Elektrolizės oksidacijos procesas natrio cianido nuotekoms valyti

Įvadas

Cianidų turinčios nuotekos, ypač tos, kurios susidaro iš natrio cianido , kelia didelį susirūpinimą aplinkai. Tokios nuotekos yra labai toksiškos ir daugiausia susidaro iš tokių pramonės šakų kaip galvanizavimas, dujų gamyba, koksavimas, metalurgija, metalo apdirbimas, cheminio pluošto, plastiko, pesticidų ir chemijos pramonė. Vandenyje jos yra nestabilios ir linkusios skilti. Tiek neorganiniai, tiek organiniai cianidai yra itin nuodingos medžiagos. Pavyzdžiui, mirtina cianido dozė žmogaus organizmui yra 0.18 g, o kalio cianido – 0.12 g. Be to, mirtina cianido koncentracija žuvims vandenyje svyruoja nuo 0.04 iki 0.1 mg/l. Todėl skubiai reikalingi veiksmingi valymo metodai, siekiant sumažinti žalingą poveikį aplinkai ir žmonių sveikatai.

Cianidą turinčių nuotekų elektrolitinio oksidavimo pagrindai

Elektrolizės oksidacijos procesas, skirtas natrio cianido nuotekoms valyti, veikia elektros srovės principu, kuris sukelia chemines reakcijas anode ir katode, taip paverčiant nuotekose esantį cianidą mažiau kenksmingomis medžiagomis. Šio proceso metu tiek paprastasis, tiek kompleksinis cianidas nuotekose yra elektrolizuojami.

Anodinės reakcijos

• Paprastajam cianidui : Pirmojo etapo reakcijos metu prie anodo paprastasis cianidas energingai reaguoja su kitomis nuotekose esančiomis medžiagomis ir sudaro mažiau toksišką junginį. Antrajame etape vyksta dvi reakcijos. Vienoje reakcijoje šis junginys toliau skaidomas į anglies dioksidą, azotą ir vandenį. Kitos reakcijos metu susidaro amonis.

• Koordinaciniam cianidui (pavyzdys – vario turintis kompleksas) : Kai koordinacinis cianidas, kaip ir vario turintys kompleksai, pasiekia anodą, jis reaguoja ir sudaro vario jonus bei kitą mažiau toksišką junginį. Kai į elektrolito terpę įpilama valgomosios druskos, vyksta papildomos reakcijos. Chlorido jonai iš druskos oksiduojami ir sudaro besiformuojantį chlorą. Šis besiformuojantis chloras tada reaguoja su cianidu ir kitomis nuotekose esančiomis medžiagomis, suskaidydamas cianido junginius į mažiau kenksmingus produktus, įskaitant anglies dioksidą, azotą ir chlorido jonus.

Katodinės reakcijos

Katode vandenilio jonai įgyja elektronus ir sudaro vandenilio dujas. Cianido kompleksuose, kuriuose yra metalų, pavyzdžiui, su variu, vario jonai įgyja elektronus ir gali nusėsti kaip vario metalas. Tam tikromis sąlygomis vario jonai taip pat gali reaguoti su hidroksido jonais ir sudaryti vario hidroksido nuosėdas.

Svarbiausi elektrolizės oksidacijos proceso aspektai

• Elektrodų medžiagos : Elektrodų medžiagų pasirinkimas yra labai svarbus. Daugeliu atvejų kaip katodo medžiaga gali būti naudojamas minkštas plienas. Tačiau anodai turi atlaikyti atšiaurias elektrochemines sąlygas. Šiam tikslui puikiai tinka matmenimis stabilūs anodai (DSA), pagaminti iš tauriųjų metalų oksidų ir gaminami kelių įmonių. Grafitas taip pat gali būti naudojamas kaip anodo medžiaga, tačiau jis turi trūkumą – elektrolizės proceso metu palaipsniui suyra.

• Temperatūros kontrolė : Elektrolizės metu išskiriamo skysčio temperatūrą reikia kruopščiai reguliuoti. Paprastai ji turėtų būti palaikoma žemesnė nei 25 °C. Jei temperatūra pakyla per aukštai, chloras, susidaręs oksiduojant pridėtoje druskoje esančius chlorido jonus, išeis prieš jam spėjant reaguoti su cianidu, todėl sumažėja cianido skaidymo proceso efektyvumas.

• Chlorido jonų pridėjimas : Į nuotekas įpilant chlorido jonų, galima sustiprinti cianido elektrolizinę oksidaciją. Paprastai pakanka įpilti 1–2 g/l chlorido jonų. Kai kuriais atvejais įrodyta, kad į nuotekas įpilant 25 g/l koncentracijos valgomosios druskos (natrio chlorido), veiksmingai prisidedama prie cianido elektrolizės.

Elektrolizės oksidacijos proceso privalumai

• Didelis efektyvumas valant didelės koncentracijos nuotekas : elektrolizės oksidacijos procesas yra ypač efektyvus valant didelės koncentracijos cianido turinčias nuotekas, pavyzdžiui, esančias aukso kasyklose. Jis gali žymiai sumažinti cianido koncentraciją nuotekose.

• Reaktyviųjų medžiagų susidarymas in situ : elektrolizės metu sistemoje susidaro reaktyviosios medžiagos, tokios kaip besiformuojantis chloras. Tai panaikina poreikį iš išorės pridėti didelių kiekių potencialiai pavojingų ir brangių oksidatorių.

• Lankstumas : procesą galima reguliuoti atsižvelgiant į konkrečią nuotekų sudėtį. Valdant tokius parametrus kaip srovės tankis, įtampa ir tam tikrų druskų pridėjimas, elektrolizės oksidacijos procesą galima optimizuoti skirtingų tipų cianido turinčioms nuotekoms, nesvarbu, ar jose yra paprastų, ar sudėtingų cianido junginių.

Išvada

Elektrolizės oksidacijos procesas siūlo perspektyvų natrio cianido nuotekų valymo sprendimą. Suprasdami chemines reakcijas, vykstančias anode ir katode, kruopščiai parinkdami elektrodų medžiagas, kontroliuodami temperatūrą ir įpildami tinkamą kiekį chlorido jonų, šiuo metodu galima efektyviai pašalinti cianido taršą iš nuotekų. Kadangi pramonė ir toliau ieško tvaresnių ir efektyvesnių būdų tvarkyti savo atliekas, elektrolizės oksidacijos procesas greičiausiai bus plačiau taikomas cianido turinčių nuotekų valymui. Tačiau vis dar reikia tolesnių tyrimų ir plėtros, siekiant patobulinti procesą, sumažinti sąnaudas ir padidinti jo bendrą efektyvumą bei ekologiškumą.