Контролиране на реакционните условия при пречистване на отпадъчни води с цианид

Въведение

Отпадъчните води, съдържащи цианид, се генерират от различни промишлени процеси, като например метално покритие, закаляване на стомана и рафиниране на златни и сребърни руди. Поради високата токсичност на цианида , който може да бъде смъртоносен за живите организми дори при ниски концентрации, правилното третиране на такива отпадъчни води е от изключителна важност. Един от критичните аспекти на ефективното третиране на отпадъчните води с цианид е прецизният контрол на реакционните условия. Тази статия ще разгледа ключовите реакционни условия и как да се контролират по време на третирането на отпадъчни води, съдържащи цианид.

рН контрол

Значение в различни процеси на лечение

1. Процес на алкално хлориране

• Алкалното хлориране е често срещан метод за пречистване на отпадъчни води с цианид и контролът на pH играе решаваща роля. Реакцията на лечение протича в два етапа. В първия етап цианидът се окислява до цианат от натриев хипохлорит или комбинация от хлорен газ и натриев хидроксид. Оптималният диапазон на рН за този първи етап на окисление обикновено е между 10 и 11. Ако рН е твърде ниско, превръщайки се в кисела реакция, реакцията може да произведе токсичен цианоген хлорид, което представлява значителна опасност. Например, когато pH падне под 8, може да се образува този вреден страничен продукт. От друга страна, ако pH е твърде високо, скоростта на реакцията ще намалее значително. Високите стойности на рН могат да повлияят на разтворимостта и реактивността на реагентите, правейки процеса на окисление по-малко ефективен.

2. Метод с водороден пероксид

• При третирането на отпадъчни води с цианид на базата на водороден пероксид оптималният диапазон на рН обикновено е между 9 и 11. При този метод водородният пероксид се разлага в присъствието на катализатор (като железни соли), за да генерира силно реактивни хидроксилни радикали, които окисляват цианида. pH в този диапазон насърчава разграждането на водородния пероксид и образуването на тези основни радикали. Ако pH е извън този диапазон, разлагането на водородния прекис ще бъде потиснато, намалявайки общата ефективност на окисление.

3. Процес на биоразграждане

• За биоразграждането на отпадъчни води, съдържащи цианид, където микроорганизмите разграждат цианида до безвредни вещества, pH трябва да се поддържа между 6.5 и 8.5. Микроорганизмите имат оптимален диапазон на pH за техните метаболитни дейности. Ако рН е твърде кисело или твърде алкално, то може да денатурира ензимите, участващи в цианида - разграждащи метаболитните пътища на микроорганизмите. Например, ако pH падне под 6.5. много цианид-разграждащи бактерии ще изпитат намаляване на скоростта на растеж и цианид-разграждащата способност.

Методи за регулиране на pH

За да се контролира pH, към отпадъчните води се добавят подходящи киселинни или алкални вещества. Често използваните киселини включват сярна киселина и солна киселина, докато обичайните основи са натриев хидроксид и калциев хидроксид. Количеството киселина или основа, което трябва да се добави, се изчислява въз основа на първоначалното pH на отпадъчните води и целевото pH за конкретния процес на пречистване. Прецизното измерване на pH се извършва с помощта на сензори за pH и могат да се използват автоматизирани системи за дозиране за точно добавяне на необходимите химикали.

Контрол на температурата

Въздействие върху степента на реакция

1. Алкално хлориране и методи с водороден прекис

• Като цяло повишаването на температурата може да ускори скоростта на реакцията както при алкално хлориране, така и при третиране с водороден пероксид. Въпреки това, температурата трябва да се контролира внимателно. При алкално хлориране оптималният температурен диапазон е около 20 - 30°C. Ако температурата е твърде ниска, скоростта на реакцията ще бъде бавна, което ще доведе до непълно окисляване на цианида. Например, при температури под 15°C реакцията между цианид и натриев хипохлорит ще отнеме значително повече време, за да завърши. От друга страна, ако температурата е твърде висока, в случай на алкално хлориране, хлорният газ може да излезе от разтвора, намалявайки ефективността на окислителя. При метода с водороден пероксид температури над 35°C могат да причинят бързо разлагане на водороден пероксид, което води до образуване на кислород вместо желаните хидроксилни радикали за цианидно окисляване.

2. Процес на биоразграждане

• При биоразграждането на отпадъчни води, съдържащи цианид, оптималният температурен диапазон за повечето микроорганизми, разграждащи цианид, е 20 - 35°C. Температури извън този диапазон могат да окажат значително влияние върху активността на микроорганизмите. При ниски температури (под 20°C), скоростта на метаболизма на микроорганизмите се забавя и те може да не са в състояние да разграждат ефективно цианида. Високите температури (над 35°C) могат да увредят клетъчните мембрани и ензимите на микроорганизмите, което води до клетъчна смърт и загуба на способността им да разграждат цианида.

Техники за регулиране на температурата

За поддържане на подходяща температура в реакторите за пречистване на отпадъчни води могат да се монтират системи за отопление или охлаждане. За отопление могат да се използват системи за парно отопление или електрически нагреватели. При охлаждане могат да се използват топлообменници с водно охлаждане или кондензатори с въздушно охлаждане. Температурата се следи непрекъснато с помощта на температурни сензори и системите за отопление или охлаждане се регулират съответно, за да поддържат температурата в оптималния диапазон за процеса на обработка.

