Reakcijas apstākļu kontrole cianīda notekūdeņu attīrīšanā

Ievads

Cianīdu saturoši notekūdeņi rodas dažādos rūpnieciskos procesos, piemēram, metāla pārklāšanā, tērauda korpusu rūdīšanā un zelta un sudraba rūdas rafinēšanā. Cianīda augstās toksicitātes dēļ , kas pat zemās koncentrācijās var būt letāls dzīviem organismiem, šādu notekūdeņu pareiza attīrīšana ir ārkārtīgi svarīga. Viens no efektīvas cianīda notekūdeņu attīrīšanas kritiskajiem aspektiem ir precīza reakcijas apstākļu kontrole. Šajā rakstā tiks aplūkoti galvenie reakcijas apstākļi un to kontrole cianīdu saturošu notekūdeņu attīrīšanas laikā .

pH kontrole

Nozīme dažādos ārstēšanas procesos

1.Sārmainās hlorēšanas process

• Hlorēšana ar sārmu ir izplatīta metode notekūdeņu attīrīšanai ar cianīdu, un pH kontrolei ir izšķiroša nozīme. Ārstēšanas reakcija notiek divos posmos. Pirmajā posmā cianīds tiek oksidēts par cianātu ar nātrija hipohlorītu vai hlora gāzes un nātrija hidroksīda kombināciju. Šīs pirmās pakāpes oksidācijas optimālais pH diapazons parasti ir no 10 līdz 11. Ja pH ir pārāk zems, pārvēršoties skābā, reakcija var radīt toksisku ciānhlorīdu, kas rada ievērojamu apdraudējumu. Piemēram, kad pH nokrītas zem 8. var veidoties šis kaitīgais blakusprodukts. No otras puses, ja pH ir pārāk augsts, reakcijas ātrums ievērojami samazināsies. Augstas pH vērtības var ietekmēt reaģentu šķīdību un reaktivitāti, padarot oksidācijas procesu mazāk efektīvu.

2.Ūdeņraža peroksīda metode

• Cianīda notekūdeņu attīrīšanā uz ūdeņraža peroksīda bāzes optimālais pH diapazons parasti ir no 9 līdz 11. Šajā metodē ūdeņraža peroksīds sadalās katalizatora (piemēram, dzelzs sāļu) klātbūtnē, veidojot ļoti reaģējošus hidroksilradikāļus, kas oksidē cianīdu. PH šajā diapazonā veicina ūdeņraža peroksīda sadalīšanos un šo būtisko radikāļu veidošanos. Ja pH ir ārpus šī diapazona, ūdeņraža peroksīda sadalīšanās tiks kavēta, samazinot kopējo oksidācijas efektivitāti.

3.Biodegradācijas process

• Cianīdu saturošu notekūdeņu bioloģiskai noārdīšanai, kur mikroorganismi sadala cianīdu nekaitīgās vielās, pH ir jāuztur no 6.5 līdz 8.5. Mikroorganismiem ir optimāls pH diapazons to vielmaiņas aktivitātēm. Ja pH ir pārāk skābs vai pārāk sārmains, tas var denaturēt enzīmus, kas iesaistīti cianīdā - degradējot mikroorganismu vielmaiņas ceļus. Piemēram, ja pH pazeminās zem 6.5. daudzas cianīdu noārdošās baktērijas piedzīvos to augšanas ātruma un cianīdu noārdīšanas spējas samazināšanos.

PH regulēšanas metodes

Lai kontrolētu pH, notekūdeņiem pievieno atbilstošas ​​skābas vai sārmainas vielas. Parastās izmantotās skābes ir sērskābe un sālsskābe, savukārt parastie sārmi ir nātrija hidroksīds un kalcija hidroksīds. Pievienojamo skābes vai sārmu daudzumu aprēķina, pamatojoties uz notekūdeņu sākotnējo pH un mērķa pH konkrētajam attīrīšanas procesam. Precīzs pH mērījums tiek veikts, izmantojot pH sensorus, un var izmantot automatizētas dozēšanas sistēmas, lai precīzi pievienotu nepieciešamās ķīmiskās vielas.

