საკონტროლო რეაქციის პირობები ციანიდის ჩამდინარე წყლების გამწმენდში

შესავალი

ციანიდის შემცველი ჩამდინარე წყლები წარმოიქმნება სხვადასხვა სამრეწველო პროცესების შედეგად, როგორიცაა ლითონის მოპირკეთება, ფოლადის კორპუსის გამკვრივება და ოქროსა და ვერცხლის მადნის რაფინირება. ციანიდის მაღალი ტოქსიკურობის გამო , რომელიც შეიძლება სასიკვდილო იყოს ცოცხალი ორგანიზმებისთვის დაბალი კონცენტრაციითაც კი, ასეთი ჩამდინარე წყლების სათანადო დამუშავება უაღრესად მნიშვნელოვანია. ციანიდის შემცველი ჩამდინარე წყლების ეფექტური დამუშავების ერთ-ერთი კრიტიკული ასპექტია რეაქციის პირობების ზუსტი კონტროლი. ეს სტატია დეტალურად განიხილავს რეაქციის ძირითად პირობებს და მათ კონტროლს ციანიდის შემცველი ჩამდინარე წყლების დამუშავების დროს.

pH კონტროლი

მნიშვნელობა სხვადასხვა მკურნალობის პროცესებში

1. ტუტე ქლორირების პროცესი

• ტუტე ქლორირება ციანიდური ჩამდინარე წყლების გაწმენდის გავრცელებული მეთოდია და pH-ის კონტროლი გადამწყვეტ როლს ასრულებს. გაწმენდის რეაქცია ორ ეტაპად მიმდინარეობს. პირველ ეტაპზე ციანიდი იჟანგება ციანატამდე ნატრიუმის ჰიპოქლორიტით ან ქლორის აირისა და ნატრიუმის ჰიდროქსიდის კომბინაციით. ამ პირველი ეტაპის დაჟანგვის ოპტიმალური pH დიაპაზონი, როგორც წესი, 10-დან 11-მდეა. თუ pH ძალიან დაბალია, მჟავე ხდება, რეაქციამ შეიძლება წარმოქმნას ტოქსიკური ციანოგენ ქლორიდი, რაც მნიშვნელოვან საფრთხეს წარმოადგენს. მაგალითად, როდესაც pH 8-ზე დაბლა ეცემა, შეიძლება წარმოიქმნას ეს მავნე თანმდევი პროდუქტი. მეორეს მხრივ, თუ pH ძალიან მაღალია, რეაქციის სიჩქარე მნიშვნელოვნად შემცირდება. pH-ის მაღალმა მნიშვნელობებმა შეიძლება გავლენა მოახდინოს რეაგენტების ხსნადობასა და რეაქტიულობაზე, რაც დაჟანგვის პროცესს ნაკლებად ეფექტურს ხდის.

2.წყალბადის პეროქსიდის მეთოდი

• ციანიდის შემცველი ჩამდინარე წყლების წყალბადის ზეჟანგით დამუშავებისას, ოპტიმალური pH დიაპაზონი, როგორც წესი, 9-დან 11-მდეა. ამ მეთოდით, წყალბადის ზეჟანგი იშლება კატალიზატორის (მაგალითად, რკინის მარილების) თანაარსებობისას და წარმოქმნის მაღალრეაქტიულ ჰიდროქსილის რადიკალებს, რომლებიც ჟანგავენ ციანიდს. ამ დიაპაზონში pH ხელს უწყობს წყალბადის ზეჟანგის დაშლას და ამ აუცილებელი რადიკალების წარმოქმნას. თუ pH ამ დიაპაზონის მიღმაა, წყალბადის ზეჟანგის დაშლა შეფერხდება, რაც შეამცირებს დაჟანგვის საერთო ეფექტურობას.

3. ბიოდეგრადაციის პროცესი

• ციანიდის შემცველი ჩამდინარე წყლების ბიოდეგრადაციისთვის, სადაც მიკროორგანიზმები ციანიდს უვნებელ ნივთიერებებად შლიან, pH უნდა შენარჩუნდეს 6.5-დან 8.5-მდე. მიკროორგანიზმებს აქვთ ოპტიმალური pH დიაპაზონი მათი მეტაბოლური აქტივობებისთვის. თუ pH ძალიან მჟავე ან ძალიან ტუტეა, მას შეუძლია დენატურაცია გაუკეთოს მიკროორგანიზმების ციანიდის დამშლელ მეტაბოლურ გზებში ჩართულ ფერმენტებს. მაგალითად, თუ pH 6.5-ზე დაბლა დაეცემა, ბევრი ციანიდის დამშლელი ბაქტერია განიცდის ზრდის ტემპის და ციანიდის დაშლის უნარის შემცირებას.

