Aktyvuotos anglies naudojimas laisvajam cianidui (CN−) pašalinti iš nuotekų

Įvadas

Pramoninėse nuotekose dažnai yra įvairių toksiškų medžiagų, tarp kurių Laisvas cianidas (CN−) kelia ypatingą susirūpinimą dėl didelio toksiškumo. Net ir mažomis dozėmis, Cianidas gali būti mirtina, todėl nuotekų, kuriose yra cianido, valymas yra kritinė aplinkosaugos problema. Galioja griežti cianido turinčių nuotekų išleidimo kontrolės reglamentai, kuriais siekiama ne tik atitikti standartų reikalavimus, bet ir išgauti kuo daugiau cianido iš uolienų atliekų ir gamyklų nuotekų. Aktyvuotas Anglis pasirodė esanti perspektyvi medžiaga laisvajam cianidui pašalinti iš nuotekų, ir šiame straipsnyje bus išsamiai išnagrinėtas jos pritaikymas, mechanizmai ir įtakos veiksniai.

Cianido šaltiniai nuotekose

Didelės koncentracijos cianidas nuotekose daugiausia susidaro pramoninių procesų, tokių kaip galvanizavimas, cianido pagrindu veikianti aukso gavyba, dujų plovimas ir aušinimo vanduo kokso krosnyse ir aukštakrosnėse, taip pat kai kuriose chemijos, mineralų perdirbimo, sintetinio kaučiuko, pluošto ir dažų pramonės šakose. Šiose nuotekose cianido koncentracija gali svyruoti nuo 1 iki 180 mg/l ar net didesnė.

Aktyvuotos anglies mechanizmai šalinant laisvąjį cianidą

Fizinė adsorbcija

Aktyvuota anglis turi labai išvystytą mikroporinę struktūrą ir didelį savitąjį paviršiaus plotą, paprastai svyruojantį nuo 500 iki 3000 m²/g. Ši fizinė struktūra suteikia jai stiprias fizines adsorbcijos galimybes. Nuotekose esantys cianido jonai gali būti adsorbuojami ant paviršiaus. Aktyvuota anglis veikiant van der Valso jėgoms. Didelis paviršiaus plotas suteikia daug adsorbcijos vietų, kurios leidžia efektyviai surinkti laisvą cianidą.

Cheminė adsorbcija ir katalizinė oksidacija

Be fizinės adsorbcijos, aktyvuota anglis taip pat gali dalyvauti cheminėse reakcijose. Kai aktyvuota anglis adsorbuoja deguonį ir vandenį nuotekose, ant jos paviršiaus gali susidaryti vandenilio peroksidas (H₂O₂), o pati aktyvuota anglis veikia kaip katalizatorius. Esant vario druskoms, susidaręs H₂O₂ gali oksiduoti ir skaidyti cianidą. Reakcijos mechanizmas yra toks:

1. H₂O₂ susidarymas: Deguonis ir vanduo adsorbuojami ant aktyvuotos anglies paviršiaus ir sudaro H₂O₂.

2. Cianido oksidacija: Cianidą oksiduoja H₂O₂, veikiant vario druskoms, todėl cianidas skyla į mažiau kenksmingas medžiagas.

Veiksniai, darantys įtaką aktyvuotos anglies šalinimo efektyvumui

Pradinė cianido koncentracija

Kuo didesnė pradinė laisvojo cianido koncentracija nuotekose, tuo didesnė adsorbcijos varomoji jėga. Tačiau, kadangi aktyvuotos anglies adsorbcijos pajėgumas yra ribotas, kai pradinė koncentracija viršija tam tikrą vertę, pašalinimo efektyvumas gali neproporcingai padidėti. Kai kuriuose tyrimuose nustatyta, kad didėjant pradinei cianido koncentracijai, adsorbuoto cianido kiekis aktyvuotos anglies masės vienete pirmiausia padidėja, o vėliau išsilygina.

pH vertė

Nuotekų pH vertė daro didelę įtaką cianido adsorbcijai aktyvuotos anglies pagalba. Paprastai rūgštinėje aplinkoje aktyvuotos anglies adsorbcijos pajėgumas cianidui yra santykinai mažas. Didėjant pH vertei, adsorbcijos pajėgumas palaipsniui didėja. Kai pH yra šarminiame diapazone, ypač didesnis nei 11, cianido pašalinimo greitis kai kuriais atvejais gali siekti daugiau nei 95 % per 30 minučių. Taip yra todėl, kad cianido sudėtis tirpale kinta priklausomai nuo pH, o cianido jonų forma yra palankesnė adsorbcijai ant aktyvuotos anglies šarminėje aplinkoje.

temperatūra

Cianido adsorbcija aktyvuota anglimi yra egzoterminis procesas. Kylant temperatūrai, adsorbcijos pajėgumas paprastai mažėja. Pavyzdžiui, variu impregnuotos aktyvuotos anglies atveju, sumaišius ją su cianido tirpalu, cianido adsorbcijos efektas mažėja didėjant temperatūrai. Taip yra todėl, kad temperatūros padidėjimas skatina adsorbuotų medžiagų desorbciją nuo aktyvuotos anglies paviršiaus.

