Reaktsioonitingimuste kontrollimine tsüaniidiga reoveepuhastuses

Sissejuhatus

Tsüaniidi sisaldav reovesi tekib erinevatest tööstuslikest protsessidest, nagu metallide katmine, terasest korpuse karastamine ning kulla- ja hõbemaagi rafineerimine. Suure toksilisuse tõttu tsüaniid, mis võib olla elusorganismidele surmav ka madalal kontsentratsioonil, on sellise reovee nõuetekohane puhastamine ülimalt oluline. Efektiivsuse üks kriitilisi aspekte reoveepuhastus tsüaniidiga on reaktsioonitingimuste täpne kontroll. Selles artiklis käsitletakse peamisi reaktsioonitingimusi ja seda, kuidas neid ravi ajal kontrollida tsüaniid - sisaldavad heitvett.

pH kontroll

Olulisus erinevates raviprotsessides

1. Leeliseline kloorimisprotsess

• Leeliseline kloorimine on levinud meetod tsüaniidiga reoveepuhastuseks ja pH reguleerimine mängib üliolulist rolli. Ravi reaktsioon toimub kahes etapis. Esimeses etapis oksüdeeritakse tsüaniid tsüanaadiks naatriumhüpokloriti või gaasilise kloori ja naatriumhüdroksiidi kombinatsiooniga. Selle esimese etapi oksüdatsiooni optimaalne pH vahemik on tavaliselt vahemikus 10 kuni 11. Kui pH on liiga madal ja muutub happeliseks, võib reaktsioon tekitada mürgist tsüaankloriidi, mis kujutab endast märkimisväärset ohtu. Näiteks kui pH langeb alla 8. võib tekkida see kahjulik kõrvalsaadus. Teisest küljest, kui pH on liiga kõrge, väheneb reaktsioonikiirus oluliselt. Kõrged pH väärtused võivad mõjutada reagentide lahustuvust ja reaktsioonivõimet, muutes oksüdatsiooniprotsessi vähem tõhusaks.

2. Vesinikperoksiidi meetod

• Tsüaniidiga reovee vesinikperoksiidil põhineva puhastamise korral jääb optimaalne pH vahemik tavaliselt vahemikku 9–11. Selle meetodi puhul laguneb vesinikperoksiid katalüsaatori (nt rauasoolade) juuresolekul, tekitades kõrge reaktsioonivõimega hüdroksüülradikaale, mis oksüdeerivad tsüaniidi. Sellesse vahemikku jääv pH soodustab vesinikperoksiidi lagunemist ja nende oluliste radikaalide moodustumist. Kui pH on väljaspool seda vahemikku, pärsitakse vesinikperoksiidi lagunemist, mis vähendab üldist oksüdatsioonitõhusust.

3. Biolagunemisprotsess

• Tsüaniidi sisaldava reovee biolagundamiseks, kus mikroorganismid lagundavad tsüaniidi kahjututeks aineteks, tuleb pH hoida vahemikus 6.5–8.5. Mikroorganismidel on nende metaboolse tegevuse jaoks optimaalne pH vahemik. Kui pH on liiga happeline või liiga leeliseline, võib see denatureerida tsüaniidis osalevaid ensüüme – lagundades mikroorganismide metaboolseid radu. Näiteks kui pH langeb alla 6.5. paljude tsüaniidi lagundavate bakterite kasvukiirus ja tsüaniidi lagundamisvõime vähenevad.

pH reguleerimise meetodid

pH reguleerimiseks lisatakse reovette sobivaid happelisi või aluselisi aineid. Tavaliselt kasutatavad happed hõlmavad väävelhapet ja vesinikkloriidhapet, samas kui tavalised leelised on naatriumhüdroksiid ja kaltsiumhüdroksiid. Lisatava happe või leelise kogus arvutatakse reovee algse pH ja konkreetse puhastusprotsessi pH sihtväärtuse põhjal. Täpne pH mõõtmine toimub pH-andurite abil ning vajalike kemikaalide täpseks lisamiseks saab kasutada automatiseeritud doseerimissüsteeme.