Контрол на дозировката на окислителя

Определяне на правилното количество

1. Алкално хлориране

• При алкално хлориране необходимото количество окислител (натриев хипохлорит или хлорен газ) се изчислява въз основа на стехиометрията на реакцията с цианид. На практика обикновено се добавя излишък от окислител, обикновено 10 - 20% повече от теоретичното количество. Това е, за да се осигури пълно окисляване на цианида, тъй като може да има други вещества в отпадъчните води, които могат да погълнат окислителя. Ако дозата на окислителя е твърде ниска, цианидът няма да се окисли напълно и пречистената отпадъчна вода все още може да съдържа високи нива на токсичен цианид. От друга страна, ако дозировката е твърде висока, това не само увеличава разходите за обработка, но може също да доведе до образуването на нежелани странични продукти, като вредни странични продукти на дезинфекция, когато прекомерният хлор реагира с други органични вещества в отпадъчните води.

2. Метод с водороден пероксид

• При метода на лечение с водороден прекис оптималната доза водороден прекис се определя чрез лабораторни изследвания. Дозировката зависи от фактори като първоначалната концентрация на цианид в отпадъчните води, наличието на други смущаващи вещества и вида на използвания катализатор. Подобно на алкалното хлориране, недостатъчното количество водороден пероксид ще доведе до непълно окисляване на цианида. Въпреки това, прекомерното количество водороден пероксид може да причини разлагането на генерираните хидроксилни радикали, намалявайки цялостната ефективност на лечението и увеличавайки цената.

Оборудване за контрол на дозите

За прецизен контрол на дозата на окислителя обикновено се използват дозиращи помпи. Тези помпи могат точно да доставят необходимия обем от окислителния разтвор в реактора за пречистване на отпадъчни води. Автоматизираните системи за управление могат да бъдат интегрирани с дозиращите помпи, които регулират дозировката въз основа на мониторинг в реално време на концентрацията на цианид в отпадъчните води или напредъка на окислителната реакция (като чрез измерване на ORP, което ще бъде обсъдено по-късно).

Контрол на окислително-редукционния потенциал (ORP).

Роля в наблюдението на напредъка на реакцията

1. Алкално хлориране

• В процеса на алкално хлориране мониторингът на ORP е от решаващо значение за проследяване на хода на окислителните реакции. Тъй като настъпва окисление на цианида до цианат и след това по-нататъшно окисляване на цианата до безвредни вещества, стойността на ORP на отпадъчните води се променя. По време на първия етап на окисление на цианид до цианат, ORP обикновено се увеличава. Целевият диапазон на ORP за този етап е около 300 - 500 mV (в зависимост от специфичните реакционни условия). Когато ORP достигне този диапазон, това показва, че първият етап на окисление е близо до завършване. Във втория етап на окисление на цианата до безвредни вещества ORP допълнително се увеличава, като целевият диапазон обикновено е около 600 - 700 mV. Чрез наблюдение на ORP операторите могат да определят кога да спрат добавянето на окислителя, като гарантират, че реакцията е завършила без прекомерно окисляване на отпадъчните води или загуба на окислител.

2. Метод с водороден пероксид

• При лечението с водороден пероксид ORP също служи като важен индикатор за напредъка на реакцията. Първоначалният ORP на отпадъчните води, съдържащи цианид, е относително нисък. С добавянето на водороден пероксид и протичането на реакцията на окисление ORP се увеличава. Целевият диапазон на ORP за третиране с водороден пероксид на отпадъчни води с цианид обикновено е около 400 - 500 mV. Когато ORP достигне тази стойност, това предполага, че цианидът е бил ефективно окислен до нетоксична форма.

Системи за мониторинг и контрол на ORP

Сензорите за ORP се използват за непрекъснато наблюдение на стойността на ORP на отпадъчните води в пречиствателния реактор. Тези сензори са свързани към контролна система, която може да бъде програмирана да регулира добавянето на окислителя. Например, ако ORP е под целевия диапазон, контролната система може да увеличи дозата на окислителя (като водороден пероксид или натриев хипохлорит), който се добавя към отпадната вода. Обратно, ако ORP превишава целевия диапазон, системата за управление може да намали или спре добавянето на окислител.

Заключение

Контролирането на реакционните условия при пречистването на отпадъчни води с цианид е от съществено значение за постигане на ефективно и безопасно пречистване на тези силно токсични отпадъчни води. Прецизният контрол на pH, температурата, дозата на окислителя и ORP може да гарантира, че процесът на обработка ефективно превръща цианида в по-малко токсични или нетоксични вещества. Чрез внимателно управление на тези реакционни условия, индустриите могат не само да изпълнят екологичните разпоредби, но и да оптимизират разходната ефективност на своите процеси за пречистване на отпадъчни води с цианид. Необходими са редовен мониторинг и коригиране на тези параметри, за да се адаптират към промените в състава на отпадъчните води и условията на работа на пречиствателната станция.