Control de les condicions de reacció en el tractament d'aigües residuals de cianur

introducció

Les aigües residuals que contenen cianur es generen a partir de diversos processos industrials, com ara el revestiment de metall, l'enduriment de l'acer i el refinament de minerals d'or i plata. A causa de l'alta toxicitat de cianur, que pot ser letal per als organismes vius fins i tot a baixes concentracions, el tractament adequat d'aquestes aigües residuals és de la màxima importància. Un dels aspectes crítics de l'efectivitat tractament d'aigües residuals amb cianur és el control precís de les condicions de reacció. Aquest article aprofundirà en les condicions clau de la reacció i com controlar-les durant el tractament cianur - que contenen aigües residuals.

Control del pH

Importància en els diferents processos de tractament

1.Procés de cloració alcalina

• La cloració alcalina és un mètode comú per al tractament d'aigües residuals amb cianur, i el control del pH té un paper crucial. La reacció al tractament es produeix en dos passos. En la primera etapa, el cianur s'oxida a cianat per hipoclorit de sodi o una combinació de gas de clor i hidròxid de sodi. L'interval de pH òptim per a aquesta oxidació de primera etapa és normalment entre 10 i 11. Si el pH és massa baix, tornant-se àcid, la reacció pot produir clorur de cianogen tòxic, que suposa un perill important. Per exemple, quan el pH baixa per sota de 8, es pot formar aquest subproducte nociu. D'altra banda, si el pH és massa alt, la velocitat de reacció disminuirà significativament. Els alts valors de pH poden afectar la solubilitat i la reactivitat dels reactius, fent que el procés d'oxidació sigui menys eficient.

2.Mètode de peròxid d'hidrogen

• En el tractament basat en peròxid d'hidrogen d'aigües residuals de cianur, el rang de pH òptim se situa habitualment entre 9 i 11. En aquest mètode, el peròxid d'hidrogen es descompon en presència d'un catalitzador (com les sals de ferro) per generar radicals hidroxil altament reactius que oxiden el cianur. El pH dins d'aquest rang afavoreix la descomposició del peròxid d'hidrogen i la formació d'aquests radicals essencials. Si el pH està fora d'aquest rang, la descomposició del peròxid d'hidrogen s'inhibeix, reduint l'eficiència global d'oxidació.

3.Procés de biodegradació

• Per a la biodegradació de les aigües residuals que contenen cianur, on els microorganismes descomponen el cianur en substàncies inofensives, el pH s'ha de mantenir entre 6.5 i 8.5. Els microorganismes tenen un rang de pH òptim per a les seves activitats metabòliques. Si el pH és massa àcid o massa alcalí, pot desnaturalitzar els enzims implicats en el cianur, degradant les vies metabòliques dels microorganismes. Per exemple, si el pH baixa per sota de 6.5. molts bacteris que degraden el cianur experimentaran una disminució de la seva taxa de creixement i la seva capacitat de degradació del cianur.

Mètodes per a l'ajust del pH

Per controlar el pH, s'afegeixen substàncies àcides o alcalines adequades a les aigües residuals. Els àcids comuns utilitzats inclouen l'àcid sulfúric i l'àcid clorhídric, mentre que els àlcalis comuns són l'hidròxid de sodi i l'hidròxid de calci. La quantitat d'àcid o àlcali que s'ha d'afegir es calcula en funció del pH inicial de l'aigua residual i del pH objectiu per al procés de tractament específic. La mesura precisa del pH es realitza mitjançant sensors de pH i es poden utilitzar sistemes de dosificació automatitzats per afegir els productes químics necessaris amb precisió.

control de temperatura

Impacte en les velocitats de reacció

1.Mètodes de cloració alcalina i peròxid d'hidrogen

• En general, un augment de la temperatura pot accelerar les velocitats de reacció tant en la cloració alcalina com en el tractament basat en peròxid d'hidrogen. Tanmateix, la temperatura s'ha de controlar acuradament. En la cloració alcalina, el rang de temperatura òptim és d'uns 20-30 °C. Si la temperatura és massa baixa, la velocitat de reacció serà lenta, donant lloc a una oxidació incompleta del cianur. Per exemple, a temperatures inferiors a 15 °C, la reacció entre el cianur i l'hipoclorit de sodi trigarà molt més temps a completar-se. D'altra banda, si la temperatura és massa elevada, en el cas de la cloració alcalina, pot escapar gas clor de la solució, reduint l'eficàcia de l'agent oxidant. En el mètode del peròxid d'hidrogen, les temperatures superiors als 35 °C poden provocar la ràpida descomposició del peròxid d'hidrogen, donant lloc a la formació d'oxigen gasós en lloc dels radicals hidroxil desitjats per a l'oxidació del cianur.

2.Procés de biodegradació

• En la biodegradació de les aigües residuals que contenen cianur, el rang de temperatura òptim per a la majoria dels microorganismes que degraden el cianur és de 20 a 35 °C. Les temperatures fora d'aquest rang poden tenir un impacte significatiu en l'activitat dels microorganismes. A temperatures baixes (per sota dels 20 °C), la taxa metabòlica dels microorganismes s'alenteix i és possible que no siguin capaços de descompondre eficientment el cianur. Les altes temperatures (per sobre dels 35 °C) poden danyar les membranes cel·lulars i els enzims dels microorganismes, provocant la mort cel·lular i la pèrdua de la seva capacitat de degradació del cianur.