temperatūras kontrole

Ietekme uz reakcijas ātrumu

1. Sārmainās hlorēšanas un ūdeņraža peroksīda metodes

• Parasti temperatūras paaugstināšanās var paātrināt reakcijas ātrumu gan sārmainā hlorēšanā, gan apstrādē ar ūdeņraža peroksīdu. Tomēr temperatūra ir rūpīgi jākontrolē. Sārmainā hlorēšanā optimālais temperatūras diapazons ir aptuveni 20 - 30°C. Ja temperatūra ir pārāk zema, reakcijas ātrums būs lēns, kā rezultātā cianīds oksidējas nepilnīgi. Piemēram, temperatūrā, kas zemāka par 15°C, reakcija starp cianīdu un nātrija hipohlorītu prasīs ievērojami ilgāku laiku, līdz tā tiks pabeigta. Savukārt, ja temperatūra ir pārāk augsta, sārmainas hlorēšanas gadījumā no šķīduma var izplūst hlora gāze, samazinot oksidētāja efektivitāti. Ūdeņraža peroksīda metodē temperatūra virs 35°C var izraisīt strauju ūdeņraža peroksīda sadalīšanos, kā rezultātā cianīda oksidēšanai vajadzīgo hidroksilradikāļu vietā veidojas skābekļa gāze.

2.Biodegradācijas process

• Cianīdu saturošu notekūdeņu bioloģiskajā noārdīšanā optimālais temperatūras diapazons lielākajai daļai cianīdu noārdošo mikroorganismu ir 20 - 35°C. Temperatūra, kas atrodas ārpus šī diapazona, var būtiski ietekmēt mikroorganismu aktivitāti. Zemā temperatūrā (zem 20°C) mikroorganismu vielmaiņas ātrums palēninās, un tie var nespēt efektīvi sadalīt cianīdu. Augsta temperatūra (virs 35°C) var bojāt šūnu membrānas un mikroorganismu enzīmus, izraisot šūnu nāvi un to cianīdu noārdīšanas spēju zudumu.

Temperatūras regulēšanas metodes

Lai uzturētu atbilstošu temperatūru, notekūdeņu attīrīšanas reaktoros var uzstādīt apkures vai dzesēšanas sistēmas. Apkurei var izmantot tvaika apkures sistēmas vai elektriskos sildītājus. Dzesēšanā var izmantot ūdens dzesēšanas siltummaiņus vai gaisa dzesēšanas kondensatorus. Temperatūra tiek nepārtraukti kontrolēta, izmantojot temperatūras sensorus, un apkures vai dzesēšanas sistēmas tiek attiecīgi pielāgotas, lai uzturētu temperatūru optimālā diapazonā apstrādes procesam.

Oksidētāja devas kontrole

Pareizās summas noteikšana

1.Sārma hlorēšana

• Sārmainā hlorēšanā nepieciešamo oksidētāja (nātrija hipohlorīta vai hlora gāzes) daudzumu aprēķina, pamatojoties uz reakcijas stehiometriju ar cianīdu. Praksē parasti tiek pievienots oksidētāja pārpalikums, parasti par 10–20% vairāk nekā teorētiskais daudzums. Tas ir paredzēts, lai nodrošinātu pilnīgu cianīda oksidēšanos, jo notekūdeņos var būt citas vielas, kas var patērēt oksidantu. Ja oksidētāja deva ir pārāk maza, cianīds netiks pilnībā oksidēts, un attīrītajos notekūdeņos joprojām var būt augsts toksiskā cianīda līmenis. Savukārt, ja deva ir pārāk liela, tas ne tikai palielina attīrīšanas izmaksas, bet arī var izraisīt nevēlamu blakusproduktu, piemēram, kaitīgu dezinfekcijas blakusproduktu veidošanos, pārmērīgam hlora reakcijai ar citām notekūdeņu organiskajām vielām.

2.Ūdeņraža peroksīda metode

• Ūdeņraža peroksīda apstrādes metodē optimālo ūdeņraža peroksīda devu nosaka ar laboratorijas testiem. Deva ir atkarīga no tādiem faktoriem kā sākotnējā cianīda koncentrācija notekūdeņos, citu traucējošu vielu klātbūtne un izmantotā katalizatora veids. Līdzīgi kā sārmainā hlorēšana, nepietiekams ūdeņraža peroksīda daudzums izraisīs nepilnīgu cianīda oksidēšanos. Tomēr pārmērīgs ūdeņraža peroksīda daudzums var izraisīt radīto hidroksilradikāļu sadalīšanos, samazinot kopējo apstrādes efektivitāti un palielinot izmaksas.