Maišymo laikas

Norint užtikrinti, kad nuotekose esantis cianidas pakankamai kontaktuotų su aktyvuota anglimi, reikia pakankamai laiko maišyti. Pradiniame etape, ilgėjant maišymo laikui, cianido pašalinimo greitis sparčiai didėja. Tačiau pasiekus tam tikrą laiką, pašalinimo greitis linkęs stabilizuotis, o tai rodo, kad adsorbcijos procesas pasiekė pusiausvyrą.

Aktyvuotos anglies panaudojimas valant cianidus turinčias nuotekas

Aukso kasybos pramonėje

Aukso kasybos procesuose, ypač cianido pagrindu veikiančiuose aukso gavybos procesuose, susidaro didelis kiekis cianido turinčių nuotekų. Aktyvuota anglis gali būti naudojama laisvam cianidui pašalinti iš šių nuotekų. Be cianido šalinimo, aktyvuota anglis taip pat gali adsorbuoti aukso ir cianido kompleksus (pvz., Au(CN)₂⁻) nuotekose. Adsorbuoti aukso ir cianido kompleksai gali būti toliau apdorojami, siekiant išgauti auksą, užtikrinant aplinkos apsaugą ir išteklių atkūrimą.

Galvanizavimo pramonėje

Galvanizavimo gamyklose dengimo procese dažnai naudojami cianido turintys tirpalai, todėl nuotekos užteršiamos cianidu. Aktyvuotos anglies apdorojimas gali veiksmingai sumažinti cianido kiekį nuotekose, kad būtų laikomasi išleidimo standartų. Palyginti su kai kuriais tradiciniais valymo metodais, tokiais kaip šarminis chloravimas, aktyvuotos anglies apdorojimas turi pranašumų, nes sumažina antrinę taršą ir suteikia galimybę atgauti išteklius.

Palyginimas su kitais gydymo metodais

Šarminis chlorinimas

Šarminis chloravimas yra gana brandus naikinimo metodas cianidai nuotekose. Jame naudojamos chloro turinčios medžiagos, tokios kaip chloro dujos, skystas chloras arba balinimo milteliai, cianidui oksiduoti į netoksišką anglies dioksidą (CO₂) ir azotą (N₂). Tačiau šis metodas gali sukelti kenksmingus šalutinius produktus, o veikimo procesas reikalauja griežtos chloro dozės ir reakcijos sąlygų kontrolės. Priešingai, apdorojimas aktyvuota anglimi yra ekologiškesnis pasirinkimas, nes jis gali selektyviai adsorbuoti cianidą ir potencialiai atgauti vertingus metalus.

Vandenilio peroksido oksidacija

Vandenilio peroksido oksidacija taip pat gali būti naudojama cianido koncentracijai nuotekose sumažinti. Ji gali oksiduoti cianidą iki mažesnio toksiškumo lygio. Tačiau vandenilio peroksidas yra brangus reagentas, ir procesui gali reikėti nuolat pridėti reagentų, todėl padidėja valymo išlaidos. Kita vertus, tinkamai parinkta ir naudojama aktyvuota anglis pasižymi gana stabiliomis savybėmis, o jos regeneracija taip pat gali būti svarstoma siekiant sumažinti išlaidas.

Būsimi pokyčiai

Modifikuotos aktyvuotos anglies kūrimas

Siekiant dar labiau pagerinti aktyvuotos anglies efektyvumą šalinant laisvąjį cianidą, atliekami modifikuotos aktyvuotos anglies tyrimai. Pavyzdžiui, aktyvuotos anglies impregnavimas skirtingais metalais (pvz., variu, geležimi ir kt.) gali sustiprinti jos katalizinio oksidavimo gebėjimą cianidui. Įvairiais metalais prisotintos aktyvuotos anglies gali būti optimizuotos atsižvelgiant į konkrečias nuotekų savybes, siekiant geresnio valymo efekto.

Kombinuoti gydymo procesai

Taip pat populiaru derinti aktyvuotos anglies apdorojimą su kitais valymo metodais. Pavyzdžiui, derinant aktyvuotos anglies adsorbciją su biologiniu valymu, pirmiausia galima naudoti aktyvuotą anglį, kad būtų sumažinta didelės koncentracijos cianidas nuotekose iki biologiniam valymui tinkamesnio lygio, o tada panaudoti mikroorganizmus likusioms su cianidu susijusioms medžiagoms toliau skaidyti ir pašalinti. Šis kombinuotas procesas gali pasinaudoti skirtingų valymo metodų privalumais ir pasiekti efektyvesnį bei išsamesnį valymą. Nuotekų valymas.

Išvada

Aktyvuota anglis pasižymi dideliu potencialu šalinant laisvąjį cianidą (CN−) iš nuotekų. Fizinės adsorbcijos ir cheminių reakcijų būdu ji gali efektyviai sumažinti cianido kiekį nuotekose, atitikti aplinkosaugos išleidimo standartus ir netgi kai kuriais atvejais sudaryti sąlygas išteklių atgavimui. Nors vis dar yra sričių, kurias reikia tobulinti, pavyzdžiui, toliau optimizuoti adsorbcijos efektyvumą ir mažinti sąnaudas, nuolat tobulėjant aktyvuotos anglies modifikavimo ir kombinuotų valymo procesų tyrimams, aktyvuota anglis ateityje vaidins vis svarbesnį vaidmenį valant cianido turinčias nuotekas.