Kontrola reakcijskih uvjeta u obradi otpadnih voda cijanidom

Uvod

Otpadne vode koje sadrže cijanid nastaju iz raznih industrijskih procesa kao što su metalizacija, kaljenje čelika i rafiniranje zlata i srebra. Zbog visoke toksičnosti Cijanid, koji može biti smrtonosan za žive organizme čak iu niskim koncentracijama, pravilno pročišćavanje takvih otpadnih voda je od iznimne važnosti. Jedan od kritičnih aspekata učinkovitog pročišćavanje otpadnih voda cijanidom je precizna kontrola uvjeta reakcije. Ovaj će članak istražiti ključne reakcije i kako ih kontrolirati tijekom liječenja cijanid - koji sadrži otpadnu vodu.

Kontrola pH

Značaj u različitim procesima liječenja

1. Proces alkalnog kloriranja

• Alkalno kloriranje je uobičajena metoda za obradu otpadnih voda cijanidom, a kontrola pH ima ključnu ulogu. Reakcija liječenja odvija se u dva koraka. U prvoj fazi, cijanid se oksidira u cijanat natrijevim hipokloritom ili kombinacijom plinovitog klora i natrijevog hidroksida. Optimalni pH raspon za ovu prvu fazu oksidacije obično je između 10 i 11. Ako je pH prenizak, pretvarajući se u kiselu, reakcija može proizvesti toksični cijanogen klorid, što predstavlja značajnu opasnost. Na primjer, kada pH padne ispod 8. može nastati ovaj štetni nusproizvod. S druge strane, ako je pH previsok, brzina reakcije će se značajno smanjiti. Visoke pH vrijednosti mogu utjecati na topljivost i reaktivnost reaktanata, čineći proces oksidacije manje učinkovitim.

2. Metoda vodikovog peroksida

• U obradi otpadne vode koja se temelji na vodikovom peroksidu, optimalni pH raspon obično je između 9 i 11. U ovoj metodi, vodikov peroksid se razgrađuje u prisutnosti katalizatora (kao što su željezne soli) kako bi se stvorili visoko reaktivni hidroksilni radikali koji oksidiraju cijanid. pH unutar ovog raspona potiče razgradnju vodikovog peroksida i stvaranje ovih esencijalnih radikala. Ako je pH izvan tog raspona, razgradnja vodikovog peroksida bit će inhibirana, smanjujući ukupnu učinkovitost oksidacije.

3.Proces biorazgradnje

• Za biorazgradnju otpadnih voda koje sadrže cijanid, gdje mikroorganizmi razgrađuju cijanid u bezopasne tvari, pH treba održavati između 6.5 i 8.5. Mikroorganizmi imaju optimalan pH raspon za svoje metaboličke aktivnosti. Ako je pH previše kiseo ili previše alkalan, može denaturirati enzime koji su uključeni u cijanidne - razgradne metaboličke puteve mikroorganizama. Na primjer, ako pH padne ispod 6.5. mnoge bakterije koje razgrađuju cijanid doživjet će smanjenje stope rasta i sposobnosti razgradnje cijanida.

Metode za podešavanje pH

Za kontrolu pH, otpadnoj vodi se dodaju odgovarajuće kisele ili alkalne tvari. Uobičajene kiseline koje se koriste uključuju sumpornu kiselinu i klorovodičnu kiselinu, dok su uobičajene lužine natrijev hidroksid i kalcijev hidroksid. Količina kiseline ili lužine koju treba dodati izračunava se na temelju početnog pH otpadne vode i ciljnog pH za određeni postupak obrade. Precizno pH mjerenje provodi se pomoću pH senzora, a automatizirani sustavi za doziranje mogu se koristiti za točno dodavanje potrebnih kemikalija.

