Cianīdu saturošu notekūdeņu apdraudējumi un apstrādes procesi

Ievads

Cianīdu saturoši notekūdeņi ir nozīmīgas vides problēmas, jo tie ir ļoti toksiski. Trīs plaši pazīstami ļoti toksiski cianīdi, Proti, Nātrija cianīds (NaCN), kālijs cianīdu (KCN) un ciānūdeņražskābe (HCN) nopietni apdraud gan cilvēku veselību, gan vidi. Kopsaucējs starp tiem Cianīdi ir to spēja viegli atdalīties un atbrīvot cianīda jonu (CN-).

Cianīdu saturoša notekūdeņu bīstamība

Toksicitātes mehānisms cilvēkiem

Cianīdu letālā toksikoloģija slēpjas faktā, ka cianīda jonam (CN-) ir spēcīga afinitāte pret dzelzs joniem. Nokļūstot cilvēka organismā, CN- viegli saistās ar dzelzs joniem, kā rezultātā samazinās dzelzi saturošo vielu skābekļa nestspēja. Tas galu galā izraisa skābekļa deficītu centrālās nervu sistēmas šūnās. Tā rezultātā saindētie cilvēki bieži mirst no elpceļu centrālās paralīzes. Saindēšanās var notikt dažādos veidos, tostarp saskaroties ar ādu, iekšķīgi, ieelpojot, injicējot un saskaroties ar gļotādu. Pat neliela cianīda iedarbība var būt dzīvībai bīstama.

Ietekmes uz vidi

Cianīdu saturošie notekūdeņi, ja tie netiek pienācīgi attīrīti un novadīti ūdenstilpēs, var postoši ietekmēt ūdens dzīvi. Ūdens organismi ir ārkārtīgi jutīgi pret cianīdu. Pat zemās koncentrācijās cianīds var traucēt zivju, bezmugurkaulnieku un citu ūdens sugu normālas fizioloģiskās funkcijas, izraisot samazinātu augšanu, reproduktīvās problēmas un galu galā nāvi. Tas savukārt var izjaukt visu ūdens ekosistēmu, ietekmējot barības ķēdes un bioloģisko daudzveidību.

Cianīdu saturošu notekūdeņu attīrīšanas procesi

Augstas koncentrācijas cianīdu saturoša notekūdeņu attīrīšana: cianīdu atgūšana

Augstas koncentrācijas cianīdu saturošiem notekūdeņiem bieži izmanto cianīdu atgūšanas metodi. Šīs pieejas mērķis ir iegūt un pārstrādāt vērtīgos cianīdus no notekūdeņiem. Viena izplatīta metode ir ekstrakcija ar šķīdinātāju. Ekstrakcijā ar šķīdinātāju izmanto piemērotu organisko šķīdinātāju, lai selektīvi ekstrahētu cianīda savienojumus no notekūdeņu ūdens fāzes. Ar cianīdu piesātināto organisko fāzi pēc tam var tālāk apstrādāt, lai atgūtu tīrus cianīdus. Šīs metodes priekšrocība ir ne tikai ietekmes uz vidi samazināšana, atdalot no notekūdeņiem cianīdu, bet arī potenciāli vērtīga ķīmiskā resursa atgūšana. Tomēr tas prasa rūpīgu šķīdinātāju izvēli un stingru darbības apstākļu kontroli, lai nodrošinātu augstas efektivitātes ekstrakciju un samazinātu šķīdinātāja zudumus.

Zema koncentrācija cianīdu saturoša notekūdeņu attīrīšana: cianīda iznīcināšana

Oksidācijas metodes

1. Ķīmiskā oksidēšana

• Princips: Ķīmiskās oksidācijas metodēs izmanto spēcīgus oksidētājus, lai cianīda jonus pārvērstu mazāk toksiskās vai netoksiskās vielās. Piemēram, oksidētāji uz hlora bāzes, piemēram, nātrija hipohlorīts (NaOCl), var reaģēt ar cianīda joniem. Reakcija vispirms pārvērš cianīdu (CN-) par cianātu (CNO-), un tālāka oksidēšana var sadalīt cianātu oglekļa dioksīdā (CO2), slāpeklī (N2) un citos nekaitīgos produktos. Kopējo reakciju var attēlot šādi:

• Pirmajā darbībā: (CN^ -+OCl^ -\rightarrow CNO^ -+Cl^)

• Otrajā darbībā: (2CNO^ -+3OCl^ -+H_2O\labā bultiņa 2CO_2 + N_2+3Cl^ -+2OH^ -)

• Priekšrocības: Ķīmiskā oksidēšana ir salīdzinoši vienkārša, un tā var būt efektīva zemas koncentrācijas cianīdu saturošu notekūdeņu attīrīšanā. To var ieviest esošajās notekūdeņu attīrīšanas iekārtās ar dažām izmaiņām attīrīšanas procesā.

• Trūkumi: Liela daudzuma oksidētāju izmantošana var būt dārga. Turklāt, ja reakcija netiek pienācīgi kontrolēta, reakcija var radīt blakusproduktus, kas var būt arī kaitīgi videi. Piemēram, pārmērīga hlora lietošana var izraisīt dezinfekcijas blakusproduktu, piemēram, trihalometānu, veidošanos.

