A reakciókörülmények szabályozása a cianidos szennyvízkezelésben

Bevezetés

A cianid tartalmú szennyvíz különböző ipari folyamatok során keletkezik, mint például fémbevonat, acéltokos keményítés, valamint arany- és ezüstérc finomítás. Magas toxicitása miatt Cianid, amely már alacsony koncentrációban is halálos lehet az élő szervezetekre, az ilyen szennyvizek megfelelő kezelése kiemelten fontos. A hatékonyság egyik kritikus szempontja cianidos szennyvízkezelés a reakciókörülmények pontos szabályozása. Ez a cikk bemutatja a legfontosabb reakciókörülményeket és azt, hogy hogyan lehet ellenőrizni azokat a kezelés során cianid - szennyvizet tartalmaz.

pH szabályozás

Jelentősége a különböző kezelési folyamatokban

1. Lúgos klórozási eljárás

• A lúgos klórozás elterjedt módszer a cianidos szennyvízkezelésben, és a pH szabályozása döntő szerepet játszik. A kezelési reakció két lépésben megy végbe. Az első lépésben a cianidot nátrium-hipoklorittal vagy klórgáz és nátrium-hidroxid keverékével cianáttá oxidálják. Az optimális pH-tartomány ehhez az első fázisú oxidációhoz jellemzően 10 és 11 között van. Ha a pH túl alacsony, és savassá válik, a reakció mérgező cianogén-kloridot eredményezhet, ami jelentős veszélyt jelent. Például amikor a pH 8 alá esik, akkor ez a káros melléktermék képződhet. Másrészt, ha a pH túl magas, a reakciósebesség jelentősen csökken. A magas pH-értékek befolyásolhatják a reaktánsok oldhatóságát és reakcióképességét, ezáltal az oxidációs folyamat kevésbé hatékony.

2. Hidrogén-peroxidos módszer

• A cianidos szennyvíz hidrogén-peroxid alapú kezelésénél az optimális pH-tartomány általában 9 és 11 között van. Ennél a módszernél a hidrogén-peroxid katalizátor (például vassók) jelenlétében lebomlik, és nagyon reaktív hidroxil gyököket hoz létre, amelyek oxidálják a cianidot. Az ezen a tartományon belüli pH elősegíti a hidrogén-peroxid lebomlását és ezen alapvető gyökök képződését. Ha a pH ezen a tartományon kívül esik, a hidrogén-peroxid bomlása gátolt lesz, ami csökkenti az általános oxidációs hatékonyságot.

3. Biodegradációs folyamat

• A cianid tartalmú szennyvíz biológiai lebontásához, ahol a mikroorganizmusok ártalmatlan anyagokká bontják a cianidot, a pH-t 6.5 és 8.5 között kell tartani. A mikroorganizmusoknak optimális pH-tartományuk van metabolikus tevékenységeikhez. Ha a pH túlságosan savas vagy túl lúgos, denaturálhatja a mikroorganizmusok cianidot lebontó anyagcsereútjaiban részt vevő enzimeket. Például ha a pH 6.5 alá esik. sok cianid-lebontó baktérium növekedési sebessége és cianid-lebontó képessége csökken.

A pH beállításának módszerei

A pH szabályozására megfelelő savas vagy lúgos anyagokat adnak a szennyvízhez. Az általánosan használt savak közé tartozik a kénsav és a sósav, míg a gyakori lúgok a nátrium-hidroxid és a kalcium-hidroxid. A hozzáadandó sav vagy lúg mennyiségét a szennyvíz kezdeti pH-értéke és az adott kezelési folyamat cél pH-értéke alapján számítják ki. A precíz pH-mérés pH-érzékelőkkel történik, automata adagolórendszerekkel pedig a szükséges vegyszereket pontosan adagolhatjuk.