Devas kontroles aprīkojums

Lai precīzi kontrolētu oksidētāja devu, parasti izmanto dozēšanas sūkņus. Šie sūkņi var precīzi piegādāt nepieciešamo oksidētāja šķīduma daudzumu notekūdeņu attīrīšanas reaktorā. Ar dozēšanas sūkņiem var integrēt automatizētas vadības sistēmas, kas pielāgo devu, pamatojoties uz reāllaika cianīda koncentrācijas notekūdeņos vai oksidācijas reakcijas progresa uzraudzību (piemēram, izmantojot ORP mērījumus, kas tiks apspriesti vēlāk).

Oksidācija – samazināšanas potenciāla (ORP) kontrole

Loma reakcijas progresa uzraudzībā

1.Sārma hlorēšana

• Sārmainā hlorēšanas procesā ORP uzraudzība ir ļoti svarīga, lai izsekotu oksidācijas reakciju gaitai. Notiekot cianīda oksidācijai par cianātu un tālākai cianāta oksidēšanai par nekaitīgām vielām, mainās notekūdeņu ORP vērtība. Pirmajā cianīda oksidēšanas posmā par cianātu ORP parasti palielinās. Mērķa ORP diapazons šajā posmā ir aptuveni 300–500 mV (atkarībā no konkrētajiem reakcijas apstākļiem). Kad ORP sasniedz šo diapazonu, tas norāda, ka pirmā posma oksidēšana ir gandrīz pabeigta. Otrajā – cianāta oksidēšanas posmā līdz nekaitīgām vielām ORP vēl vairāk palielinās, un mērķa diapazons parasti ir aptuveni 600–700 mV. Pārraugot ORP, operatori var noteikt, kad jāpārtrauc oksidanta pievienošana, nodrošinot, ka reakcija ir pabeigta, pārmērīgi neoksidējot notekūdeņus vai netērējot oksidantu.

2.Ūdeņraža peroksīda metode

• Apstrādē uz ūdeņraža peroksīda bāzes ORP kalpo arī kā svarīgs reakcijas progresa indikators. Cianīdu saturošo notekūdeņu sākotnējā ORP ir salīdzinoši zema. Kad tiek pievienots ūdeņraža peroksīds un notiek oksidācijas reakcija, ORP palielinās. Mērķa ORP diapazons cianīda notekūdeņu attīrīšanai ar ūdeņraža peroksīdu parasti ir aptuveni 400–500 mV. Kad ORP sasniedz šo vērtību, tas liecina, ka cianīds ir efektīvi oksidēts līdz netoksiskai formai.

ORP uzraudzības un kontroles sistēmas

ORP sensori tiek izmantoti, lai nepārtraukti uzraudzītu notekūdeņu ORP vērtību attīrīšanas reaktorā. Šie sensori ir savienoti ar vadības sistēmu, kuru var ieprogrammēt, lai pielāgotu oksidētāja pievienošanu. Piemēram, ja ORP ir zem mērķa diapazona, kontroles sistēma var palielināt notekūdeņiem pievienotā oksidētāja (piemēram, ūdeņraža peroksīda vai nātrija hipohlorīta) devu. Un otrādi, ja ORP pārsniedz mērķa diapazonu, vadības sistēma var samazināt vai apturēt oksidētāja pievienošanu.

Secinājumi

Reakcijas apstākļu kontrole cianīda notekūdeņu attīrīšanā ir būtiska, lai panāktu šo ļoti toksisko notekūdeņu efektīvu un drošu attīrīšanu. Precīza pH, temperatūras, oksidētāja devas un ORP kontrole var nodrošināt, ka apstrādes process efektīvi pārvērš cianīdu mazāk toksiskās vai netoksiskās vielās. Rūpīgi pārvaldot šos reakcijas apstākļus, nozares var ne tikai izpildīt vides noteikumus, bet arī optimizēt savu cianīda notekūdeņu attīrīšanas procesu rentabilitāti. Šo parametru regulāra uzraudzība un regulēšana ir nepieciešama, lai pielāgotos notekūdeņu sastāva un attīrīšanas iekārtu darbības apstākļu izmaiņām.