pH-ის რეგულირების მეთოდები

pH-ის კონტროლისთვის, ჩამდინარე წყლებს ემატება შესაბამისი მჟავე ან ტუტე ნივთიერებები. ხშირად გამოყენებული მჟავებია გოგირდმჟავა და მარილმჟავა, ხოლო გავრცელებული ტუტეებია ნატრიუმის ჰიდროქსიდი და კალციუმის ჰიდროქსიდი. დასამატებელი მჟავას ან ტუტეს რაოდენობა გამოითვლება ჩამდინარე წყლების საწყისი pH-ისა და კონკრეტული დამუშავების პროცესისთვის სამიზნე pH-ის საფუძველზე. pH-ის ზუსტი გაზომვა ხორციელდება pH სენსორების გამოყენებით, ხოლო საჭირო ქიმიკატების ზუსტად დასამატებლად შესაძლებელია ავტომატური დოზირების სისტემების გამოყენება.

ტემპერატურის კონტროლი

გავლენა რეაქციის სიჩქარეზე

1. ტუტე ქლორირებისა და წყალბადის ზეჟანგის მეთოდები

• ზოგადად, ტემპერატურის მატებამ შეიძლება დააჩქაროს რეაქციის სიჩქარე როგორც ტუტე ქლორირების, ასევე წყალბადის ზეჟანგით დამუშავების დროს. თუმცა, ტემპერატურა ფრთხილად უნდა იყოს კონტროლირებადი. ტუტე ქლორირების დროს ოპტიმალური ტემპერატურის დიაპაზონი დაახლოებით 20-30°C-ია. თუ ტემპერატურა ძალიან დაბალია, რეაქციის სიჩქარე შენელდება, რაც გამოიწვევს ციანიდის არასრულ დაჟანგვას. მაგალითად, 15°C-ზე დაბალ ტემპერატურაზე, ციანიდსა და ნატრიუმის ჰიპოქლორიტს შორის რეაქციის დასრულებას მნიშვნელოვნად მეტი დრო დასჭირდება. მეორეს მხრივ, თუ ტემპერატურა ძალიან მაღალია, ტუტე ქლორირების შემთხვევაში, ხსნარიდან შეიძლება გამოვიდეს ქლორის აირი, რაც შეამცირებს დამჟანგველი აგენტის ეფექტურობას. წყალბადის ზეჟანგით მეთოდში, 35°C-ზე მაღალმა ტემპერატურამ შეიძლება გამოიწვიოს წყალბადის ზეჟანგის სწრაფი დაშლა, რაც იწვევს ციანიდის დაჟანგვისთვის სასურველი ჰიდროქსილის რადიკალების ნაცვლად ჟანგბადის აირის წარმოქმნას.

2. ბიოდეგრადაციის პროცესი

• ციანიდის შემცველი ჩამდინარე წყლების ბიოდეგრადაციისას, ციანიდის დამშლელი მიკროორგანიზმების უმეტესობისთვის ოპტიმალური ტემპერატურის დიაპაზონი 20-35°C-ია. ამ დიაპაზონის მიღმა ტემპერატურამ შეიძლება მნიშვნელოვანი გავლენა მოახდინოს მიკროორგანიზმების აქტივობაზე. დაბალ ტემპერატურაზე (20°C-ზე ქვემოთ) მიკროორგანიზმების მეტაბოლური სიჩქარე შენელდება და შესაძლოა მათ ვერ შეძლონ ციანიდის ეფექტურად დაშლა. მაღალმა ტემპერატურამ (35°C-ზე ზემოთ) შეიძლება დააზიანოს მიკროორგანიზმების უჯრედის მემბრანები და ფერმენტები, რაც იწვევს უჯრედების სიკვდილს და მათი ციანიდის დაშლის უნარის დაკარგვას.

ტემპერატურის რეგულირების ტექნიკა

შესაბამისი ტემპერატურის შესანარჩუნებლად, ჩამდინარე წყლების გამწმენდ რეაქტორებში შესაძლებელია გათბობის ან გაგრილების სისტემების დამონტაჟება. გათბობისთვის შესაძლებელია ორთქლზე დაფუძნებული გათბობის სისტემების ან ელექტრო გამათბობლების გამოყენება. გაგრილებისთვის შესაძლებელია წყლით გაცივებული თბოგამცვლელების ან ჰაერით გაცივებული კონდენსატორების გამოყენება. ტემპერატურა მუდმივად კონტროლდება ტემპერატურის სენსორების გამოყენებით და გათბობის ან გაგრილების სისტემები შესაბამისად რეგულირდება, რათა ტემპერატურა დამუშავების პროცესისთვის ოპტიმალურ დიაპაზონში შენარჩუნდეს.

