مخاطر وعمليات معالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد

المقدمة

تُشكّل مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد مصدر قلق بيئي كبير نظرًا لطبيعتها شديدة السمية. وتُعرف الأنواع الثلاثة الشائعة بأنها شديدة السمية. السيانيد، أي سيانيد الصوديوم (NaCN)، البوتاسيوم السيانيد يُشكل كلٌّ من حمض السيانيد (KCN) وحمض الهيدروسيانيك (HCN) تهديدًا خطيرًا على صحة الإنسان والبيئة. القاسم المشترك بينهما هو السيانيد تتمثل قدرتها على تفكك وإطلاق أيون السيانيد (CN-) بسهولة.

مخاطر مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد

آلية السمية للإنسان

تكمن السمية القاتلة للسيانيد في انجذاب أيون السيانيد (CN-) القوي لأيونات الحديد. بمجرد دخوله جسم الإنسان، يرتبط أيون السيانيد بسهولة بأيونات الحديد، مما يؤدي إلى انخفاض قدرة المواد التي تحتوي على الحديد على حمل الأكسجين. ويؤدي هذا في النهاية إلى نقص الأكسجين في خلايا الجهاز العصبي المركزي. ونتيجة لذلك، غالبًا ما يموت الأفراد المتسممون بسبب شلل الجهاز التنفسي المركزي. يمكن أن يحدث التسمم بطرق مختلفة، بما في ذلك ملامسة الجلد، والابتلاع عن طريق الفم، والاستنشاق، والحقن، وملامسة الغشاء المخاطي. حتى التعرض لكمية صغيرة من السيانيد قد يكون مهددًا للحياة.

تأثير بيئي

مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد، إذا لم تُعالَج وتُصرَّف في المسطحات المائية بشكل صحيح، يُمكن أن تُؤثِّر سلبًا على الحياة المائية. فالكائنات المائية حساسة للغاية للسيانيد. حتى بتركيزات منخفضة، يُمكن للسيانيد أن يُعطِّل الوظائف الفسيولوجية الطبيعية للأسماك واللافقاريات وغيرها من الأنواع المائية، مما يُؤدِّي إلى انخفاض النمو ومشاكل في التكاثر، وفي النهاية إلى الموت. وهذا بدوره يُمكن أن يُؤثِّر سلبًا على النظام البيئي المائي بأكمله، مما يُؤثِّر على السلاسل الغذائية والتنوع البيولوجي.

عمليات معالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد

معالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد عالي التركيز: استعادة السيانيد

بالنسبة لمياه الصرف الصحي عالية التركيز المحتوية على السيانيد، غالبًا ما تُستخدم طريقة استعادة السيانيد. تهدف هذه الطريقة إلى استخراج السيانيد القيّم وإعادة تدويره من مياه الصرف الصحي. ومن التقنيات الشائعة استخلاص المذيبات. في استخلاص المذيبات، يُستخدم مذيب عضوي مناسب لاستخلاص مركبات السيانيد بشكل انتقائي من الطور المائي لمياه الصرف الصحي. يمكن بعد ذلك معالجة الطور العضوي المحمّل بالسيانيد لاستعادة السيانيد النقي. تتميز هذه الطريقة ليس فقط بتقليل الأثر البيئي عن طريق إزالة السيانيد من مياه الصرف الصحي، بل أيضًا باستعادة مورد كيميائي ذي قيمة محتملة. ومع ذلك، تتطلب هذه الطريقة اختيارًا دقيقًا للمذيبات ومراقبة صارمة لظروف التشغيل لضمان استخلاص عالي الكفاءة وتقليل خسائر المذيبات.

معالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد منخفض التركيز: تدمير السيانيد

طرق الأكسدة

1. الأكسدة الكيميائية

• مبدأتستخدم طرق الأكسدة الكيميائية عوامل مؤكسدة قوية لتحويل أيونات السيانيد إلى مواد أقل سمية أو غير سامة. على سبيل المثال، يمكن للمؤكسدات القائمة على الكلور، مثل هيبوكلوريت الصوديوم (NaOCl)، أن تتفاعل مع أيونات السيانيد. يُحوّل هذا التفاعل السيانيد (CN-) أولًا إلى سيانات (CNO-)، ثم تُحلله الأكسدة إلى ثاني أكسيد الكربون (CO2) والنيتروجين (N2) ومنتجات أخرى غير ضارة. يمكن تمثيل التفاعل الكلي كما يلي:

• في الخطوة الأولى: (CN^ -+OCl^ -\rightarrow CNO^ -+Cl^)

• في الخطوة الثانية: (2CNO^ -+3OCl^ -+H_2O\rightarrow 2CO_2 + N_2+3Cl^ -+2OH^ -)

• المزاياالأكسدة الكيميائية سهلة التشغيل نسبيًا، ويمكن أن تكون فعالة في معالجة مياه الصرف الصحي منخفضة التركيز المحتوية على السيانيد. ويمكن تطبيقها في محطات معالجة مياه الصرف الصحي الحالية مع بعض التعديلات على عملية المعالجة.