Hőmérséklet-szabályozás

Hatás a reakciósebességre

1. Lúgos klórozási és hidrogén-peroxidos módszerek

• Általában a hőmérséklet emelkedése felgyorsíthatja a reakciósebességet mind a lúgos klórozásnál, mind a hidrogén-peroxid alapú kezelésnél. A hőmérsékletet azonban gondosan ellenőrizni kell. Lúgos klórozásnál az optimális hőmérséklet 20-30°C körül van. Ha a hőmérséklet túl alacsony, a reakció sebessége lassú lesz, ami a cianid nem teljes oxidációját eredményezi. Például 15 °C alatti hőmérsékleten a cianid és a nátrium-hipoklorit közötti reakció lényegesen hosszabb ideig tart, amíg a reakció teljessé válik. Másrészt túl magas hőmérséklet esetén lúgos klórozás esetén klórgáz távozhat az oldatból, csökkentve az oxidálószer hatékonyságát. A hidrogén-peroxidos módszerben a 35°C feletti hőmérséklet a hidrogén-peroxid gyors lebomlását idézheti elő, ami oxigéngáz képződéséhez vezet a cianidoxidációhoz kívánt hidroxilgyökök helyett.

2. Biodegradációs folyamat

• A cianidot tartalmazó szennyvíz biológiai lebontása során a legtöbb cianidbontó mikroorganizmus számára az optimális hőmérsékleti tartomány 20-35°C. Az ezen a tartományon kívüli hőmérséklet jelentős hatással lehet a mikroorganizmusok aktivitására. Alacsony hőmérsékleten (20°C alatt) a mikroorganizmusok anyagcseréje lelassul, és előfordulhat, hogy nem képesek hatékonyan lebontani a cianidot. A magas hőmérséklet (35°C felett) károsíthatja a mikroorganizmusok sejtmembránjait és enzimjeit, ami sejthalálhoz és cianid-lebontó képességük elvesztéséhez vezethet.

Hőmérsékletszabályozási technikák

A megfelelő hőmérséklet fenntartása érdekében a szennyvíztisztító reaktorokban fűtési vagy hűtőrendszerek telepíthetők. Fűtéshez gőzalapú fűtőrendszerek vagy elektromos fűtőtestek használhatók. Hűtésben vízhűtéses hőcserélők vagy léghűtéses kondenzátorok alkalmazhatók. A hőmérsékletet folyamatosan figyelik hőmérséklet-érzékelőkkel, és a fűtési vagy hűtési rendszereket ennek megfelelően állítják be, hogy a hőmérséklet a kezelési folyamathoz szükséges optimális tartományon belül maradjon.

Oxidáns adagolás szabályozása

A megfelelő összeg meghatározása

1.Lúgos klórozás

• Lúgos klórozásnál a szükséges oxidálószer (nátrium-hipoklorit vagy klórgáz) mennyiségét a cianiddal végzett reakció sztöchiometria alapján számítják ki. A gyakorlatban általában az elméleti mennyiségnél 10-20%-kal több oxidálószert adnak hozzá. Ennek célja a cianid teljes oxidációja, mivel a szennyvízben más anyagok is lehetnek, amelyek felemésztik az oxidálószert. Ha az oxidálószer adagja túl alacsony, a cianid nem oxidálódik teljesen, és a kezelt szennyvíz továbbra is nagy mennyiségben tartalmazhat mérgező cianidot. Másrészt, ha az adagolás túl magas, az nemcsak a kezelési költséget növeli, hanem nemkívánatos melléktermékek, például káros fertőtlenítési melléktermékek képződéséhez is vezethet, amikor a túlzott klór reakcióba lép a szennyvízben lévő egyéb szerves anyagokkal.

2. Hidrogén-peroxidos módszer

• A hidrogén-peroxidos kezelési módszerben a hidrogén-peroxid optimális dózisát laboratóriumi vizsgálattal határozzák meg. Az adagolás olyan tényezőktől függ, mint a szennyvíz kezdeti cianidkoncentrációja, egyéb zavaró anyagok jelenléte és a használt katalizátor típusa. A lúgos klórozáshoz hasonlóan a nem megfelelő mennyiségű hidrogén-peroxid a cianid tökéletlen oxidációját eredményezi. A túlzott mennyiségű hidrogén-peroxid azonban a keletkező hidroxilgyökök lebomlását okozhatja, csökkentve a kezelés általános hatékonyságát és növelve a költségeket.