ოქსიდანტის დოზირების კონტროლი

სწორი თანხის განსაზღვრა

1. ტუტე ქლორირება

• ტუტე ქლორირებისას, საჭირო ოქსიდანტის (ნატრიუმის ჰიპოქლორიტი ან ქლორის აირი) რაოდენობა გამოითვლება ციანიდთან რეაქციის სტექიომეტრიის საფუძველზე. პრაქტიკაში, როგორც წესი, ემატება ოქსიდანტის ჭარბი რაოდენობა, რომელიც, როგორც წესი, თეორიულ რაოდენობაზე 10-20%-ით მეტია. ეს კეთდება ციანიდის სრული დაჟანგვის უზრუნველსაყოფად, რადგან ჩამდინარე წყლებში შეიძლება იყოს სხვა ნივთიერებები, რომლებსაც შეუძლიათ ოქსიდანტის შთანთქმა. თუ ოქსიდანტის დოზა ძალიან დაბალია, ციანიდი სრულად არ დაჟანგდება და გაწმენდილი ჩამდინარე წყლები შეიძლება მაინც შეიცავდეს ტოქსიკური ციანიდის მაღალ დონეს. მეორეს მხრივ, თუ დოზა ძალიან მაღალია, ეს არა მხოლოდ ზრდის დამუშავების ხარჯებს, არამედ შეიძლება გამოიწვიოს არასასურველი თანმდევი პროდუქტების წარმოქმნა, როგორიცაა მავნე დეზინფექციის თანმდევი პროდუქტები, როდესაც ჭარბი ქლორი რეაგირებს ჩამდინარე წყლებში არსებულ სხვა ორგანულ ნივთიერებებთან.

2.წყალბადის პეროქსიდის მეთოდი

• წყალბადის ზეჟანგით დამუშავების მეთოდის დროს წყალბადის ზეჟანგის ოპტიმალური დოზა განისაზღვრება ლაბორატორიული ტესტირების გზით. დოზა დამოკიდებულია ისეთ ფაქტორებზე, როგორიცაა ჩამდინარე წყლებში ციანიდის საწყისი კონცენტრაცია, სხვა ხელისშემშლელი ნივთიერებების არსებობა და გამოყენებული კატალიზატორის ტიპი. ტუტე ქლორირების მსგავსად, წყალბადის ზეჟანგის არასაკმარისი რაოდენობა გამოიწვევს ციანიდის არასრულ დაჟანგვას. თუმცა, წყალბადის ზეჟანგის ჭარბმა რაოდენობამ შეიძლება გამოიწვიოს წარმოქმნილი ჰიდროქსილის რადიკალების დაშლა, რაც ამცირებს დამუშავების საერთო ეფექტურობას და ზრდის ხარჯებს.

დოზირების კონტროლის აღჭურვილობა

ჟანგვის საშუალების დოზის ზუსტად კონტროლისთვის, როგორც წესი, გამოიყენება საზომი ტუმბოები. ამ ტუმბოებს შეუძლიათ ზუსტად მიაწოდონ ჟანგვის ხსნარის საჭირო მოცულობა ჩამდინარე წყლების გამწმენდ რეაქტორში. ავტომატური მართვის სისტემები შეიძლება ინტეგრირებული იყოს საზომ ტუმბოებთან, რომლებიც არეგულირებენ დოზას ჩამდინარე წყლებში ციანიდის კონცენტრაციის რეალურ დროში მონიტორინგის ან ჟანგვის რეაქციის პროგრესის საფუძველზე (მაგალითად, ORP გაზომვის გზით, რაც მოგვიანებით იქნება განხილული).

