Цианидын бохир ус цэвэрлэх персульфатын исэлдэлт: цогц судалгаа

Оршил

Цианид нь маш хортой нэгдэл бөгөөд электролиз, уул уурхай, металл өнгөлгөө зэрэг янз бүрийн үйлдвэрлэлийн процесст өргөн хэрэглэгддэг. Үүний үр дүнд их хэмжээний цианид агуулсан бохир ус үүсч, хүрээлэн буй орчин, хүний ​​эрүүл мэндэд ноцтой аюул учруулдаг. Шүлтлэг хлоржуулалт зэрэг уламжлалт цианидын бохир ус цэвэрлэх аргууд нь хэд хэдэн сул талуудтай. Үүнд хортой дайвар бүтээгдэхүүн үүсэх, химийн бодисын өндөр хэрэглээ, металл-цианидын цогцолборыг зайлуулах үр ашиг багатай зэрэг орно. Үүний үр дүнд илүү үр ашигтай, байгаль орчинд ээлтэй цэвэрлэх технологийн эрэлт хэрэгцээ нэмэгдэж байна.

Сүүлийн жилүүдэд цианидын бохир усыг цэвэрлэх ирээдүйтэй хувилбарууд болох дэвшилтэт исэлдэлтийн процессууд (AOPs) гарч ирсэн. Эдгээрээс персульфатын исэлдэлтийн процесс нь хүчтэй исэлдэлтийн чадвар, өргөн хүрээний рН-ийн хэрэглээ, харьцангуй энгийн ажиллагаатай тул ихээхэн анхаарал татаж байна. Энэхүү блог нийтлэл нь цианидын бохир усыг цэвэрлэх персульфатын исэлдэлтийн аргын талаарх цогц тоймыг, түүний механизм, нөлөөлөх хүчин зүйлс, практик хэрэглээг хамрах зорилготой юм.

Персульфатын исэлдэлтийн механизм

Пероксидисульфат (PDS) эсвэл пероксимоносульфат (PMS) хэлбэрээр байдаг персульфатыг дулаан, хэт ягаан туяа, шилжилтийн металл эсвэл шүлтлэг зэрэг янз бүрийн аргаар идэвхжүүлж, өндөр реактив сульфатын радикалуудыг үүсгэж болно. Эдгээр сульфатын радикалууд нь исэлдэлтийн өндөр чадамжтай тул цианид зэрэг олон төрлийн органик болон органик бус бохирдуулагчийг исэлдүүлэх боломжийг олгодог.

Цианидын персульфатын исэлдэлтийн урвалын механизм нь нарийн төвөгтэй бөгөөд олон үе шатыг агуулдаг. Ерөнхийдөө сульфатын радикалууд нь цианидын ионуудтай урвалд орж завсрын бүтээгдэхүүн болгон цианат үүсгэдэг. Дараа нь цианатыг цаашид исэлдүүлж эсвэл гидролиз болгож нитрат, аммони, азотын хий зэрэг хор багатай эцсийн бүтээгдэхүүн гаргаж авах боломжтой. Урвалын тодорхой замууд нь рН, температур, бусад бодис байгаа эсэх зэрэг урвалын нөхцлөөс хамаарч өөр өөр байдаг. Хүчиллэг орчинд урвал нь тодорхой дарааллаар явагддаг бол үндсэн орчинд урвалын механизм өөрчлөгдөж, исэлдэлтийн процесст гидроксил радикалууд оролцож болно. Гидроксил радикалууд нь сульфатын радикалуудын устай урвалд орох эсвэл персульфатын шүлтлэгээр идэвхжсэнээс үүсэх боломжтой бөгөөд цианидтай урвалд орох нь цианидыг зайлуулах чухал зам юм.