• عيوبقد يكون استخدام كميات كبيرة من عوامل الأكسدة مكلفًا. علاوة على ذلك، إذا لم يُتحكّم فيه بشكل صحيح، فقد يُنتج التفاعل نواتج ثانوية قد تكون ضارة بالبيئة. على سبيل المثال، قد يؤدي الإفراط في استخدام الكلور إلى تكوين نواتج ثانوية للتطهير، مثل ثلاثي هالوميثان.

2. الأكسدة الكهربية

• مبدأفي الأكسدة الإلكتروليتية، يمر تيار كهربائي عبر مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد في خلية إلكتروليتية. يعمل قطب الخلية الموجب كموقع حدوث الأكسدة. تتأكسد أيونات السيانيد على سطح القطب السالب. يمكن كتابة التفاعل العام عند القطب السالب على النحو التالي: (2CN^ -+4OH^ - 2CNO^ -+2H_2O + 2e^ -)، ويمكن أن يحدث المزيد من أكسدة السيانات لتكوين ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين.

• المزاياإنها طريقة معالجة نظيفة نسبيًا، إذ لا تُدخل مواد كيميائية إضافية سوى الأقطاب الكهربائية. ويمكن أتمتتها والتحكم فيها بدقة.

• عيوبومع ذلك، وكما ذُكر سابقًا، تستهلك الأكسدة الإلكتروليتية طاقة كبيرة. فالحاجة إلى إمداد مستمر بالكهرباء تجعل تكلفة المعالجة مرتفعة نسبيًا. إضافةً إلى ذلك، قد تتآكل الأقطاب الكهربائية بمرور الوقت، مما يتطلب صيانة واستبدالًا دوريًا.

المعالجة البيولوجية

1. مبدأتعتمد المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد على كائنات دقيقة قادرة على استقلاب السيانيد كمصدر للكربون أو النيتروجين. تتمتع بعض البكتيريا والفطريات بالقدرة على تحليل السيانيد من خلال تفاعلات إنزيمية. على سبيل المثال، تستطيع بعض البكتيريا المحللة للسيانيد تحويل السيانيد إلى أمونيا وفورمات من خلال سلسلة من الخطوات الإنزيمية. بعد ذلك، يمكن نترتة الأمونيا بشكل أكبر بواسطة كائنات دقيقة أخرى في نظام المعالجة.

2. المزاياالمعالجة البيولوجية أكثر ملاءمةً للبيئة عمومًا، إذ لا تتضمن استخدام كميات كبيرة من المواد الكيميائية. ويمكن أن تكون فعّالة من حيث التكلفة لمعالجة مياه الصرف الصحي منخفضة التركيز المحتوية على السيانيد على المدى الطويل، خاصةً في الحالات التي يتوفر فيها اتحاد ميكروبي مناسب.

3. عيوبمع ذلك، تتسم المعالجة البيولوجية بحساسية عالية للتغيرات في تركيب مياه الصرف الصحي ودرجة حرارتها ودرجة حموضتها. ويمكن للتغيرات المفاجئة في هذه المعايير أن تمنع نمو ونشاط الكائنات الدقيقة المُحللة للسيانيد، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة المعالجة. كما أنها تتطلب مدة معالجة طويلة نسبيًا مقارنةً ببعض الطرق الكيميائية.

طريقة تجديد واستعادة السيانيد

1. مبدأتُشبه هذه الطريقة طريقة استعادة مياه الصرف الصحي عالية التركيز، ولكن يُمكن تطبيقها أيضًا على بعض الحالات منخفضة التركيز. تُركز هذه الطريقة على تجديد وإعادة تدوير السيانيد من مياه الصرف الصحي. ومن بين هذه الطرق استخدام راتنجات التبادل الأيوني، حيث تُمتَص أيونات السيانيد الموجودة في مياه الصرف الصحي على سطح الراتنج. ثم، باستخدام مُذيب مناسب، يُمكن فصل السيانيد من الراتنج واستعادته.

2. المزايايمكن تقليل استهلاك السيانيد في العمليات الصناعية من خلال إعادة تدويره. وهذا لا يقتصر على الفوائد الاقتصادية فحسب، بل يُقلل أيضًا من الأثر البيئي الناتج عن التخلص من مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد.

3. عيوبيجب اختيار راتنجات التبادل الأيوني وصيانتها بعناية. قد تتطلب عملية التجديد استخدام مواد كيميائية إضافية، وهناك خطر تراكم الراتنج، مما قد يقلل من كفاءة عملية استعادة السيانيد.

خاتمة

تُشكل مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد خطرًا بيئيًا وصحيًا جسيمًا. لذا، يُعد فهم آليات السمية وتطبيق عمليات المعالجة المناسبة أمرًا بالغ الأهمية. لكل طريقة معالجة، سواءً كانت لمياه الصرف الصحي عالية أو منخفضة التركيز، مزاياها وعيوبها. ويعتمد اختيار طريقة المعالجة على عوامل مختلفة، مثل تركيز السيانيد الأولي، وكفاءة المعالجة المطلوبة، وفعالية التكلفة، والأثر البيئي. في المستقبل، هناك حاجة إلى مزيد من البحث والتطوير لتحسين عمليات المعالجة الحالية، وتطوير طرق جديدة أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة لمعالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد، لضمان بيئة أنظف وأكثر أمانًا.