Kontroliranje uvjeta reakcije u tretmanu otpadnih voda cijanidom

Uvod

Otpadne vode koje sadrže cijanid nastaju u raznim industrijskim procesima kao što su metalna obrada, kaljenje čeličnih kućišta i rafinacija rude zlata i srebra. Zbog visoke toksičnosti cijanid, koje čak i pri niskim koncentracijama mogu biti smrtonosne za žive organizme, pravilan tretman takve otpadne vode je od najveće važnosti. Jedan od kritičnih aspekata efektivnosti tretman otpadnih voda cijanidom je precizna kontrola uslova reakcije. Ovaj članak će se pozabaviti ključnim uslovima reakcije i kako ih kontrolirati tijekom liječenja cijanid - koji sadrže otpadne vode.

pH kontrola

Značaj u različitim procesima liječenja

1. Proces alkalne hloracije

• Alkalno hloriranje je uobičajena metoda za tretman otpadnih voda cijanidom, a kontrola pH igra ključnu ulogu. Reakcija tretmana se odvija u dva koraka. U prvoj fazi, cijanid se oksidira u cijanat pomoću natrijevog hipoklorita ili kombinacije plinovitog klora i natrijevog hidroksida. Optimalni pH raspon za ovu prvu fazu oksidacije je obično između 10 i 11. Ako je pH prenizak, postaje kiseli, reakcija može proizvesti otrovni cijanogen hlorid, što predstavlja značajnu opasnost. Na primjer, kada pH padne ispod 8. može nastati ovaj štetni nusproizvod. S druge strane, ako je pH previsok, brzina reakcije će se značajno smanjiti. Visoke pH vrednosti mogu uticati na rastvorljivost i reaktivnost reaktanata, čineći proces oksidacije manje efikasnim.

2. Metoda vodikovog peroksida

• U tretmanu otpadnih voda cijanidom na bazi vodikovog peroksida, optimalni pH raspon obično je između 9 i 11. U ovoj metodi, vodonik peroksid se razgrađuje u prisustvu katalizatora (kao što su soli željeza) kako bi se stvorili visoko reaktivni hidroksilni radikali koji oksidiraju cijanid. pH unutar ovog raspona potiče razgradnju vodikovog peroksida i stvaranje ovih esencijalnih radikala. Ako je pH izvan ovog raspona, razgradnja vodikovog peroksida će biti inhibirana, smanjujući ukupnu efikasnost oksidacije.

3. Proces biorazgradnje

• Za biorazgradnju otpadne vode koja sadrži cijanid, gdje mikroorganizmi razgrađuju cijanid u bezopasne tvari, pH treba održavati između 6.5 i 8.5. Mikroorganizmi imaju optimalan pH raspon za svoje metaboličke aktivnosti. Ako je pH previše kiseo ili previše alkalan, može denaturirati enzime uključene u metaboličke puteve mikroorganizama koji razgrađuju cijanide. Na primjer, ako pH padne ispod 6.5. mnoge bakterije koje razgrađuju cijanid će doživjeti smanjenje brzine rasta i sposobnosti razgradnje cijanida.

Metode za podešavanje pH

Za kontrolu pH, u otpadnu vodu se dodaju odgovarajuće kisele ili alkalne supstance. Uobičajene kiseline koje se koriste uključuju sumpornu kiselinu i hlorovodoničnu kiselinu, dok su uobičajene alkalije natrijum hidroksid i kalcijum hidroksid. Količina kiseline ili lužine koja se dodaje izračunava se na osnovu početnog pH otpadne vode i ciljnog pH za specifični proces obrade. Precizno merenje pH vrednosti se vrši pomoću pH senzora, a automatizovani sistemi za doziranje mogu se koristiti za precizno dodavanje potrebnih hemikalija.

temperature Control

Utjecaj na stope reakcija

1. Metode alkalnog hloriranja i vodikovog peroksida

• Općenito, povećanje temperature može ubrzati brzinu reakcije iu alkalnom hloriranju i tretmanu baziranom na vodikovom peroksidu. Međutim, temperaturu je potrebno pažljivo kontrolirati. Kod alkalnog hlorisanja optimalni temperaturni opseg je oko 20 - 30°C. Ako je temperatura preniska, brzina reakcije će biti spora, što će rezultirati nepotpunom oksidacijom cijanida. Na primjer, na temperaturama ispod 15°C, reakcija između cijanida i natrijum hipohlorita će trajati znatno duže da se završi. S druge strane, ako je temperatura previsoka, u slučaju alkalnog hloriranja, plinoviti hlor može pobjeći iz otopine, smanjujući učinkovitost oksidacijskog sredstva. U metodi vodonik peroksida, temperature iznad 35°C mogu uzrokovati brzu razgradnju vodikovog peroksida, što dovodi do stvaranja plina kisika umjesto željenih hidroksilnih radikala za oksidaciju cijanida.

2. Proces biorazgradnje

• U biorazgradnji otpadnih voda koje sadrže cijanid, optimalni temperaturni raspon za većinu mikroorganizama koji razgrađuju cijanide je 20 - 35°C. Temperature izvan ovog raspona mogu imati značajan utjecaj na aktivnost mikroorganizama. Na niskim temperaturama (ispod 20°C), metabolizam mikroorganizama se usporava i oni možda neće moći efikasno razgraditi cijanid. Visoke temperature (iznad 35°C) mogu oštetiti ćelijske membrane i enzime mikroorganizama, što dovodi do smrti ćelije i gubitka njihove sposobnosti razgradnje cijanida.