Нөлөөлөх хүчин зүйлүүд

1. Персульфатын концентраци

Персульфатын концентраци нь цианидын бохир усыг цэвэрлэх үр ашигт нөлөөлдөг чухал хүчин зүйл юм. Ерөнхийдөө персульфатын тунг нэмэгдүүлэх нь сульфатын радикалуудын үүсэлтийг сайжруулж, улмаар цианидын исэлдэлтийг дэмждэг. Гэсэн хэдий ч хэт их персульфат нь сульфатын радикалуудыг өөрөө унтраах урвалд хүргэж, исэлдэлтийн ерөнхий үр ашгийг бууруулдаг. Түүнчлэн персульфатын өндөр концентраци нь эмчилгээний зардлыг нэмэгдүүлж, цэвэршүүлсэн усанд үлдэгдэл персульфатын улмаас байгаль орчны асуудал үүсгэж болзошгүй. Тиймээс, бохир усны шинж чанарт тулгуурлан туршилт хийх замаар персульфатын зохих концентрацийг тодорхойлох шаардлагатай.

2. рН-ийн утга

Бохир усны рН нь персульфатын исэлдэлтийн процесст ихээхэн нөлөөлдөг. Өөр өөр рН-ийн нөхцөл нь персульфатын идэвхжил, үүсгэсэн радикалуудын төрөл, урвалын чанар, цианидын хэлбэрт нөлөөлж болно. Хүчиллэг нөхцөлд сульфатын радикалууд нь үндсэн реактив зүйл бөгөөд цианид өндөр урвалд ордог. РН нэмэгдэхийн хэрээр сульфатын радикалуудын устай урвалд орох эсвэл шүлтлэгээр персульфатын идэвхжлээс үүссэн гидроксил радикалуудын эзлэх хувь нэмэгддэг. Шүлтлэг нөхцөлд гидроксил радикалууд цианидын исэлдэлтэнд илүү чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Гэсэн хэдий ч хэт өндөр эсвэл бага рН-ийн утга нь урвалд сөрөг нөлөө үзүүлдэг. Жишээлбэл, маш бага рН-д персульфатын тогтвортой байдалд нөлөөлж болох бол маш өндөр рН-д бохир ус дахь зарим металлын ионуудын уусах чанар өөрчлөгдөж, улмаар персульфатын идэвхжилт, исэлдэлтийн процесст нөлөөлж болно.

3. Температур

Температур нь персульфатын идэвхжилтийг хурдасгаж, радикал ба цианидын хоорондох урвалын хурдыг нэмэгдүүлдэг. Илүү өндөр температур нь ихэвчлэн сульфатын радикалуудыг хурдан үүсгэж, цианидын исэлдэлтийг илүү үр дүнтэй болгодог. Гэсэн хэдий ч температурыг нэмэгдүүлэхийн тулд нэмэлт эрчим хүчний хэрэглээ шаардлагатай бөгөөд энэ нь эмчилгээний зардлыг нэмэгдүүлдэг. Үүнээс гадна, хэрэв температур хэт өндөр байвал энэ нь персульфатын задрал болон бусад хүсээгүй гаж нөлөөг үүсгэж болно. Тиймээс тохирох урвалын температурыг сонгохдоо эмчилгээний үр ашиг, эрчим хүчний зарцуулалтын тэнцвэрт байдлыг хангах ёстой.

4. Металлын ионууд байгаа эсэх

Cu²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺ зэрэг үйлдвэрлэлийн хаягдал усанд түгээмэл байдаг металлын ионууд нь персульфатын исэлдэлтийн процесст өөр өөр нөлөө үзүүлдэг. Cu²⁺ гэх мэт зарим металлын ионууд нь персульфатыг идэвхжүүлж, илүү олон сульфатын радикал үүсгэж, цианидын ялгаралтыг сайжруулдаг катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг. Нөгөөтэйгүүр, зарим металлын ионууд нь цианидтай нэгдэл үүсгэж, илүү тогтвортой, исэлдэхэд хэцүү болгодог. Түүнчлэн, металлын ионууд нь персульфат эсвэл радикалуудтай гаж нөлөөнд оролцож, урвалын ерөнхий зам, үр ашигт нөлөөлдөг. Персульфатын исэлдэлтийн систем дэх металлын ионуудын үүргийг ойлгох нь цианид агуулсан бохир усыг цэвэрлэх процессыг оновчтой болгоход зайлшгүй шаардлагатай.