Soojusenergia

Mõju reaktsioonikiirusele

1. Leeliselise kloorimise ja vesinikperoksiidi meetodid

• Üldiselt võib temperatuuri tõus kiirendada reaktsioonikiirusi nii leeliselise kloorimise kui ka vesinikperoksiidipõhise töötlemise korral. Kuid temperatuuri tuleb hoolikalt kontrollida. Aluselise kloorimise korral on optimaalne temperatuurivahemik 20–30°C. Kui temperatuur on liiga madal, on reaktsiooni kiirus aeglane, mille tulemuseks on tsüaniidi mittetäielik oksüdatsioon. Näiteks temperatuuril alla 15 °C kulub tsüaniidi ja naatriumhüpokloriti vaheline reaktsioon oluliselt kauem aega. Teisest küljest, kui temperatuur on liiga kõrge, võib leeliselise kloorimise korral kloorigaasi lahusest välja pääseda, vähendades oksüdeeriva aine efektiivsust. Vesinikperoksiidi meetodi puhul võivad temperatuurid üle 35 °C põhjustada vesinikperoksiidi kiiret lagunemist, mis põhjustab tsüaniidi oksüdatsiooniks soovitud hüdroksüülradikaalide asemel gaasilise hapniku moodustumist.

2. Biolagunemisprotsess

• Tsüaniidi sisaldava reovee biolagunemisel on enamiku tsüaniidi lagundavate mikroorganismide jaoks optimaalne temperatuurivahemik 20-35°C. Sellest vahemikust väljapoole jäävad temperatuurid võivad mikroorganismide aktiivsust oluliselt mõjutada. Madalatel temperatuuridel (alla 20°C) mikroorganismide ainevahetuse kiirus aeglustub ja nad ei pruugi olla võimelised tsüaniidi tõhusalt lagundama. Kõrge temperatuur (üle 35°C) võib kahjustada mikroorganismide rakumembraane ja ensüüme, mis põhjustab rakusurma ja nende tsüaniidide lagunemisvõime kadumise.

Temperatuuri reguleerimise tehnikad

Sobiva temperatuuri hoidmiseks võib reoveepuhastusreaktoritesse paigaldada kütte- või jahutussüsteemid. Kütmiseks võib kasutada aurupõhiseid küttesüsteeme või elektrikerise. Jahutamisel võib kasutada vesijahutusega soojusvahetiid või õhkjahutusega kondensaatoreid. Temperatuuri jälgitakse pidevalt temperatuuriandurite abil ning kütte- või jahutussüsteeme reguleeritakse vastavalt, et hoida temperatuur töötlemisprotsessi jaoks optimaalses vahemikus.

Oksüdantide annuste kontroll

Õige summa määramine

1. Leeliseline kloorimine

• Leeliselise kloorimise korral arvutatakse vajalik oksüdeerija (naatriumhüpokloriti või gaasilise kloori) kogus tsüaniidi reaktsiooni stöhhiomeetria alusel. Praktikas lisatakse tavaliselt oksüdeerija liig, tavaliselt 10–20% rohkem kui teoreetiline kogus. Selle eesmärk on tagada tsüaniidi täielik oksüdatsioon, kuna reovees võib olla muid aineid, mis võivad oksüdeerijat ära kulutada. Kui oksüdeerija annus on liiga väike, ei oksüdeeru tsüaniid täielikult ja puhastatud reovesi võib siiski sisaldada suures koguses toksilist tsüaniidi. Teisest küljest, kui annus on liiga suur, ei suurenda see mitte ainult puhastuskulusid, vaid võib põhjustada ka soovimatute kõrvalsaaduste, näiteks kahjulike desinfitseerimise kõrvalsaaduste teket, kui liigne kloor reageerib reovees muu orgaanilise ainega.

2. Vesinikperoksiidi meetod

• Vesinikperoksiidi töötlemismeetodi puhul määratakse vesinikperoksiidi optimaalne annus laboratoorsete testide abil. Annus sõltub sellistest teguritest nagu tsüaniidi esialgne kontsentratsioon reovees, muude segavate ainete olemasolu ja kasutatud katalüsaatori tüüp. Sarnaselt leeliselise kloorimisega põhjustab ebapiisav kogus vesinikperoksiidi tsüaniidi mittetäieliku oksüdatsiooni. Liigne kogus vesinikperoksiidi võib aga põhjustada tekkinud hüdroksüülradikaalide lagunemist, vähendades üldist töötlemise efektiivsust ja suurendades kulusid.

