I pericoli e i processi di trattamento delle acque reflue contenenti cianuro

Introduzione

Le acque reflue contenenti cianuro rappresentano un problema ambientale significativo a causa della loro natura altamente tossica. I tre comunemente noti altamente tossici cianuri, vale a dire Cianuro di sodio (NaCN), potassio cianuro (KCN) e l'acido cianidrico (HCN) rappresentano una grave minaccia sia per la salute umana che per l'ambiente. Il denominatore comune tra questi cianuri è la loro capacità di dissociarsi facilmente e rilasciare lo ione cianuro (CN-).

Pericoli delle acque reflue contenenti cianuro

Meccanismo di tossicità per gli esseri umani

La tossicologia letale dei cianuri risiede nel fatto che lo ione cianuro (CN-) ha una forte affinità per gli ioni ferro. Una volta nel corpo umano, il CN- si lega facilmente agli ioni ferro, il che porta a una diminuzione della capacità di trasporto dell'ossigeno delle sostanze contenenti ferro. Ciò alla fine provoca una carenza di ossigeno nelle cellule del sistema nervoso centrale. Di conseguenza, gli individui avvelenati spesso muoiono per paralisi centrale respiratoria. L'avvelenamento può avvenire attraverso varie vie, tra cui contatto cutaneo, ingestione orale, inalazione, iniezione e contatto con le mucose. Anche una piccola quantità di esposizione al cianuro può essere pericolosa per la vita.

Impatto ambientale

Le acque reflue contenenti cianuro, se non trattate correttamente e scaricate nei corpi idrici, possono avere un impatto devastante sulla vita acquatica. Gli organismi acquatici sono estremamente sensibili al cianuro. Anche a basse concentrazioni, il cianuro può interrompere le normali funzioni fisiologiche di pesci, invertebrati e altre specie acquatiche, portando a una crescita ridotta, problemi riproduttivi e, infine, alla morte. Ciò, a sua volta, può interrompere l'intero ecosistema acquatico, influenzando le catene alimentari e la biodiversità.

Processi di trattamento delle acque reflue contenenti cianuro

Trattamento delle acque reflue ad alta concentrazione contenenti cianuro: recupero dei cianuri

Per acque reflue ad alta concentrazione contenenti cianuro, viene spesso impiegato il metodo di recupero dei cianuri. Questo approccio mira a estrarre e riciclare cianuri preziosi dalle acque reflue. Una tecnica comune è l'estrazione con solvente. Nell'estrazione con solvente, viene utilizzato un solvente organico adatto per estrarre selettivamente composti di cianuro dalla fase acquosa delle acque reflue. La fase organica carica di cianuro può quindi essere ulteriormente elaborata per recuperare cianuri puri. Questo metodo ha il vantaggio non solo di ridurre l'impatto ambientale rimuovendo il cianuro dalle acque reflue, ma anche di recuperare una risorsa chimica potenzialmente preziosa. Tuttavia, richiede un'attenta selezione dei solventi e un rigoroso controllo delle condizioni operative per garantire un'estrazione ad alta efficienza e ridurre al minimo le perdite di solvente.

Trattamento delle acque reflue a bassa concentrazione contenenti cianuro: distruzione del cianuro

Metodi di ossidazione

1. Ossidazione chimica

• Principio: I metodi di ossidazione chimica utilizzano forti agenti ossidanti per convertire gli ioni cianuro in sostanze meno tossiche o non tossiche. Ad esempio, gli ossidanti a base di cloro come l'ipoclorito di sodio (NaOCl) possono reagire con gli ioni cianuro. La reazione converte prima il cianuro (CN-) in cianato (CNO-), e un'ulteriore ossidazione può scomporre il cianato in anidride carbonica (CO2), azoto (N2) e altri prodotti innocui. La reazione complessiva può essere rappresentata come segue:

• Nel primo passaggio: (CN^ -+OCl^ -\rightarrow CNO^ -+Cl^)

• Nel secondo passaggio: (2CNO^ -+3OCl^ -+H_2O\rightarrow 2CO_2 + N_2+3Cl^ -+2OH^ -)

• Vantaggi: L'ossidazione chimica è relativamente semplice da utilizzare e può essere efficace nel trattamento di acque reflue contenenti cianuro a bassa concentrazione. Può essere implementata in impianti di trattamento delle acque reflue esistenti con alcune modifiche al processo di trattamento.

• Svantaggi: L'uso di grandi quantità di agenti ossidanti può essere costoso. Inoltre, se non opportunamente controllata, la reazione può produrre sottoprodotti che potrebbero anche essere dannosi per l'ambiente. Ad esempio, un uso eccessivo di cloro può portare alla formazione di sottoprodotti di disinfezione come i trialometani.

