Reakcijos sąlygų kontrolė valant nuotekas cianidu

Įvadas

Cianido turinčios nuotekos susidaro iš įvairių pramoninių procesų, tokių kaip metalo dengimas, plieno korpuso grūdinimas, aukso ir sidabro rūdos rafinavimas. Dėl didelio toksiškumo cianidas, kurios gali būti mirtinos gyviems organizmams net esant mažoms koncentracijoms, tinkamas tokių nuotekų valymas yra itin svarbus. Vienas iš svarbiausių efektyvumo aspektų cianido nuotekų valymas yra tikslus reakcijos sąlygų valdymas. Šiame straipsnyje bus nagrinėjamos pagrindinės reakcijos sąlygos ir kaip jas kontroliuoti gydant Cianidas - kuriose yra nuotekų.

pH kontrolė

Reikšmė skirtinguose gydymo procesuose

1.Šarminis chlorinimo procesas

• Šarminis chlorinimas yra įprastas nuotekų valymo cianidu metodas, o pH kontrolė atlieka lemiamą vaidmenį. Gydymo reakcija vyksta dviem etapais. Pirmajame etape cianidas oksiduojamas į cianatą natrio hipochloritu arba chloro dujų ir natrio hidroksido mišiniu. Šios pirmosios oksidacijos pakopos optimalus pH diapazonas paprastai yra nuo 10 iki 11. Jei pH yra per žemas, virsta rūgštine, reakcijos metu gali susidaryti toksiškas cianogeno chloridas, kuris kelia didelį pavojų. Pavyzdžiui, kai pH nukrenta žemiau 8. gali susidaryti šis kenksmingas šalutinis produktas. Kita vertus, jei pH yra per aukštas, reakcijos greitis žymiai sumažės. Aukštos pH vertės gali turėti įtakos reagentų tirpumui ir reaktyvumui, todėl oksidacijos procesas tampa mažiau efektyvus.

2. Vandenilio peroksido metodas

• Valant vandenilio peroksidu pagrįstas cianido nuotekas, optimalus pH diapazonas paprastai yra nuo 9 iki 11. Taikant šį metodą, vandenilio peroksidas suyra esant katalizatoriui (pvz., geležies druskoms), kad susidarytų labai reaktyvūs hidroksilo radikalai, kurie oksiduoja cianidą. Šiame diapazone esantis pH skatina vandenilio peroksido skilimą ir šių esminių radikalų susidarymą. Jei pH yra už šio diapazono ribų, vandenilio peroksido skilimas bus slopinamas, sumažinant bendrą oksidacijos efektyvumą.

3. Biodegradacijos procesas

• Biologiniam cianido turinčių nuotekų skaidymui, kai mikroorganizmai skaido cianidą į nekenksmingas medžiagas, pH reikia palaikyti nuo 6.5 iki 8.5. Mikroorganizmai turi optimalų pH diapazoną metabolinei veiklai. Jei pH yra per rūgštus arba per šarminis, jis gali denatūruoti fermentus, dalyvaujančius cianiduose – ardančius mikroorganizmų medžiagų apykaitos kelius. Pavyzdžiui, jei pH nukrenta žemiau 6.5. daugelio cianidą skaidančių bakterijų augimo greitis ir gebėjimas skaidyti cianidą sumažės.

PH reguliavimo metodai

Norint kontroliuoti pH, į nuotekas įpilama atitinkamų rūgščių arba šarminių medžiagų. Įprastos naudojamos rūgštys yra sieros rūgštis ir druskos rūgštis, o įprasti šarmai yra natrio hidroksidas ir kalcio hidroksidas. Įpilamos rūgšties arba šarmo kiekis apskaičiuojamas pagal pradinį nuotekų pH ir tikslinį pH konkrečiam valymo procesui. Tikslus pH matavimas atliekamas naudojant pH jutiklius, o automatizuotomis dozavimo sistemomis galima tiksliai pridėti reikiamų cheminių medžiagų.