Tehnike regulacije temperature

Da bi se održala odgovarajuća temperatura, u reaktore za tretman otpadnih voda mogu se ugraditi sistemi grijanja ili hlađenja. Za grijanje se mogu koristiti sistemi grijanja na bazi pare ili električni grijači. U hlađenju se mogu koristiti izmjenjivači topline hlađeni vodom ili kondenzatori hlađeni zrakom. Temperatura se kontinuirano prati pomoću temperaturnih senzora, a sistemi grijanja ili hlađenja se prilagođavaju u skladu s tim kako bi se temperatura održavala u optimalnom rasponu za proces tretmana.

Kontrola doze oksidansa

Određivanje pravog iznosa

1.Alkalna hloracija

• Kod alkalne hloracije, potrebna količina oksidansa (natrijum hipohlorita ili gasovitog hlora) se izračunava na osnovu stehiometrije reakcije sa cijanidom. U praksi se obično dodaje višak oksidansa, obično 10 - 20% više od teorijske količine. Ovo je da bi se osigurala potpuna oksidacija cijanida, jer u otpadnoj vodi mogu biti druge tvari koje mogu potrošiti oksidans. Ako je doza oksidansa preniska, cijanid neće biti potpuno oksidiran, a pročišćena otpadna voda i dalje može sadržavati visoke razine toksičnog cijanida. S druge strane, ako je doza previsoka, to ne samo da povećava troškove tretmana, već može dovesti i do stvaranja neželjenih nusproizvoda, kao što su štetni nusproizvodi dezinfekcije kada prekomjerni klor reagira s drugim organskim tvarima u otpadnoj vodi.

2. Metoda vodikovog peroksida

• U metodi tretmana vodonik peroksidom, optimalna doza vodonik peroksida se utvrđuje laboratorijskim ispitivanjem. Doziranje ovisi o faktorima kao što su početna koncentracija cijanida u otpadnoj vodi, prisutnost drugih ometajućih supstanci i vrsta korištenog katalizatora. Slično alkalnom hloriranju, nedovoljna količina vodikovog peroksida će rezultirati nepotpunom oksidacijom cijanida. Međutim, prevelika količina vodikovog peroksida može uzrokovati razgradnju nastalih hidroksilnih radikala, smanjujući ukupnu efikasnost tretmana i povećavajući troškove.

Oprema za kontrolu doziranja

Za preciznu kontrolu doze oksidansa, obično se koriste pumpe za doziranje. Ove pumpe mogu precizno isporučiti potrebnu količinu otopine oksidansa u reaktor za tretman otpadnih voda. Automatski kontrolni sistemi se mogu integrirati sa mjernim pumpama, koje prilagođavaju doziranje na osnovu praćenja koncentracije cijanida u otpadnoj vodi u realnom vremenu ili napretka reakcije oksidacije (kao što je mjerenje ORP-a, o čemu će biti riječi kasnije).

Kontrola potencijala oksidacije - redukcije (ORP).

Uloga u praćenju napretka reakcije

1.Alkalna hloracija

• U procesu alkalne hloracije, praćenje ORP-a je ključno za praćenje napretka reakcija oksidacije. Kako dolazi do oksidacije cijanida u cijanat, a zatim dalje oksidacije cijanata u bezopasne tvari, mijenja se ORP vrijednost otpadne vode. Tokom prve faze oksidacije cijanida u cijanat, ORP se obično povećava. Ciljani ORP opseg za ovu fazu je oko 300 - 500 mV (u zavisnosti od specifičnih uslova reakcije). Kada ORP dostigne ovaj raspon, to ukazuje da je prva faza oksidacije blizu završetka. U drugoj fazi oksidacije cijanata u bezopasne supstance, ORP se dalje povećava, a ciljni opseg je obično oko 600 - 700 mV. Praćenjem ORP-a, operateri mogu odrediti kada da prestanu sa dodavanjem oksidansa, osiguravajući da se reakcija završi bez prekomjerne oksidacije otpadne vode ili rasipanja oksidansa.

2. Metoda vodikovog peroksida

• U tretmanu baziranom na vodikovom peroksidu, ORP također služi kao važan pokazatelj napredovanja reakcije. Početni ORP otpadne vode koja sadrži cijanid je relativno nizak. Kako se dodaje vodikov peroksid i nastavlja reakcija oksidacije, ORP se povećava. Ciljani opseg ORP-a za tretman vodonik-peroksida otpadnih voda cijanidom je općenito oko 400 - 500 mV. Kada ORP dostigne ovu vrijednost, to sugerira da je cijanid efektivno oksidiran u netoksični oblik.

ORP sistemi za praćenje i kontrolu

ORP senzori se koriste za kontinuirano praćenje ORP vrijednosti otpadne vode u reaktoru za tretman. Ovi senzori su povezani na kontrolni sistem koji se može programirati da prilagodi dodavanje oksidansa. Na primjer, ako je ORP ispod ciljnog raspona, kontrolni sistem može povećati dozu oksidansa (kao što je vodonik peroksid ili natrijum hipohlorit) koji se dodaje u otpadnu vodu. Suprotno tome, ako ORP premašuje ciljni opseg, kontrolni sistem može smanjiti ili zaustaviti dodavanje oksidansa.

zaključak

Kontrola reakcionih uslova u tretmanu otpadnih voda cijanidom je od suštinskog značaja za postizanje efikasnog i sigurnog tretmana ove visoko toksične otpadne vode. Precizna kontrola pH, temperature, doze oksidansa i ORP može osigurati da proces tretmana efikasno pretvara cijanid u manje toksične ili netoksične supstance. Pažljivim upravljanjem ovim reakcionim uslovima, industrije ne samo da mogu da ispune ekološke propise, već i da optimizuju isplativost svojih procesa prečišćavanja otpadnih voda cijanidom. Redovno praćenje i prilagođavanje ovih parametara je neophodno kako bi se prilagodili varijacijama u sastavu otpadnih voda i uslovima rada postrojenja za prečišćavanje.