ჟანგვა-აღდგენის პოტენციალის (ORP) კონტროლი

როლი რეაქციის პროგრესის მონიტორინგში

1. ტუტე ქლორირება

• ტუტე ქლორირების პროცესში, ORP-ის მონიტორინგი გადამწყვეტი მნიშვნელობისაა დაჟანგვის რეაქციების პროგრესის თვალყურის დევნებისთვის. ციანიდის ციანატად დაჟანგვის და შემდეგ ციანატის უვნებელ ნივთიერებებად შემდგომი დაჟანგვისას, ჩამდინარე წყლების ORP მნიშვნელობა იცვლება. ციანიდის ციანატად დაჟანგვის პირველი ეტაპის დროს, ORP, როგორც წესი, იზრდება. ამ ეტაპისთვის სამიზნე ORP დიაპაზონი დაახლოებით 300-500 მვ-ია (დამოკიდებულია რეაქციის სპეციფიკურ პირობებზე). როდესაც ORP ამ დიაპაზონს აღწევს, ეს მიუთითებს, რომ პირველი ეტაპის დაჟანგვა დასასრულს უახლოვდება. ციანატის უვნებელ ნივთიერებებად დაჟანგვის მეორე ეტაპზე, ORP კიდევ უფრო იზრდება და სამიზნე დიაპაზონი, როგორც წესი, დაახლოებით 600-700 მვ-ია. ORP-ის მონიტორინგით, ოპერატორებს შეუძლიათ განსაზღვრონ, როდის შეწყვიტონ ოქსიდანტის დამატება, რათა უზრუნველყონ, რომ რეაქცია დასრულდა ჩამდინარე წყლების ზედმეტი დაჟანგვის ან ოქსიდანტის დაკარგვის გარეშე.

2.წყალბადის პეროქსიდის მეთოდი

• წყალბადის ზეჟანგით დამუშავებისას, ORP ასევე წარმოადგენს რეაქციის პროგრესის მნიშვნელოვან ინდიკატორს. ციანიდის შემცველი ჩამდინარე წყლების საწყისი ORP შედარებით დაბალია. წყალბადის ზეჟანგის დამატების და დაჟანგვის რეაქციის მიმდინარეობისას, ORP იზრდება. ციანიდის ჩამდინარე წყლების წყალბადის ზეჟანგით დამუშავების სამიზნე ORP დიაპაზონი, როგორც წესი, დაახლოებით 400-500 mV-ია. როდესაც ORP ამ მნიშვნელობას აღწევს, ეს იმაზე მიუთითებს, რომ ციანიდი ეფექტურად დაიჟანგა არატოქსიკურ ფორმამდე.

ORP მონიტორინგისა და კონტროლის სისტემები

ORP სენსორები გამოიყენება გამწმენდ რეაქტორში ჩამდინარე წყლების ORP მნიშვნელობის უწყვეტი მონიტორინგისთვის. ეს სენსორები დაკავშირებულია მართვის სისტემასთან, რომლის დაპროგრამებაც შესაძლებელია ოქსიდანტის დამატების რეგულირებისთვის. მაგალითად, თუ ORP სამიზნე დიაპაზონზე დაბალია, მართვის სისტემას შეუძლია გაზარდოს ჩამდინარე წყლებში დამატებული ოქსიდანტის (მაგალითად, წყალბადის ზეჟანგი ან ნატრიუმის ჰიპოქლორიტი) დოზა. პირიქით, თუ ORP სამიზნე დიაპაზონს აღემატება, მართვის სისტემას შეუძლია შეამციროს ან შეწყვიტოს ოქსიდანტის დამატება.

დასკვნა

ციანიდური ჩამდინარე წყლების გამწმენდი ნაგებობის რეაქციის პირობების კონტროლი აუცილებელია ამ მაღალტოქსიკური ჩამდინარე წყლების ეფექტური და უსაფრთხო გამწმენდი ნაგებობის უზრუნველსაყოფად. pH-ის, ტემპერატურის, ოქსიდანტის დოზის და ოქსიდანტური რეაქციის ზუსტი კონტროლი უზრუნველყოფს, რომ გამწმენდი პროცესი ეფექტურად გარდაქმნის ციანიდს ნაკლებად ტოქსიკურ ან არატოქსიკურ ნივთიერებებად. ამ რეაქციის პირობების ფრთხილად მართვით, ინდუსტრიებს შეუძლიათ არა მხოლოდ დაიცვან გარემოსდაცვითი რეგულაციები, არამედ ოპტიმიზაცია გაუკეთონ ციანიდური ჩამდინარე წყლების გამწმენდი ნაგებობების პროცესების ეკონომიურ ეფექტურობას. ამ პარამეტრების რეგულარული მონიტორინგი და კორექტირება აუცილებელია ჩამდინარე წყლების შემადგენლობისა და გამწმენდი ნაგებობების მუშაობის პირობების ცვლილებებთან ადაპტაციისთვის.