Šiluma

Poveikis reakcijos greičiui

1. Šarminio chlorinimo ir vandenilio peroksido metodai

• Paprastai temperatūros padidėjimas gali pagreitinti reakcijos greitį ir šarminio chlorinimo, ir vandenilio peroksido apdorojimo metu. Tačiau reikia atidžiai stebėti temperatūrą. Šarminio chlorinimo metu optimalus temperatūros diapazonas yra apie 20–30 °C. Jei temperatūra yra per žema, reakcijos greitis bus lėtas, todėl cianidas oksiduojasi nepilnai. Pavyzdžiui, esant žemesnei nei 15 °C temperatūrai, reakcija tarp cianido ir natrio hipochlorito užtruks daug ilgiau, kol bus baigta. Kita vertus, esant per aukštai temperatūrai, šarminio chlorinimo atveju iš tirpalo gali išeiti chloro dujos, sumažindamos oksiduojančios medžiagos efektyvumą. Taikant vandenilio peroksido metodą, aukštesnė nei 35°C temperatūra gali sukelti greitą vandenilio peroksido skilimą, todėl vietoj norimų cianido oksidacijos hidroksilo radikalų susidaro deguonies dujos.

2. Biodegradacijos procesas

• Biologiškai skaidant nuotekas, kuriose yra cianido, optimalus temperatūros diapazonas daugeliui cianidą skaidančių mikroorganizmų yra 20–35°C. Už šio diapazono ribų esanti temperatūra gali turėti didelės įtakos mikroorganizmų veiklai. Esant žemai temperatūrai (žemiau 20°C), mikroorganizmų medžiagų apykaita sulėtėja ir jie gali nesugebėti efektyviai suskaidyti cianido. Aukšta temperatūra (virš 35°C) gali pažeisti ląstelių membranas ir mikroorganizmų fermentus, o tai gali sukelti ląstelių mirtį ir prarasti jų gebėjimą skaidyti cianidus.

Temperatūros reguliavimo būdai

Norint palaikyti tinkamą temperatūrą, nuotekų valymo reaktoriuose gali būti įrengtos šildymo arba vėsinimo sistemos. Šildymui gali būti naudojamos garo šildymo sistemos arba elektriniai šildytuvai. Aušinant gali būti naudojami vandeniu aušinami šilumokaičiai arba oru aušinami kondensatoriai. Temperatūra nuolat stebima naudojant temperatūros jutiklius, o šildymo arba vėsinimo sistemos atitinkamai sureguliuojamos, kad temperatūra būtų optimaliame apdorojimo proceso diapazone.

Oksidatoriaus dozavimo kontrolė

Tinkamos sumos nustatymas

1.Šarminis chloravimas

• Atliekant šarminį chlorinimą, reikalingas oksidatoriaus (natrio hipochlorito arba chloro dujų) kiekis apskaičiuojamas pagal reakcijos su cianidu stechiometriją. Praktiškai paprastai pridedamas oksidanto perteklius, paprastai 10–20 % didesnis nei teorinis kiekis. Taip siekiama užtikrinti visišką cianido oksidaciją, nes nuotekose gali būti kitų medžiagų, kurios gali sunaudoti oksidatorių. Jei oksidatoriaus dozė yra per maža, cianidas nebus visiškai oksiduotas, o išvalytose nuotekose vis tiek gali būti daug toksiško cianido. Kita vertus, jei dozė yra per didelė, tai ne tik padidina valymo išlaidas, bet ir gali sukelti nepageidaujamų šalutinių produktų, tokių kaip kenksmingi dezinfekavimo produktai, susidarymą, kai chloro perteklius reaguoja su kitomis organinėmis nuotekose esančiomis medžiagomis.

2. Vandenilio peroksido metodas

• Vandenilio peroksido apdorojimo metodu optimali vandenilio peroksido dozė nustatoma atliekant laboratorinius tyrimus. Dozavimas priklauso nuo tokių veiksnių kaip pradinė cianido koncentracija nuotekose, kitų trukdančių medžiagų buvimas ir naudojamo katalizatoriaus tipas. Panašiai kaip šarminis chlorinimas, nepakankamas vandenilio peroksido kiekis sukels nepilną cianido oksidaciją. Tačiau per didelis vandenilio peroksido kiekis gali sukelti susidariusių hidroksilo radikalų skilimą, sumažinti bendrą apdorojimo efektyvumą ir padidinti išlaidas.