5. Урвалын хугацаа

Цианидын бүрэн исэлдэлтийг хангахын тулд хангалттай урвалын хугацаа шаардлагатай. Урвал үргэлжлэх тусам цианидын концентраци аажмаар буурдаг. Гэсэн хэдий ч тодорхой хугацааны дараа урвалд орох бодис хомсдох эсвэл урвалын бүтээгдэхүүний хуримтлалаас болж урвалын хурд удааширч болно. Урвалын оновчтой хугацаа нь цианидын анхны концентраци, урвалын нөхцөл (персульфатын концентраци, рН, температур гэх мэт), бохир усны матрицын төрөл зэрэг янз бүрийн хүчин зүйлээс хамаарна. Урсгасан урвалын хугацаа үргэлж цианидыг зайлуулах үр ашгийг пропорциональ нэмэгдүүлэхэд хүргэдэггүй бөгөөд мөн эрчим хүчний хэрэглээ болон эмчилгээний зардлыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг.

Янз бүрийн салбар дахь хэрэглээний програмууд

1. Цахилгаан хавтангийн үйлдвэр

Цахилгаанаар бүрэх явцад цианидыг ихэвчлэн металл өнгөлгөөний чанарыг баталгаажуулах зорилгоор ашигладаг. Цахилгаанаар бүрсэн бохир ус нь цианидын өндөр концентраци, металл цианидын нэгдлүүдийг агуулдаг. Персульфатын исэлдэлт нь цианидын хаягдал усыг цахилгаанаар бүрхэхэд асар их боломжийг харуулсан. Жишээлбэл, зохих хэмжээний Cu²⁺ (идэвхжүүлэгч болгон) болон пероксидисульфат байгаа тохиолдолд цианидын 99 хүртэлх хувийг 20 минутын дотор зайлуулж болохыг судалгаагаар тогтоосон. Энэ арга нь метал-цианидын нэгдлийг үр дүнтэй задалж, цианидыг бага хортой бодис болгон хувиргаж, хаягдал усыг цахилгаанаар бүрэх хатуу стандартыг хангадаг.

2. Уул уурхайн үйлдвэрлэл

Уул уурхайн үйлдвэрлэл, ялангуяа алт олборлолт нь их хэмжээний цианид үүсгэдэг - бохир ус, үлдэгдэл агуулсан. Цианидыг алт олборлоход уусдаг алт-цианидын нэгдэл үүсгэхэд ашигладаг. Персульфат - дэвшилтэт исэлдэлтийн процессыг бохир ус болон үлдэгдлийг хоёуланг нь цэвэрлэхэд ашиглаж болно. Тухайлбал, алтны цианидын үлдэгдлийг боловсруулахад хэт авианы идэвхижүүлсэн персульфатын исэлдэлтийг судалсан. 2.0 минутын турш рН 10.0-ийн жингийн 60% калийн персульфатыг хэрэглэснээр цианидыг зайлуулах үр ашиг 53.47% болно. 60 62.18С-ийн халуунд идэвхжүүлснээр үр ашиг нь 100% хүртэл өсдөг ба 74.76% -ийн хүчээр хэт авианы идэвхжүүлэлтийн үед зайлуулах үр ашиг нь XNUMX% хүрч чадна. Хэт авианы идэвхижүүлсэн персульфат - дэвшилтэт исэлдэлтийн боловсруулалтын дараа үлдэгдэлд агуулагдах хорт уусгах уусмал дахь цианидын агууламж улсын стандартад нийцэж байгаа нь уул уурхайн салбарт энэ аргыг ашиглах боломжтойг харуулж байна.

