Использование активированного угля для удаления свободного цианида (CN−) из сточных вод

Введение

Промышленные сточные воды часто содержат различные токсичные вещества, среди которых Свободный цианид (CN−) вызывает особую озабоченность из-за своей высокой токсичности. Даже в малых дозах, цианид может быть смертельным, что делает очистку сточных вод, содержащих его, критической экологической проблемой. Строгие правила введены для контроля сброса сточных вод, содержащих цианид, направленные не только на соблюдение стандартных требований, но и на извлечение как можно большего количества цианида из хвостохранилищ и заводских стоков. Активированный уголь появился как перспективный материал для удаления свободного цианида из сточных вод, и в этой статье будут подробно рассмотрены его применение, механизмы и факторы влияния.

Источники цианида в сточных водах

Высококонцентрированный цианид в сточных водах в основном поступает из промышленных процессов, таких как гальваника, извлечение золота на основе цианида, промывка газа и охлаждающая вода в коксовых и доменных печах, а также некоторые химические, перерабатывающие, синтетические резиновые, волоконные и красильные отрасли промышленности. Концентрация цианида в этих сточных водах может варьироваться от 1 до 180 мг/л или даже выше.

Механизмы действия активированного угля при удалении свободного цианида

Физическая адсорбция

Активированный уголь имеет высокоразвитую микропористую структуру и большую удельную поверхность, обычно от 500 до 3000 м²/г. Эта физическая структура наделяет его сильными физическими адсорбционными возможностями. Ионы цианида в сточных водах могут адсорбироваться на поверхности активированного угля посредством сил Ван-дер-Ваальса. Большая площадь поверхности обеспечивает многочисленные адсорбционные участки, что позволяет эффективно улавливать свободный цианид.

Химическая адсорбция и каталитическое окисление

Помимо физической адсорбции, активированный уголь может также участвовать в химических реакциях. Когда активированный уголь адсорбирует кислород и воду в сточных водах, он может генерировать на своей поверхности перекись водорода (H₂O₂), причем сам активированный уголь действует как катализатор. В присутствии солей меди образующаяся H₂O₂ может окислять и разлагать цианид. Механизм реакции следующий:

1. Образование H₂O₂: Кислород и вода адсорбируются на поверхности активированного угля, образуя H₂O₂.

2. Окисление цианида: Цианид окисляется H₂O₂ под каталитическим действием солей меди, в результате чего цианид разлагается на менее вредные вещества.

Факторы, влияющие на эффективность удаления активированным углем

Начальная концентрация цианида

Чем выше начальная концентрация свободного цианида в сточных водах, тем больше движущая сила адсорбции. Однако, поскольку адсорбционная способность активированного угля ограничена, когда начальная концентрация превышает определенное значение, эффективность удаления может не увеличиваться пропорционально. В некоторых исследованиях было обнаружено, что с увеличением начальной концентрации цианида количество адсорбированного цианида на единицу массы активированного угля сначала увеличивается, а затем выравнивается.

Значение рН

Значение pH сточных вод существенно влияет на адсорбцию цианида активированным углем. Как правило, в кислых условиях адсорбционная способность активированного угля по отношению к цианиду относительно низкая. По мере увеличения значения pH адсорбционная способность постепенно увеличивается. Когда pH находится в щелочном диапазоне, особенно выше 11, скорость удаления цианида может достигать более 95% в течение 30 минут в некоторых случаях. Это связано с тем, что видообразование цианида в растворе изменяется с изменением pH, а форма ионов цианида более благоприятна для адсорбции на активированном угле в щелочных условиях.

Температура

Адсорбция цианида активированным углем является экзотермическим процессом. С повышением температуры адсорбционная способность обычно уменьшается. Например, в случае активированного угля, пропитанного медью, при смешивании с раствором цианида адсорбционный эффект цианида уменьшается с повышением температуры. Это связано с тем, что повышение температуры способствует десорбции адсорбированных веществ с поверхности активированного угля.