Dozavimo kontrolės įranga

Norint tiksliai kontroliuoti oksidatoriaus dozę, dažniausiai naudojami dozavimo siurbliai. Šie siurbliai gali tiksliai tiekti reikiamą oksidatoriaus tirpalo kiekį į nuotekų valymo reaktorių. Automatizuotos valdymo sistemos gali būti integruotos su dozavimo siurbliais, kurie reguliuoja dozę pagal realiu laiku stebint cianido koncentraciją nuotekose arba oksidacijos reakcijos eigą (pavyzdžiui, atliekant ORP matavimą, apie kurį bus kalbama vėliau).

Oksidacijos – redukcijos potencialo (ORP) kontrolė

Vaidmuo stebint reakcijos pažangą

1.Šarminis chloravimas

• Šarminio chlorinimo procese ORP stebėjimas yra labai svarbus norint sekti oksidacijos reakcijų eigą. Kai cianidas oksiduojasi iki cianato, o vėliau cianatas oksiduojasi iki nekenksmingų medžiagų, keičiasi nuotekų ORP vertė. Pirmojo etapo cianido oksidacijos į cianatą metu ORP paprastai padidėja. Tikslinis ORP diapazonas šiam etapui yra apie 300–500 mV (priklausomai nuo konkrečių reakcijos sąlygų). Kai ORP pasiekia šį diapazoną, tai rodo, kad pirmojo etapo oksidacija yra beveik baigta. Antrajame cianato oksidacijos etape iki nekenksmingų medžiagų ORP toliau didėja, o tikslinis diapazonas paprastai yra apie 600–700 mV. Stebėdami ORP, operatoriai gali nuspręsti, kada nustoti dėti oksidantą, užtikrindami, kad reakcija būtų baigta per daug neoksiduojant nuotekų ir neiššvaistont oksidanto.

2. Vandenilio peroksido metodas

• Apdorojant vandenilio peroksidu, ORP taip pat yra svarbus reakcijos eigos rodiklis. Pradinis cianido turinčių nuotekų ORP yra palyginti mažas. Pridedant vandenilio peroksido ir vykstant oksidacijos reakcijai, ORP didėja. Tikslinis ORP diapazonas, skirtas cianido nuotekoms valyti vandenilio peroksidu, paprastai yra apie 400–500 mV. Kai ORP pasiekia šią vertę, tai rodo, kad cianidas buvo veiksmingai oksiduotas iki netoksiškos formos.

ORP stebėjimo ir valdymo sistemos

ORP jutikliai naudojami nuolat stebėti valymo reaktoriaus nuotekų ORP vertę. Šie jutikliai yra prijungti prie valdymo sistemos, kurią galima užprogramuoti reguliuoti oksidatoriaus pridėjimą. Pavyzdžiui, jei ORP yra žemiau tikslinio diapazono, valdymo sistema gali padidinti oksidanto (tokio kaip vandenilio peroksido arba natrio hipochlorito) dozę, kuri pridedama į nuotekas. Ir atvirkščiai, jei ORP viršija tikslinį diapazoną, valdymo sistema gali sumažinti arba sustabdyti oksidatoriaus pridėjimą.

Išvada

Norint veiksmingai ir saugiai valyti šias labai toksiškas nuotekas, būtina kontroliuoti reakcijos sąlygas valant nuotekas cianidu. Tiksli pH, temperatūros, oksidantų dozės ir ORP kontrolė gali užtikrinti, kad apdorojimo procesas efektyviai pavers cianidą mažiau toksiškomis arba netoksiškomis medžiagomis. Kruopščiai valdydamos šias reakcijos sąlygas, pramonės įmonės gali ne tik laikytis aplinkosaugos reikalavimų, bet ir optimizuoti savo nuotekų valymo cianidu procesų ekonomiškumą. Norint prisitaikyti prie nuotekų sudėties ir valymo įrenginių eksploatavimo sąlygų, būtina reguliariai stebėti ir koreguoti šiuos parametrus.