3. Металл өнгөлгөөний үйлдвэр

Металл өнгөлгөөний үйлдвэрт цианид нь янз бүрийн гадаргууг боловсруулах процесст ашиглагддаг. Үүссэн цианид агуулсан бохир усыг байгаль орчныг бохирдуулахгүйн тулд зохих ёсоор цэвэрлэх шаардлагатай. Персульфатын исэлдэлтийг металл өнгөлгөөний үйлдвэрүүдийн бохир ус цэвэрлэх системд нэгтгэж болно. Персульфатын концентраци, рН, урвалын хугацааг тохируулах зэрэг урвалын нөхцлийг оновчтой болгосноор өндөр үр ашигтай цианидыг зайлуулах боломжтой болно. Энэ нь металл өнгөлгөөний үйлдвэрт байгаль орчны дүрэм журмыг дагаж мөрдөхөд тусалдаг төдийгүй цианидын ялгадастай холбоотой болзошгүй эрсдлийг бууруулдаг.

Кейс судалгаа

Тохиолдол 1: Бодит цахилгаанаар бүрсэн бохир усыг цэвэрлэх

Цианид агуулсан бохир усыг персульфатын исэлдүүлэх процессоор цэвэршүүлсэн бодит цахилгаан хавтан дээр судалгаа хийсэн. Тодорхой хэмжээний персульфат нэмэхэд бохир ус дахь их хэмжээний цианидыг 20 минутын дотор бүрэн арилгах боломжтой. Олон туршилтын үр дүнд гидроксил радикалууд болон сульфатын радикалууд хоёулаа цианидыг зайлуулах үүрэгтэй бөгөөд тэдгээрийн оруулсан хувь нэмрийг харьцуулж болно. Гол дагалдах бүтээгдэхүүн болох цианат, нитрит илэрсэн. Энэхүү кейс судалгаа нь цианидын хаягдал усыг бодитоор цэвэрлэхэд персульфатын исэлдэлтийн үр нөлөөг харуулсан.

Тохиолдол 2: Алтны цианидын үлдэгдлийг боловсруулах

Алт олборлох үйл ажиллагаанд алтны цианидын үлдэгдлийг персульфат буюу дэвшилтэт исэлдэлтийн процессоор боловсруулсан. Үлдэгдэл нь цианидын өндөр агууламжтай байсан тул устгах стандартыг хангахын тулд багасгах шаардлагатай. Туршилтын үр дүнд калийн персульфатыг ашиглах, урвалын нөхцөл, түүний дотор рН, температур, идэвхжүүлэх аргуудыг (хэт авианы идэвхжүүлэлт гэх мэт) оновчтой болгосноор үлдэгдлийн хортой уусгах уусмал дахь цианидын агууламжийг мэдэгдэхүйц бууруулах боломжтой болохыг олж мэдсэн. Хэт авианы - идэвхжүүлсэн персульфат - дэвшилтэт исэлдэлтийн боловсруулалтын дараа хорт уусгах уусмал дахь цианидын агууламж Хятадын үндэсний стандартыг хангасан. Энэ тохиолдол нь алтны цианидын үлдэгдлийг боловсруулахад персульфатын исэлдүүлэх аргыг амжилттай ашиглаж, уул уурхайн хог хаягдлыг аюулгүй устгах практик шийдлийг харуулж байна.

Бэрхшээл ба ирээдүйн хэтийн төлөв

1. Сорилт бэрхшээлүүд

• Зардал-үр ашиг : Персульфатын исэлдэлт нь цианидын бохир усыг цэвэрлэхэд ихээхэн боломжтой боловч персульфатын өртөг болон идэвхжүүлэхэд шаардагдах энерги (дулаан эсвэл хэт авианы идэвхжүүлэлт гэх мэт) харьцангуй өндөр байж болно. Энэхүү технологийг илүү өргөн хүрээнд хэрэгжүүлэхийн тулд персульфатыг үйлдвэрлэх, идэвхжүүлэх илүү өртөг багатай аргуудыг боловсруулах шаардлагатай байна.