Время перемешивания

Необходимо достаточное время перемешивания, чтобы обеспечить достаточный контакт цианида в сточных водах с активированным углем. На начальном этапе, по мере увеличения времени перемешивания, скорость удаления цианида быстро увеличивается. Однако после достижения определенного времени скорость удаления имеет тенденцию к стабилизации, что указывает на то, что процесс адсорбции достиг равновесия.

Применение активированного угля для очистки сточных вод, содержащих цианид

В золотодобывающей промышленности

При добыче золота, особенно в процессах извлечения золота на основе цианида, образуется большое количество сточных вод, содержащих цианид. Активированный уголь может использоваться для удаления свободного цианида из этих сточных вод. Помимо удаления цианида, активированный уголь может также адсорбировать комплексы золота с цианидом (такие как Au(CN)₂⁻) в сточных водах. Адсорбированные комплексы золота с цианидом могут быть подвергнуты дальнейшей обработке для извлечения золота, что обеспечивает как защиту окружающей среды, так и восстановление ресурсов.

В гальванической промышленности

Гальванические заводы часто используют цианидсодержащие растворы в процессе гальванизации, что приводит к загрязнению сточных вод цианидами. Обработка активированным углем может эффективно снизить содержание цианида в сточных водах для соответствия стандартам сброса. По сравнению с некоторыми традиционными методами очистки, такими как щелочное хлорирование, обработка активированным углем имеет преимущества в виде меньшего вторичного загрязнения и потенциала для восстановления ресурсов.

Сравнение с другими методами лечения

Щелочное хлорирование

Щелочное хлорирование является относительно зрелым методом уничтожения цианиды в сточных водах. Он использует хлорсодержащие вещества, такие как газообразный хлор, жидкий хлор или отбеливающий порошок, для окисления цианида в нетоксичный диоксид углерода (CO₂) и азот (N₂). Однако этот метод может производить вредные побочные продукты, а рабочий процесс требует строгого контроля дозировки хлора и условий реакции. Напротив, обработка активированным углем является более экологически чистым вариантом, способным избирательно адсорбировать цианид и потенциально извлекать ценные металлы.

Окисление перекисью водорода

Окисление перекисью водорода также может использоваться для снижения концентрации цианида в сточных водах. Оно может окислять цианид до более низкого уровня токсичности. Однако перекись водорода является дорогим реагентом, и процесс может потребовать постоянного добавления реагентов, что увеличивает стоимость обработки. Активированный уголь, с другой стороны, имеет относительно стабильную производительность, если он правильно выбран и используется, и его регенерация также может рассматриваться для снижения затрат.

Будущие разработки

Разработка модифицированного активированного угля

Для дальнейшего повышения эффективности активированного угля в удалении свободного цианида проводятся исследования модифицированного активированного угля. Например, пропитка активированного угля различными металлами (такими как медь, железо и т. д.) может повысить его каталитическую окислительную способность для цианида. Активированные угли с различными металлами могут быть оптимизированы в соответствии с конкретными характеристиками сточных вод для достижения лучших эффектов очистки.

Комбинированные процессы обработки

Также в тренде объединение обработки активированным углем с другими методами очистки. Например, объединение адсорбции активированным углем с биологической очисткой может сначала использовать активированный уголь для снижения высокой концентрации цианида в сточных водах до уровня, более подходящего для биологической очистки, а затем использовать микроорганизмы для дальнейшего разложения и удаления оставшихся веществ, связанных с цианидом. Этот объединенный процесс может использовать преимущества различных методов очистки и достичь более эффективной и комплексной очистки. Очистки сточных вод.

Заключение

Активированный уголь демонстрирует большой потенциал в удалении свободного цианида (CN−) из сточных вод. Благодаря физической адсорбции и химическим реакциям он может эффективно снижать содержание цианида в сточных водах, что соответствует экологическим стандартам сброса и даже позволяет в некоторых случаях восстанавливать ресурсы. Хотя все еще есть некоторые области, которые необходимо улучшить, такие как дальнейшая оптимизация эффективности адсорбции и снижение затрат, с постоянным развитием исследований по модификации активированного угля и комбинированным процессам очистки, активированный уголь будет играть все более важную роль в очистке сточных вод, содержащих цианид, в будущем.