2. Ossidazione elettrolitica

• Principio: Nell'ossidazione elettrolitica, una corrente elettrica viene fatta passare attraverso le acque reflue contenenti cianuro in una cella elettrolitica. L'anodo della cella funge da sito in cui avviene l'ossidazione. Gli ioni cianuro vengono ossidati sulla superficie dell'anodo. La reazione generale all'anodo può essere scritta come (2CN^ -+4OH^ -\rightarrow 2CNO^ -+2H_2O + 2e^ -), e può verificarsi un'ulteriore ossidazione del cianato per formare anidride carbonica e azoto.

• Vantaggi: È un metodo di trattamento relativamente pulito in quanto non introduce sostanze chimiche aggiuntive oltre agli elettrodi. Può essere automatizzato e controllato con precisione.

• Svantaggi: Tuttavia, come detto, l'ossidazione elettrolitica consuma molta energia. La necessità di una fornitura continua di elettricità rende il costo del trattamento relativamente alto. Inoltre, gli elettrodi possono subire corrosione nel tempo, il che richiede una manutenzione e una sostituzione regolari.

Trattamento biologico

1. Principio: Il trattamento biologico delle acque reflue contenenti cianuro si basa su microrganismi in grado di metabolizzare il cianuro come fonte di carbonio o azoto. Alcuni batteri e funghi hanno la capacità di scomporre il cianuro tramite reazioni enzimatiche. Ad esempio, alcuni batteri che degradano il cianuro possono convertire il cianuro in ammoniaca e formiato tramite una serie di passaggi enzimatici. L'ammoniaca può quindi essere ulteriormente nitrificata da altri microrganismi nel sistema di trattamento.

2. Vantaggi: Il trattamento biologico è generalmente più rispettoso dell'ambiente in quanto non comporta l'uso di grandi quantità di sostanze chimiche. Può essere conveniente per il trattamento di acque reflue contenenti cianuro a bassa concentrazione nel lungo termine, specialmente nei casi in cui è stato stabilito un consorzio microbico idoneo.

3. Svantaggi: Tuttavia, il trattamento biologico è altamente sensibile ai cambiamenti nella composizione delle acque reflue, nella temperatura e nel pH. Cambiamenti improvvisi in questi parametri possono inibire la crescita e l'attività dei microrganismi che degradano il cianuro, portando a una riduzione dell'efficienza del trattamento. Richiede anche un tempo di trattamento relativamente lungo rispetto ad alcuni metodi chimici.

Metodo di rigenerazione e recupero del cianuro

1. Principio: Questo metodo è simile al metodo di recupero per acque reflue ad alta concentrazione, ma può essere applicato anche ad alcuni casi a bassa concentrazione. Si concentra sulla rigenerazione e il riciclo del cianuro dalle acque reflue. Un approccio consiste nell'utilizzare resine a scambio ionico. Gli ioni cianuro nelle acque reflue possono essere adsorbiti sulla superficie della resina. Quindi, utilizzando un eluente adatto, il cianuro può essere desorbito dalla resina e recuperato.

2. Vantaggi: Può ridurre il consumo complessivo di cianuro nei processi industriali riciclando il cianuro. Ciò non solo ha vantaggi economici, ma riduce anche l'impatto ambientale associato allo smaltimento delle acque reflue contenenti cianuro.

3. Svantaggi: Le resine a scambio ionico devono essere attentamente selezionate e mantenute. Il processo di rigenerazione potrebbe richiedere l'uso di sostanze chimiche aggiuntive e c'è il rischio di incrostazioni di resina, che possono ridurre l'efficienza del processo di recupero del cianuro.

Conclusione

Le acque reflue contenenti cianuro rappresentano un grave pericolo per l'ambiente e la salute. È fondamentale comprendere i meccanismi di tossicità e implementare processi di trattamento appropriati. Ogni metodo di trattamento, che si tratti di acque reflue ad alta o bassa concentrazione, ha i suoi vantaggi e svantaggi. La scelta del metodo di trattamento dipende da vari fattori, come la concentrazione iniziale di cianuro, l'efficienza del trattamento richiesta, il rapporto costi-efficacia e l'impatto ambientale. In futuro, saranno necessarie più ricerche e sviluppo per migliorare i processi di trattamento esistenti e sviluppare nuovi metodi più efficienti e convenienti per il trattamento delle acque reflue contenenti cianuro, per garantire un ambiente più pulito e sicuro.