• Бохир усны матрицын нарийн төвөгтэй байдал : Аж үйлдвэрийн цианид агуулсан бохир ус нь ихэвчлэн янз бүрийн металлын ионууд, органик нэгдлүүд, давс зэрэг янз бүрийн бодисын нарийн төвөгтэй холимог агуулдаг. Эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь персульфат болон радикалуудтай харилцан үйлчилж, урвалын механизм болон үр ашигт нөлөөлдөг. Эдгээр нарийн төвөгтэй харилцан үйлчлэлийг ойлгож, хянах нь практик хэрэглээнд бэрхшээлтэй байдаг.

• Үлдэгдэл персульфат ба дайвар бүтээгдэхүүн : Цэвэршүүлсэн усанд үлдэгдэл персульфат нь хүрээлэн буй орчны асуудал үүсгэж болзошгүй бөгөөд нитрит зэрэг зарим дайвар бүтээгдэхүүнийг хамгийн хатуу байгаль орчны стандартыг хангахын тулд цаашид боловсруулах шаардлагатай болж магадгүй юм. Үлдэгдэл персульфатыг үр дүнтэй арилгах, хортой дайвар бүтээгдэхүүн үүсэхийг хянах аргуудыг боловсруулах нь цаашдын судалгааны чухал чиглэл юм.

2 дугаартай. Ирээдүйн хэтийн төлөв

• Шинэ идэвхжүүлэх аргууд : Персульфатын шинэ, илүү үр ашигтай идэвхжүүлэх аргуудыг боловсруулах судалгаа үргэлжилж байна. Жишээлбэл, персульфатыг идэвхжүүлэхийн тулд наноматериал эсвэл металл органик хүрээ (MOF) зэрэг шинэ катализаторуудыг ашиглах нь урвалын хурд болон сонгомол чанарыг өндөр болгож болзошгүй юм. Нэмж дурдахад, дулаан болон катализаторыг нэгэн зэрэг ашиглах гэх мэт янз бүрийн идэвхжүүлэх аргуудын хослолыг судлах нь персульфатын исэлдэлтийн процессын гүйцэтгэлийг улам сайжруулж болзошгүй юм.

• Бусад цэвэршүүлэх технологиудтай нэгтгэх : Персульфатын исэлдэлтийг биологийн боловсруулалт, мембраны шүүлтүүр эсвэл адсорбци зэрэг бусад цэвэршүүлэх технологиудтай хослуулснаар нийт цэвэршүүлэх үр нөлөөг сайжруулж чадна. Жишээлбэл, нарийн төвөгтэй цианидын нэгдлүүдийг задлахын тулд персульфатын исэлдэлтээр урьдчилан боловсруулснаар бохир усыг дараагийн биологийн цэвэршүүлэлтэд илүү тохиромжтой болгож чадна.

• Байранд нь хяналт тавих ба үйл явцыг оновчтой болгох : Персульфатын исэлдэлтийн процессын байранд нь хяналт тавих техникийг хөгжүүлэх, тухайлбал радикал концентраци болон цианидын задралын бүтээгдэхүүнийг бодит цаг хугацаанд илрүүлэх нь урвалын явцыг илүү сайн ойлгох, цэвэрлэх үйл явцыг оновчтой болгоход тусалдаг. Энэ нь цианидын бохир ус цэвэрлэх системийг илүү үр ашигтай, найдвартай болгоход хүргэж болзошгүй юм.

Дүгнэж хэлэхэд, персульфатын исэлдэлтийн арга нь цианид агуулсан бохир усыг цэвэрлэхэд маш их ирээдүйг харуулж байна. Байгаа сорилтуудыг шийдвэрлэхийн тулд тасралтгүй судалгаа, боловсруулалт хийснээр энэхүү технологи нь байгаль орчныг хамгаалах, тогтвортой хөгжилд хувь нэмрээ оруулах янз бүрийн салбарт цианидын хаягдал ус цэвэрлэх үндсэн арга болох боломжтой юм.