm: naatriumtsüaniidi imendumine ja eraldamine

HCN gaas siseneb leelise absorbtsioonitorni ja absorbeeritakse 20–30% NaOH lahusega. Tornis olev leelise absorbtsioonivedelik taaskasutatakse ja ringlussevõtuprotsessi käigus kasutatakse ventilaatorit, et tagada HCN gaasi korduv absorbeerimine. Absorptsioonireaktsiooni jätkudes suureneb NaCN kontsentratsioon absorptsioonivedelikus järk-järgult. Kui NaCN kontsentratsioon jõuab 10–12%-ni, saab selle taaskasutamiseks leostumisprotsessi tagasi suunata, saavutades seeläbi naatriumtsüaniidi eraldamise.

5. samm: raskmetallide sadestamine ja eraldamine

Pärast HCN-i eraldumist reovee puhul, kuna mõned raskmetallide ja tsüaniidi kompleksid on happelises keskkonnas lagunenud, saab raskmetallide sadestamiseks läbi viia edasise töötlemise. Näiteks reovee pH väärtuse reguleerimine aluselisele vahemikule võib moodustada raskmetallide hüdroksiide, mis sadenevad. Seejärel saab sadenenud raskmetallide eraldamiseks reoveest kasutada tahkete ja vedelate ainete eraldamise meetodeid, näiteks filtreerimist või settimist, saavutades raskmetallide eemaldamise ja taaskasutamise.

Hapestumisega taaskasutamise meetodi eelised

Ressursside ringlussevõtt

Hapestava taaskasutusmeetodi abil saab tsüaniidi sisaldavast reoveest tõhusalt naatriumtsüaniidi taaskasutada, mida saab taaskasutada asjakohastes tööstusprotsessides, vähendades uue naatriumtsüaniidi tarbimist ja alandades tootmiskulusid. Samal ajal saab taaskasutada ka raskmetalle, muutes jäätmed väärtuslikeks ressurssideks.

Kulud – tõhusus

Võrreldes mõnede teiste puhastusmeetoditega, mis keskenduvad ainult tsüaniidi hävitamisele, ei töötle hapestamise meetod mitte ainult reovett, vaid taastab ka väärtuslikke aineid. Kuigi see nõuab happe ja leelise tarbimist, võib taastatud naatriumtsüaniidi ja raskmetallide väärtus kompenseerida osa puhastuskuludest, muutes kogu puhastuse pikas perspektiivis kulutõhusamaks.

Keskkonnasõbralikkus

Naatriumtsüaniidi ja raskmetallide eraldamisega vähendatakse oluliselt reovees sisalduvate saasteainete hulka. Töödeldud reovees on tsüaniidi ja raskmetallide sisaldus madalam, mis soodustab hilisemat ärajuhtimist või edasist töötlemist, vähendades negatiivset mõju keskkonnale.

Tarbimine hapestumise taaskasutamise protsessis

Tsüaniidi sisaldava reovee hapestamise meetodi tarbimine hõlmab peamiselt väävelhapet, naatriumhüdroksiidi (NaOH), lupja ja elektrit. Talvel on vaja reovett eelsoojendada, seega kulub ka auru.

1.Happe tarbimine

• Tsüaniidi muundamine HCN-iks : Tsüaniidi HCN-iks muundamiseks reovees vajaliku väävelhappe kogus sõltub tsüaniidi kontsentratsioonist reovees. Näiteks 1 m³ reovee töötlemiseks, mille tsüaniidi kontsentratsioon on 5000 ppm, on selleks muundamiseks vaja teatud kogust väävelhapet.

• Reovee hapestamine : Lisaks tsüaniidi muundamiseks mõeldud happele kasutatakse reovee õige happesuse taseme saavutamiseks täiendavat hapet. Oluline tegur on pH alandamiseks alla 2 vajalik kogus.

• Reaktsioon leelisega reovees : reovees võib olla leeliselisi aineid, mis reageerivad väävelhappega, kuid üldiselt on see tarbimine suhteliselt väike võrreldes tsüaniidi muundamiseks ja hapestamiseks kasutatavate kogustega.

• Reaktsioon karbonaadiga jäätmetes : Kui tsüaniidi sisaldavatel toorainetel on kõrge karbonaadisisaldus , näiteks mõnes tsüaniidijääkide suspensioonis, reageerib karbonaat happega, moodustades süsinikdioksiidi. Sellistel juhtudel suureneb väävelhappe tarbimine märkimisväärselt ja need materjalid ei pruugi happe abil töötlemiseks ideaalselt sobida.

2. Leelise tarbimine : Leelise absorptsioonitornis kasutatakse HCN absorbeerimiseks ja NaCN moodustamiseks kaustilise sooda (NaOH) kogust. Tarbitud NaOH kogus on seotud tekkiva HCN hulga ja absorptsiooni efektiivsusega.

3. Lubja tarbimine : Mõnel juhul võib lupja kasutada reovee järgneval töötlemisel, näiteks raskmetallide sadestamise pH väärtuse reguleerimiseks. Vajaliku lubja kogus sõltub reovees sisalduvate raskmetallide tüübist ja kontsentratsioonist ning vajalikust pH reguleerimise vahemikust.

4. Elektri ja auru tarbimine : Elektrit kasutavad protsessis sellised seadmed nagu pumbad, ventilaatorid ja vaakum-tsentrifugaalventilaatorid. Talvel, reovee eelsoojendamisel, tarbitakse auru, et tõsta temperatuur reaktsiooniks sobivale tasemele.

Järeldus

Tsüaniidi sisaldava reovee hapestamise meetod naatriumtsüaniidi ja raskmetallide eraldamiseks on terviklik ja tõhus puhastustehnoloogia. Spetsiifiliste protsessietappide järgimisega saab see mitte ainult eemaldada reoveest mürgist tsüaniidi ja raskmetalle, vaid ka taaskasutada väärtuslikke ressursse. Kuigi protsessis on teatud materjali- ja energiakulu, on sellel selle keskkonna- ja majanduslikku kasu arvestades laialdased rakendusvõimalused tsüaniidi sisaldava reovee puhastamisel. Tegelikkuses tuleb aga HCN-gaasi toksilisuse tõttu võtta rangeid ohutusmeetmeid. Samal ajal on taaskasutamise efektiivsuse parandamiseks ja kulude vähendamiseks vaja protsessi parameetreid pidevalt optimeerida.