Kontrola temperature

Utjecaj na stopu reakcije

1. Metode alkalnog kloriranja i vodikovog peroksida

• Općenito, povećanje temperature može ubrzati stopu reakcije i kod alkalnog kloriranja i tretmana na bazi vodikovog peroksida. Međutim, potrebno je pažljivo kontrolirati temperaturu. Kod alkalnog kloriranja optimalni temperaturni raspon je oko 20 - 30°C. Ako je temperatura preniska, brzina reakcije bit će spora, što će rezultirati nepotpunom oksidacijom cijanida. Na primjer, na temperaturama nižim od 15°C, reakcija između cijanida i natrijeva hipoklorita bit će potrebno znatno dulje vrijeme da se završi. S druge strane, ako je temperatura previsoka, u slučaju alkalnog kloriranja, plinoviti klor može izaći iz otopine, smanjujući učinkovitost oksidacijskog sredstva. U metodi s vodikovim peroksidom, temperature iznad 35°C mogu izazvati brzu razgradnju vodikovog peroksida, što dovodi do stvaranja plinovitog kisika umjesto željenih hidroksilnih radikala za oksidaciju cijanida.

2.Proces biorazgradnje

• U biorazgradnji otpadnih voda koje sadrže cijanid, optimalni temperaturni raspon za većinu mikroorganizama koji razgrađuju cijanid je 20 - 35°C. Temperature izvan ovog raspona mogu imati značajan utjecaj na aktivnost mikroorganizama. Na niskim temperaturama (ispod 20°C), brzina metabolizma mikroorganizama usporava se i oni možda neće moći učinkovito razgraditi cijanid. Visoke temperature (iznad 35°C) mogu oštetiti stanične membrane i enzime mikroorganizama, što dovodi do smrti stanica i gubitka njihove sposobnosti razgradnje cijanida.

Tehnike regulacije temperature

Za održavanje odgovarajuće temperature, u reaktore za pročišćavanje otpadnih voda mogu se ugraditi sustavi grijanja ili hlađenja. Za grijanje se mogu koristiti sustavi grijanja na paru ili električni grijači. Za hlađenje se mogu koristiti izmjenjivači topline hlađeni vodom ili kondenzatori hlađeni zrakom. Temperatura se kontinuirano prati pomoću temperaturnih senzora, a sustavi grijanja ili hlađenja se prilagođavaju u skladu s tim kako bi temperatura bila unutar optimalnog raspona za proces obrade.

Kontrola doziranja oksidansa

Određivanje pravog iznosa

1.Alkalno kloriranje

• U alkalnom kloriranju, potrebna količina oksidansa (natrijev hipoklorit ili plinoviti klor) izračunava se na temelju stehiometrije reakcije s cijanidom. U praksi se obično dodaje višak oksidansa, obično 10 - 20% više od teorijske količine. Ovo je kako bi se osigurala potpuna oksidacija cijanida, budući da u otpadnoj vodi mogu postojati druge tvari koje mogu potrošiti oksidans. Ako je doza oksidansa preniska, cijanid neće biti potpuno oksidiran, a pročišćena otpadna voda može i dalje sadržavati visoke razine toksičnog cijanida. S druge strane, ako je doza previsoka, to ne samo da povećava troškove tretmana, već također može dovesti do stvaranja neželjenih nusproizvoda, kao što su štetni nusprodukti dezinfekcije kada prekomjerna količina klora reagira s drugim organskim tvarima u otpadnoj vodi.

2. Metoda vodikovog peroksida

• U metodi liječenja vodikovim peroksidom optimalna doza vodikovog peroksida određena je laboratorijskim ispitivanjem. Doziranje ovisi o čimbenicima kao što su početna koncentracija cijanida u otpadnoj vodi, prisutnost drugih ometajućih tvari i vrsta korištenog katalizatora. Slično kao i kod alkalnog kloriranja, nedovoljna količina vodikovog peroksida rezultirat će nepotpunom oksidacijom cijanida. Međutim, prekomjerna količina vodikovog peroksida može izazvati razgradnju generiranih hidroksilnih radikala, smanjujući ukupnu učinkovitost tretmana i povećavajući troškove.