2. Elektrolītiskā oksidēšana

• Princips: Elektrolītiskā oksidēšanā caur cianīdu saturošiem notekūdeņiem elektrolītiskajā šūnā tiek izvadīta elektriskā strāva. Šūnas anods darbojas kā vieta, kur notiek oksidēšanās. Cianīda joni tiek oksidēti uz anoda virsmas. Vispārējo reakciju pie anoda var uzrakstīt kā (2CN^ -+4OH^ -\bultiņa pa labi 2CNO^ -+2H_2O + 2e^ -), un var notikt turpmāka cianāta oksidēšanās, veidojot oglekļa dioksīdu un slāpekli.

• Priekšrocības: Tā ir salīdzinoši tīra apstrādes metode, jo tā neievada papildu ķīmiskās vielas, izņemot elektrodus. To var automatizēt un precīzi kontrolēt.

• Trūkumi: Tomēr, kā jau minēts, elektrolītiskā oksidēšana ir ļoti enerģijas patērējoša. Nepieciešamība pēc nepārtrauktas elektroenerģijas piegādes padara ārstēšanas izmaksas salīdzinoši augstas. Turklāt laika gaitā elektrodiem var rasties korozija, kas prasa regulāru apkopi un nomaiņu.

Bioloģiskā apstrāde

1. Princips: Cianīdu saturošu notekūdeņu bioloģiskā attīrīšana balstās uz mikroorganismiem, kas var metabolizēt cianīdu kā oglekļa vai slāpekļa avotu. Dažām baktērijām un sēnītēm ir iespēja noārdīt cianīdu fermentatīvās reakcijās. Piemēram, dažas cianīdu noārdošās baktērijas var pārvērst cianīdu par amonjaku un formiātu, izmantojot virkni enzīmu darbību. Pēc tam amonjaku var tālāk nitrificēt ar citiem mikroorganismiem apstrādes sistēmā.

2. Priekšrocības: Bioloģiskā apstrāde parasti ir videi draudzīgāka, jo tā nav saistīta ar lielu ķīmisko vielu daudzumu. Tas var būt rentabls zemas koncentrācijas cianīdu saturošu notekūdeņu attīrīšanai ilgtermiņā, īpaši gadījumos, kad ir izveidots piemērots mikrobu konsorcijs.

3. Trūkumi: Tomēr bioloģiskā attīrīšana ir ļoti jutīga pret notekūdeņu sastāva, temperatūras un pH izmaiņām. Pēkšņas šo parametru izmaiņas var kavēt cianīdu noārdošo mikroorganismu augšanu un aktivitāti, kā rezultātā samazinās apstrādes efektivitāte. Tas prasa arī salīdzinoši ilgu apstrādes laiku, salīdzinot ar dažām ķīmiskām metodēm.

Cianīda reģenerācijas un reģenerācijas metode

1. Princips: Šī metode ir līdzīga augstas koncentrācijas notekūdeņu reģenerācijas metodei, taču to var izmantot arī dažiem zemas koncentrācijas gadījumiem. Tas koncentrējas uz cianīda reģenerāciju un pārstrādi no notekūdeņiem. Viena pieeja ir jonu apmaiņas sveķu izmantošana. Notekūdeņos esošie cianīda joni var tikt adsorbēti uz sveķu virsmas. Pēc tam, izmantojot piemērotu eluentu, cianīdu var desorbēt no sveķiem un atgūt.

2. Priekšrocības: Tas var samazināt kopējo cianīda patēriņu rūpnieciskajos procesos, pārstrādājot cianīdu. Tas sniedz ne tikai ekonomiskus ieguvumus, bet arī samazina ietekmi uz vidi, kas saistīta ar cianīdu saturošu notekūdeņu apglabāšanu.

3. Trūkumi: Jonu apmaiņas sveķi ir rūpīgi jāizvēlas un jāuztur. Reģenerācijas procesā var būt nepieciešams izmantot papildu ķimikālijas, un pastāv sveķu piesārņojuma risks, kas var samazināt cianīda reģenerācijas procesa efektivitāti.

Secinājumi

Cianīdu saturoši notekūdeņi ir nopietns apdraudējums videi un veselībai. Izšķiroša nozīme ir toksicitātes mehānismu izpratnei un atbilstošu apstrādes procesu īstenošanai. Katrai attīrīšanas metodei, neatkarīgi no tā, vai tā ir paredzēta augstas vai zemas koncentrācijas notekūdeņiem, ir savas priekšrocības un trūkumi. Apstrādes metodes izvēle ir atkarīga no dažādiem faktoriem, piemēram, sākotnējās cianīda koncentrācijas, nepieciešamās attīrīšanas efektivitātes, rentabilitātes un ietekmes uz vidi. Nākotnē ir nepieciešams vairāk pētījumu un izstrādes, lai uzlabotu esošos attīrīšanas procesus un izstrādātu jaunas, efektīvākas un rentablākas metodes cianīdu saturošu notekūdeņu attīrīšanai, lai nodrošinātu tīrāku un drošāku vidi.