Adagolás-ellenőrző berendezések

Az oxidálószer adagolásának pontos szabályozására általában adagolószivattyúkat használnak. Ezek a szivattyúk pontosan tudják szállítani a szükséges mennyiségű oxidálószer oldatot a szennyvíztisztító reaktorba. Az adagolószivattyúkhoz automatizált vezérlőrendszerek integrálhatók, amelyek a szennyvíz cianidkoncentrációjának vagy az oxidációs reakció előrehaladásának valós idejű monitorozása alapján állítják be az adagolást (például ORP méréssel, amelyről később lesz szó).

Oxidáció – redukciós potenciál (ORP) szabályozása

Szerep a reakció előrehaladásának nyomon követésében

1.Lúgos klórozás

• A lúgos klórozási folyamatban az ORP monitorozása kulcsfontosságú az oxidációs reakciók előrehaladásának nyomon követéséhez. Ahogy a cianid cianáttá oxidálódik, majd a cianát további ártalmatlan anyagokká oxidálódik, a szennyvíz ORP értéke megváltozik. A cianid cianáttá történő oxidációjának első szakaszában az ORP jellemzően növekszik. A cél ORP tartomány ebben a szakaszban körülbelül 300-500 mV (az adott reakciókörülményektől függően). Amikor az ORP eléri ezt a tartományt, az azt jelzi, hogy az első szakasz oxidációja közeledik a befejezéshez. A cianát ártalmatlan anyagokká történő oxidációjának második szakaszában az ORP tovább növekszik, és a céltartomány általában 600-700 mV körül van. Az ORP figyelésével a kezelők meghatározhatják, mikor hagyják abba az oxidálószer hozzáadását, biztosítva, hogy a reakció a szennyvíz túloxidációja vagy az oxidálószer pazarlása nélkül befejeződjön.

2. Hidrogén-peroxidos módszer

• A hidrogén-peroxid alapú kezelésben az ORP a reakció előrehaladásának fontos mutatójaként is szolgál. A cianid tartalmú szennyvíz kezdeti ORP értéke viszonylag alacsony. Ahogy hidrogén-peroxidot adunk hozzá, és az oxidációs reakció lezajlik, az ORP növekszik. A cianidos szennyvíz hidrogén-peroxidos kezelésénél a megcélzott ORP tartomány általában 400-500 mV. Amikor az ORP eléri ezt az értéket, ez arra utal, hogy a cianid hatékonyan oxidálódott egy nem mérgező formává.

ORP felügyeleti és vezérlőrendszerek

ORP szenzorok segítségével folyamatosan figyelik a szennyvíz ORP értékét a tisztítóreaktorban. Ezek az érzékelők egy vezérlőrendszerhez vannak csatlakoztatva, amely programozható az oxidálószer hozzáadásának beállítására. Például, ha az ORP a céltartomány alatt van, a vezérlőrendszer növelheti a szennyvízhez adagolt oxidálószer (például hidrogén-peroxid vagy nátrium-hipoklorit) adagját. Ezzel szemben, ha az ORP meghaladja a céltartományt, a vezérlőrendszer csökkentheti vagy leállíthatja az oxidálószer hozzáadását.

Összegzés

A cianidos szennyvízkezelés reakciókörülményeinek szabályozása elengedhetetlen e rendkívül mérgező szennyvíz hatékony és biztonságos kezeléséhez. A pH, a hőmérséklet, az oxidálószer adagolása és az ORP pontos szabályozása biztosíthatja, hogy a kezelési folyamat hatékonyan alakítsa át a cianidot kevésbé mérgező vagy nem mérgező anyagokká. E reakciókörülmények gondos kezelésével az iparágak nemcsak megfelelnek a környezetvédelmi előírásoknak, hanem optimalizálhatják a cianidos szennyvízkezelési folyamataik költséghatékonyságát is. Ezen paraméterek rendszeres ellenőrzése és módosítása szükséges a szennyvíz összetételének és a tisztítótelep működési feltételeinek változásaihoz való alkalmazkodáshoz.