Annuse kontrollimise seadmed

Oksüdeerija annuse täpseks reguleerimiseks kasutatakse tavaliselt doseerimispumpasid. Need pumbad suudavad reoveepuhastusreaktorisse täpselt juhtida vajaliku koguse oksüdeerija lahust. Doseerimispumpadega saab integreerida automaatseid juhtimissüsteeme, mis reguleerivad annust reaalajas reovee tsüaniidi kontsentratsiooni või oksüdatsioonireaktsiooni kulgemise jälgimise alusel (näiteks ORP mõõtmise kaudu, millest räägitakse hiljem).

Oksüdatsioon – reduktsioonipotentsiaali (ORP) juhtimine

Roll reaktsiooni edenemise jälgimisel

1. Leeliseline kloorimine

• Leeliselise kloorimise protsessis on ORP-seire oksüdatsioonireaktsioonide edenemise jälgimiseks ülioluline. Kui toimub tsüaniidi oksüdeerimine tsüanaadiks ja seejärel tsüanaadi edasine oksüdeerimine kahjututeks aineteks, muutub reovee ORP väärtus. Tsüaniidi tsüanaadiks oksüdeerimise esimese etapi ajal ORP tavaliselt suureneb. Selle etapi ORP sihtvahemik on umbes 300–500 mV (olenevalt konkreetsetest reaktsioonitingimustest). Kui ORP jõuab sellesse vahemikku, näitab see, et esimese etapi oksüdatsioon on peaaegu lõppenud. Tsüanaadi oksüdeerimise teises etapis kahjututeks aineteks suureneb ORP veelgi ja sihtvahemik on tavaliselt umbes 600–700 mV. ORP-i jälgides saavad operaatorid otsustada, millal oksüdeerija lisamine lõpetada, tagades, et reaktsioon on lõppenud, ilma reovee üleoksüdeerimise või oksüdeerija raiskamiseta.

2. Vesinikperoksiidi meetod

• Vesinikperoksiidil põhinevas töötlemises on ORP ka oluline reaktsiooni edenemise indikaator. Tsüaniidi sisaldava reovee esialgne ORP on suhteliselt madal. Vesinikperoksiidi lisamisel ja oksüdatsioonireaktsiooni kulgemisel ORP suureneb. Tsüaniidiga reovee vesinikperoksiidiga puhastamise ORP sihtvahemik on üldiselt umbes 400–500 mV. Kui ORP saavutab selle väärtuse, viitab see sellele, et tsüaniid on tõhusalt oksüdeeritud mittetoksiliseks vormiks.

ORP seire- ja juhtimissüsteemid

ORP-andureid kasutatakse puhastusreaktoris reovee ORP väärtuse pidevaks jälgimiseks. Need andurid on ühendatud juhtimissüsteemiga, mida saab programmeerida oksüdeerija lisamise reguleerimiseks. Näiteks kui ORP on sihtvahemikust madalam, võib kontrollsüsteem suurendada reovette lisatava oksüdeerija (näiteks vesinikperoksiidi või naatriumhüpokloriti) annust. Ja vastupidi, kui ORP ületab sihtvahemiku, võib juhtsüsteem oksüdeerija lisamist vähendada või peatada.

Järeldus

Reaktsioonitingimuste kontrollimine tsüaniidiga reoveepuhastuses on selle väga mürgise reovee tõhusa ja ohutu puhastamise saavutamiseks hädavajalik. PH, temperatuuri, oksüdeerija annuse ja ORP täpne kontroll võib tagada, et töötlemisprotsess muudab tsüaniidi tõhusalt vähem toksilisteks või mittetoksilisteks aineteks. Neid reaktsioonitingimusi hoolikalt haldades suudavad tööstused mitte ainult täita keskkonnaeeskirju, vaid optimeerida ka oma tsüaniidiga reoveepuhastusprotsesside kulutasuvust. Nende parameetrite regulaarne jälgimine ja kohandamine on vajalik, et kohaneda reovee koostise ja puhasti töötingimuste muutustega.