Tècniques de regulació de la temperatura

Per mantenir la temperatura adequada, es poden instal·lar sistemes de calefacció o refrigeració als reactors de tractament d'aigües residuals. Per a la calefacció, es poden utilitzar sistemes de calefacció a base de vapor o escalfadors elèctrics. En refrigeració, es poden utilitzar intercanviadors de calor refrigerats per aigua o condensadors refrigerats per aire. La temperatura es controla contínuament mitjançant sensors de temperatura i els sistemes de calefacció o refrigeració s'ajusten en conseqüència per mantenir la temperatura dins del rang òptim per al procés de tractament.

Control de dosificació d'oxidants

Determinació de la quantitat correcta

1.Cloració alcalina

• En la cloració alcalina, la quantitat d'oxidant (hipoclorit de sodi o clor gasós) necessària es calcula a partir de l'estequiometria de la reacció amb cianur. A la pràctica, se sol afegir un excés d'oxidant, normalment un 10-20% més que la quantitat teòrica. Això és per garantir l'oxidació completa del cianur, ja que pot haver-hi altres substàncies a les aigües residuals que poden consumir l'oxidant. Si la dosi d'oxidant és massa baixa, el cianur no s'oxidarà completament i les aigües residuals tractades encara poden contenir alts nivells de cianur tòxic. D'altra banda, si la dosi és massa alta, no només augmenta el cost del tractament sinó que també pot provocar la formació de subproductes no desitjats, com ara subproductes nocius de desinfecció quan el clor excessiu reacciona amb altres matèria orgànica de les aigües residuals.

2.Mètode de peròxid d'hidrogen

• En el mètode de tractament amb peròxid d'hidrogen, la dosi òptima de peròxid d'hidrogen es determina mitjançant proves de laboratori. La dosi depèn de factors com la concentració inicial de cianur a l'aigua residual, la presència d'altres substàncies interferents i el tipus de catalitzador utilitzat. De manera similar a la cloració alcalina, una quantitat insuficient de peròxid d'hidrogen donarà lloc a una oxidació incompleta del cianur. Tanmateix, una quantitat excessiva de peròxid d'hidrogen pot provocar la descomposició dels radicals hidroxil generats, reduint l'eficiència global del tractament i augmentant el cost.

Equips de control de dosificació

Per controlar amb precisió la dosi d'oxidant, s'utilitzen habitualment bombes dosificadores. Aquestes bombes poden lliurar amb precisió el volum necessari de la solució oxidant al reactor de tractament d'aigües residuals. Els sistemes de control automatitzats es poden integrar amb les bombes dosificadores, que ajusten la dosificació en funció del seguiment en temps real de la concentració de cianur a les aigües residuals o del progrés de la reacció d'oxidació (com per exemple mitjançant la mesura ORP, que es comentarà més endavant).

Control d'Oxidació - Potencial de Reducció (ORP).

Paper en el seguiment del progrés de la reacció

1.Cloració alcalina

• En el procés de cloració alcalina, el monitoratge ORP és crucial per fer un seguiment del progrés de les reaccions d'oxidació. A mesura que es produeix l'oxidació del cianur a cianat i després una nova oxidació del cianat a substàncies inofensives, el valor ORP de les aigües residuals canvia. Durant la primera etapa d'oxidació del cianur a cianat, l'ORP normalment augmenta. El rang ORP objectiu per a aquesta etapa és d'uns 300 - 500 mV (depenent de les condicions de reacció específiques). Quan l'ORP arriba a aquest rang, indica que la primera etapa d'oxidació està a punt de finalitzar. En la segona etapa d'oxidació del cianat a substàncies inofensives, l'ORP augmenta encara més i el rang objectiu sol ser d'entre 600 i 700 mV. Mitjançant el seguiment de l'ORP, els operadors poden determinar quan deixar d'afegir l'oxidant, assegurant-se que la reacció s'hagi completat sense oxidar excessivament l'aigua residual o malgastar l'oxidant.

2.Mètode de peròxid d'hidrogen

• En el tractament basat en peròxid d'hidrogen, l'ORP també serveix com a indicador important del progrés de la reacció. L'ORP inicial de les aigües residuals que conté cianur és relativament baix. A mesura que s'afegeix peròxid d'hidrogen i la reacció d'oxidació continua, l'ORP augmenta. El rang ORP objectiu per al tractament amb peròxid d'hidrogen d'aigües residuals de cianur és generalment al voltant de 400 - 500 mV. Quan l'ORP arriba a aquest valor, suggereix que el cianur s'ha oxidat efectivament a una forma no tòxica.

Sistemes de monitorització i control ORP

Els sensors ORP s'utilitzen per controlar contínuament el valor ORP de les aigües residuals al reactor de tractament. Aquests sensors estan connectats a un sistema de control que es pot programar per ajustar l'addició de l'oxidant. Per exemple, si l'ORP està per sota del rang objectiu, el sistema de control pot augmentar la dosi de l'oxidant (com ara peròxid d'hidrogen o hipoclorit de sodi) que s'afegeix a les aigües residuals. Per contra, si l'ORP supera el rang objectiu, el sistema de control pot reduir o aturar l'addició d'oxidant.

Conclusió

Controlar les condicions de reacció en el tractament d'aigües residuals amb cianur és essencial per aconseguir un tractament eficient i segur d'aquestes aigües residuals altament tòxiques. El control precís del pH, la temperatura, la dosi d'oxidant i l'ORP pot garantir que el procés de tractament converteixi eficaçment el cianur en substàncies menys tòxiques o no tòxiques. En gestionar acuradament aquestes condicions de reacció, les indústries no només poden complir les normatives ambientals, sinó que també poden optimitzar la rendibilitat dels seus processos de tractament d'aigües residuals amb cianur. El seguiment i l'ajust periòdics d'aquests paràmetres són necessaris per adaptar-se a les variacions en la composició de les aigües residuals i les condicions de funcionament de la depuradora.