Controlul condițiilor de reacție în tratarea apelor uzate cu cianură

Introducere

Apele uzate care conțin cianuri sunt generate din diferite procese industriale, cum ar fi placarea metalelor, călirea oțelului și rafinarea minereului de aur și argint. Datorită toxicității ridicate a Cianura, care poate fi letal pentru organismele vii chiar și la concentrații scăzute, tratarea adecvată a acestor ape uzate este de cea mai mare importanță. Unul dintre aspectele critice ale eficientei tratarea apelor uzate cu cianură este controlul precis al condițiilor de reacție. Acest articol va analiza principalele condiții de reacție și cum să le controlați în timpul tratamentului cianură - care contin ape uzate.

Controlul pH-ului

Semnificația în diferite procese de tratament

1.Procesul de clorinare alcalină

• Clorarea alcalină este o metodă comună pentru tratarea apelor uzate cu cianură, iar controlul pH-ului joacă un rol crucial. Reacția la tratament are loc în două etape. În prima etapă, cianura este oxidată la cianat de hipoclorit de sodiu sau de o combinație de clor gazos și hidroxid de sodiu. Intervalul optim de pH pentru această primă etapă de oxidare este de obicei între 10 și 11. Dacă pH-ul este prea scăzut, devenind acid, reacția poate produce clorură de cianogen toxică, care prezintă un pericol semnificativ. De exemplu, atunci când pH-ul scade sub 8. se poate forma acest produs secundar dăunător. Pe de altă parte, dacă pH-ul este prea mare, viteza de reacție va scădea semnificativ. Valorile ridicate ale pH-ului pot afecta solubilitatea și reactivitatea reactanților, făcând procesul de oxidare mai puțin eficient.

2.Metoda peroxidului de hidrogen

• În tratarea apelor reziduale cu cianură pe bază de peroxid de hidrogen, intervalul optim de pH se situează de obicei între 9 și 11. În această metodă, peroxidul de hidrogen se descompune în prezența unui catalizator (cum ar fi sărurile de fier) ​​pentru a genera radicali hidroxil foarte reactivi care oxidează cianura. pH-ul din acest interval favorizează descompunerea peroxidului de hidrogen și formarea acestor radicali esențiali. Dacă pH-ul este în afara acestui interval, descompunerea peroxidului de hidrogen va fi inhibată, reducând eficiența totală de oxidare.

3. Procesul de biodegradare

• Pentru biodegradarea apelor reziduale care conțin cianuri, unde microorganismele descompun cianura în substanțe inofensive, pH-ul trebuie menținut între 6.5 și 8.5. Microorganismele au un interval optim de pH pentru activitățile lor metabolice. Dacă pH-ul este prea acid sau prea alcalin, poate denatura enzimele implicate în cianura - degradând căile metabolice ale microorganismelor. De exemplu, dacă pH-ul scade sub 6.5. multe bacterii care degradează cianura vor experimenta o scădere a ratei de creștere și a capacității de degradare a cianurilor.

Metode de ajustare a pH-ului

Pentru a controla pH-ul, în apa uzată se adaugă substanțe acide sau alcaline adecvate. Acizii obișnuiți utilizați includ acidul sulfuric și acidul clorhidric, în timp ce alcalii obișnuiți sunt hidroxidul de sodiu și hidroxidul de calciu. Cantitatea de acid sau alcali care trebuie adăugată este calculată pe baza pH-ului inițial al apei uzate și a pH-ului țintă pentru procesul de tratare specific. Măsurarea precisă a pH-ului este efectuată cu ajutorul senzorilor de pH, iar sistemele automate de dozare pot fi utilizate pentru a adăuga cu precizie substanțele chimice necesare.

Controlul temperaturii

Impactul asupra vitezei de reacție

1. Metode de clorinare alcalină și peroxid de hidrogen

• În general, o creștere a temperaturii poate accelera vitezele de reacție atât în ​​cazul clorării alcaline, cât și în tratamentul pe bază de peroxid de hidrogen. Cu toate acestea, temperatura trebuie controlată cu atenție. În clorurarea alcalină, intervalul optim de temperatură este în jur de 20 - 30°C. Dacă temperatura este prea scăzută, viteza de reacție va fi lentă, rezultând oxidarea incompletă a cianurii. De exemplu, la temperaturi sub 15°C, reacția dintre cianura și hipocloritul de sodiu va dura mult mai mult pentru a ajunge la final. Pe de altă parte, dacă temperatura este prea ridicată, în cazul clorării alcaline, clorul gazos poate scăpa din soluție, reducând eficacitatea agentului de oxidare. În metoda peroxidului de hidrogen, temperaturile peste 35°C pot provoca descompunerea rapidă a peroxidului de hidrogen, ducând la formarea de oxigen gazos în locul radicalilor hidroxil doriti pentru oxidarea cianurilor.

2. Procesul de biodegradare

• În biodegradarea apelor uzate care conțin cianuri, intervalul optim de temperatură pentru majoritatea microorganismelor care degradează cianura este de 20 - 35°C. Temperaturile în afara acestui interval pot avea un impact semnificativ asupra activității microorganismelor. La temperaturi scăzute (sub 20°C), rata metabolică a microorganismelor încetinește și este posibil să nu fie capabile să descompună eficient cianura. Temperaturile ridicate (peste 35°C) pot deteriora membranele celulare și enzimele microorganismelor, ducând la moartea celulelor și la pierderea capacității lor de degradare a cianurilor.