Oprema za kontrolu doziranja

Za točnu kontrolu doziranja oksidansa obično se koriste mjerne pumpe. Ove pumpe mogu precizno isporučiti potreban volumen otopine oksidansa u reaktor za obradu otpadnih voda. Automatizirani sustavi upravljanja mogu se integrirati s mjernim pumpama, koje prilagođavaju dozu na temelju praćenja koncentracije cijanida u otpadnoj vodi u stvarnom vremenu ili napretka oksidacijske reakcije (kao što je mjerenje ORP-a, o čemu ćemo kasnije govoriti).

Kontrola oksidacijskog redukcijskog potencijala (ORP).

Uloga u praćenju napretka reakcije

1.Alkalno kloriranje

• U procesu alkalnog kloriranja, praćenje ORP-a ključno je za praćenje napredovanja reakcija oksidacije. Kako dolazi do oksidacije cijanida u cijanat i potom daljnje oksidacije cijanata u bezopasne tvari, ORP vrijednost otpadne vode se mijenja. Tijekom prvog stupnja oksidacije cijanida u cijanat, ORP se obično povećava. Ciljani ORP raspon za ovaj stupanj je oko 300 - 500 mV (ovisno o specifičnim reakcijskim uvjetima). Kada ORP dosegne ovaj raspon, to znači da je prvi stupanj oksidacije blizu završetka. U drugom stupnju oksidacije cijanata do bezopasnih tvari, ORP se dodatno povećava, a ciljni raspon je obično oko 600 - 700 mV. Praćenjem ORP-a, operateri mogu odrediti kada prestati dodavati oksidans, osiguravajući da je reakcija dovršena bez prekomjerne oksidacije otpadne vode ili rasipanja oksidansa.

2. Metoda vodikovog peroksida

• U tretmanu koji se temelji na vodikovom peroksidu, ORP također služi kao važan pokazatelj napretka reakcije. Početni ORP otpadne vode koja sadrži cijanid je relativno nizak. Kako se vodikov peroksid dodaje i reakcija oksidacije napreduje, ORP se povećava. Ciljni raspon ORP-a za obradu otpadne vode cijanidom vodikovim peroksidom općenito je oko 400 - 500 mV. Kada ORP dosegne ovu vrijednost, to sugerira da je cijanid učinkovito oksidiran u netoksični oblik.

Sustavi za nadzor i kontrolu ORP-a

ORP senzori se koriste za kontinuirano praćenje ORP vrijednosti otpadne vode u reaktoru za obradu. Ovi senzori povezani su s kontrolnim sustavom koji se može programirati za podešavanje dodavanja oksidansa. Na primjer, ako je ORP ispod ciljnog raspona, kontrolni sustav može povećati dozu oksidansa (kao što je vodikov peroksid ili natrijev hipoklorit) koji se dodaje u otpadnu vodu. Obrnuto, ako ORP premašuje ciljani raspon, kontrolni sustav može smanjiti ili zaustaviti dodavanje oksidansa.

Zaključak

Kontrola uvjeta reakcije u pročišćavanju otpadnih voda cijanidom ključna je za postizanje učinkovitog i sigurnog pročišćavanja ove vrlo toksične otpadne vode. Precizna kontrola pH, temperature, doze oksidansa i ORP-a može osigurati da proces tretmana učinkovito pretvara cijanid u manje toksične ili netoksične tvari. Pažljivim upravljanjem ovim reakcijskim uvjetima, industrije ne samo da mogu ispuniti ekološke propise, već i optimizirati isplativost svojih procesa obrade otpadnih voda cijanidom. Redovito praćenje i prilagođavanje ovih parametara potrebno je kako bi se prilagodili varijacijama u sastavu otpadne vode i uvjetima rada uređaja za pročišćavanje.