Tehnici de reglare a temperaturii

Pentru a menține temperatura adecvată, în reactoarele de tratare a apelor uzate pot fi instalate sisteme de încălzire sau răcire. Pentru încălzire pot fi utilizate sisteme de încălzire pe bază de abur sau încălzitoare electrice. În răcire, pot fi folosite schimbătoare de căldură răcite cu apă sau condensatoare răcite cu aer. Temperatura este monitorizată continuu cu ajutorul senzorilor de temperatură, iar sistemele de încălzire sau răcire sunt reglate în consecință pentru a menține temperatura în intervalul optim pentru procesul de tratare.

Controlul dozei de oxidant

Stabilirea sumei corecte

1.Clorarea alcalina

• În clorurarea alcalină, cantitatea de oxidant (hipoclorit de sodiu sau clor gazos) necesară se calculează pe baza stoichiometriei reacției cu cianura. În practică, se adaugă de obicei un exces de oxidant, de obicei cu 10 - 20% mai mult decât cantitatea teoretică. Acest lucru este pentru a asigura oxidarea completă a cianurii, deoarece pot exista și alte substanțe în apa uzată care pot consuma oxidantul. Dacă doza de oxidant este prea mică, cianura nu va fi complet oxidată, iar apa uzată tratată poate conține totuși niveluri ridicate de cianuri toxice. Pe de altă parte, dacă doza este prea mare, nu numai că crește costul de tratare, dar poate duce și la formarea de subproduse nedorite, cum ar fi subprodusele nocive de dezinfecție, atunci când clorul excesiv reacţionează cu alte materii organice din apele uzate.

2.Metoda peroxidului de hidrogen

• În metoda de tratare cu peroxid de hidrogen, doza optimă de peroxid de hidrogen este determinată prin teste de laborator. Dozajul depinde de factori precum concentrația inițială de cianuri în apa uzată, prezența altor substanțe interferente și tipul de catalizator utilizat. Similar cu clorurarea alcalină, o cantitate insuficientă de peroxid de hidrogen va duce la oxidarea incompletă a cianurii. Cu toate acestea, o cantitate excesivă de peroxid de hidrogen poate provoca descompunerea radicalilor hidroxil generați, reducând eficiența totală a tratamentului și crescând costul.

Echipament de control al dozei

Pentru a controla cu precizie doza de oxidant, pompele de dozare sunt utilizate în mod obișnuit. Aceste pompe pot livra cu precizie volumul necesar de soluție de oxidant în reactorul de tratare a apelor uzate. Cu pompele de dozare pot fi integrate sisteme automate de control, care ajustează doza pe baza monitorizării în timp real a concentrației de cianuri din apa uzată sau a progresului reacției de oxidare (cum ar fi prin măsurarea ORP, despre care se va discuta mai târziu).

Controlul oxidării - potențialul de reducere (ORP).

Rolul în monitorizarea progresului reacției

1.Clorarea alcalina

• În procesul de clorinare alcalină, monitorizarea ORP este crucială pentru urmărirea progresului reacțiilor de oxidare. Pe măsură ce are loc oxidarea cianurii la cianat și apoi oxidarea ulterioară a cianului la substanțe inofensive, valoarea ORP a apei uzate se modifică. În timpul oxidării primei etape a cianurilor în cianat, ORP crește de obicei. Intervalul ORP țintă pentru această etapă este de aproximativ 300 - 500 mV (în funcție de condițiile specifice de reacție). Când ORP atinge acest interval, indică faptul că prima etapă de oxidare este aproape de finalizare. În a doua etapă de oxidare a cianului la substanțe inofensive, ORP crește și mai mult, iar intervalul țintă este de obicei în jur de 600 - 700 mV. Prin monitorizarea ORP, operatorii pot determina când să înceteze adăugarea oxidantului, asigurându-se că reacția s-a finalizat fără a supraoxida apa uzată sau a pierde oxidant.

2.Metoda peroxidului de hidrogen

• În tratamentul pe bază de peroxid de hidrogen, ORP servește și ca un indicator important al progresului reacției. ORP inițial al apei uzate care conține cianuri este relativ scăzut. Pe măsură ce se adaugă peroxid de hidrogen și reacția de oxidare continuă, ORP crește. Intervalul ORP țintă pentru tratarea cu peroxid de hidrogen a apelor uzate cu cianură este în general de aproximativ 400 - 500 mV. Când ORP atinge această valoare, sugerează că cianura a fost oxidată efectiv la o formă netoxică.

Sisteme de monitorizare și control ORP

Senzorii ORP sunt utilizați pentru a monitoriza continuu valoarea ORP a apei uzate din reactorul de tratare. Acești senzori sunt conectați la un sistem de control care poate fi programat pentru a regla adăugarea de oxidant. De exemplu, dacă ORP este sub intervalul țintă, sistemul de control poate crește doza de oxidant (cum ar fi peroxid de hidrogen sau hipoclorit de sodiu) care este adăugat în apa uzată. În schimb, dacă ORP depășește intervalul țintă, sistemul de control poate reduce sau opri adăugarea de oxidant.

Concluzie

Controlul condițiilor de reacție în tratarea apelor uzate cu cianură este esențial pentru realizarea epurării eficiente și sigure a acestei ape uzate extrem de toxice. Controlul precis al pH-ului, temperaturii, dozei de oxidant și ORP poate asigura că procesul de tratare transformă eficient cianura în substanțe mai puțin toxice sau netoxice. Gestionând cu atenție aceste condiții de reacție, industriile nu numai că pot îndeplini reglementările de mediu, ci și pot optimiza rentabilitatea proceselor lor de tratare a apelor uzate cu cianură. Monitorizarea și ajustarea regulată a acestor parametri sunt necesare pentru a se adapta la variațiile compoziției apelor uzate și a condițiilor de funcționare a stației de epurare.