Οι κίνδυνοι και οι διαδικασίες επεξεργασίας των λυμάτων που περιέχουν κυάνιο

Εισαγωγή

Τα λύματα που περιέχουν κυάνιο αποτελούν σημαντική περιβαλλοντική ανησυχία λόγω της εξαιρετικά τοξικής φύσης τους. Τα τρία κοινώς γνωστά εξαιρετικά τοξικά κυανιούχα, και συγκεκριμένα Κυανιούχο νάτριο (NaCN), κάλιο κυανιούχο (KCN) και το υδροκυανικό οξύ (HCN), αποτελούν σοβαρή απειλή τόσο για την ανθρώπινη υγεία όσο και για το περιβάλλον. Ο κοινός παρονομαστής μεταξύ αυτών Κυανίδες είναι η ικανότητά τους να διαχωρίζουν και να απελευθερώνουν εύκολα το κυανιούχο ιόν (CN-).

Κίνδυνοι από λύματα που περιέχουν κυάνιο

Μηχανισμός Τοξικότητας στους Ανθρώπους

Η θανατηφόρα τοξικολογία των κυανιδίων έγκειται στο γεγονός ότι το ιόν κυανιδίου (CN-) έχει ισχυρή συγγένεια με τα ιόντα σιδήρου. Μόλις εισέλθει στο ανθρώπινο σώμα, το CN- συνδέεται εύκολα με ιόντα σιδήρου, γεγονός που οδηγεί σε μείωση της ικανότητας μεταφοράς οξυγόνου των ουσιών που περιέχουν σίδηρο. Αυτό τελικά οδηγεί σε ανεπάρκεια οξυγόνου στα κύτταρα του κεντρικού νευρικού συστήματος. Ως αποτέλεσμα, τα δηλητηριασμένα άτομα συχνά πεθαίνουν από αναπνευστική κεντρική παράλυση. Η δηλητηρίαση μπορεί να συμβεί μέσω διαφόρων οδών, συμπεριλαμβανομένης της επαφής με το δέρμα, της στοματικής κατάποσης, της εισπνοής, της ένεσης και της επαφής με τους βλεννογόνους. Ακόμη και μια μικρή ποσότητα έκθεσης σε κυάνιο μπορεί να είναι απειλητική για τη ζωή.

Περιβαλλοντική επίπτωση

Τα λύματα που περιέχουν κυάνιο, εάν δεν υποβληθούν σε κατάλληλη επεξεργασία και δεν απορρίπτονται σε υδάτινα σώματα, μπορεί να έχουν καταστροφικές επιπτώσεις στην υδρόβια ζωή. Οι υδρόβιοι οργανισμοί είναι εξαιρετικά ευαίσθητοι στο κυάνιο. Ακόμη και σε χαμηλές συγκεντρώσεις, το κυάνιο μπορεί να διαταράξει τις φυσιολογικές φυσιολογικές λειτουργίες των ψαριών, των ασπόνδυλων και άλλων υδρόβιων ειδών, οδηγώντας σε μειωμένη ανάπτυξη, προβλήματα αναπαραγωγής και τελικά θάνατο. Αυτό, με τη σειρά του, μπορεί να διαταράξει ολόκληρο το υδάτινο οικοσύστημα, επηρεάζοντας τις τροφικές αλυσίδες και τη βιοποικιλότητα.

Διεργασίες επεξεργασίας λυμάτων που περιέχουν κυάνιο

Επεξεργασία λυμάτων υψηλής συγκέντρωσης κυανίου που περιέχει: Ανάκτηση κυανιδίων

Για λύματα που περιέχουν κυάνιο υψηλής συγκέντρωσης, χρησιμοποιείται συχνά η μέθοδος ανάκτησης κυανιδίων. Αυτή η προσέγγιση στοχεύει στην εξαγωγή και ανακύκλωση πολύτιμων κυανιδίων από τα λύματα. Μια κοινή τεχνική είναι η εκχύλιση με διαλύτη. Στην εκχύλιση με διαλύτη, χρησιμοποιείται ένας κατάλληλος οργανικός διαλύτης για την επιλεκτική εκχύλιση κυανιούχων ενώσεων από την υδατική φάση των λυμάτων. Η φορτωμένη με κυάνιο οργανική φάση μπορεί στη συνέχεια να υποβληθεί σε περαιτέρω επεξεργασία για την ανάκτηση καθαρών κυανιδίων. Αυτή η μέθοδος έχει το πλεονέκτημα ότι όχι μόνο μειώνει τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις αφαιρώντας το κυάνιο από τα λύματα αλλά και ανακτά έναν δυνητικά πολύτιμο χημικό πόρο. Ωστόσο, απαιτεί προσεκτική επιλογή διαλυτών και αυστηρό έλεγχο των συνθηκών λειτουργίας για τη διασφάλιση υψηλής απόδοσης εκχύλισης και την ελαχιστοποίηση των απωλειών διαλύτη.

Επεξεργασία λυμάτων χαμηλής συγκέντρωσης κυανίου - που περιέχει: Καταστροφή κυανίου

Μέθοδοι Οξείδωσης

1.Χημική Οξείδωση

• Αρχή: Οι μέθοδοι χημικής οξείδωσης χρησιμοποιούν ισχυρούς οξειδωτικούς παράγοντες για τη μετατροπή ιόντων κυανίου σε λιγότερο τοξικές ή μη τοξικές ουσίες. Για παράδειγμα, οξειδωτικά με βάση το χλώριο όπως το υποχλωριώδες νάτριο (NaOCl) μπορούν να αντιδράσουν με ιόντα κυανίου. Η αντίδραση μετατρέπει πρώτα το κυανίδιο (CN-) σε κυανικό (CNO-) και η περαιτέρω οξείδωση μπορεί να διασπάσει το κυανικό σε διοξείδιο του άνθρακα (CO2), άζωτο (N2) και άλλα αβλαβή προϊόντα. Η συνολική αντίδραση μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:

• Στο πρώτο βήμα: (CN^ -+OCl^ -\δεξιό βέλος CNO^ -+Cl^)

• Στο δεύτερο βήμα: (2CNO^ -+3OCl^ -+H_2O\δεξιό βέλος 2CO_2 + N_2+3Cl^ -+2OH^ -)

• Πλεονεκτήματα: Η χημική οξείδωση είναι σχετικά απλή στη λειτουργία και μπορεί να είναι αποτελεσματική στην επεξεργασία λυμάτων που περιέχουν κυάνιο χαμηλής συγκέντρωσης. Μπορεί να εφαρμοστεί σε υπάρχουσες εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων με ορισμένες τροποποιήσεις στη διαδικασία επεξεργασίας.

• Μειονεκτήματα: Η χρήση μεγάλων ποσοτήτων οξειδωτικών παραγόντων μπορεί να είναι δαπανηρή. Επιπλέον, εάν δεν ελέγχεται σωστά, η αντίδραση μπορεί να παράγει υποπροϊόντα που θα μπορούσαν επίσης να είναι επιβλαβή για το περιβάλλον. Για παράδειγμα, η υπερβολική χρήση χλωρίου μπορεί να οδηγήσει στο σχηματισμό υποπροϊόντων απολύμανσης όπως τα τριαλομεθάνια.

2.Ηλεκτρολυτική Οξείδωση

• Αρχή: Στην ηλεκτρολυτική οξείδωση, ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από τα λύματα που περιέχουν κυάνιο σε ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο. Η άνοδος του κυττάρου λειτουργεί ως η θέση όπου συμβαίνει η οξείδωση. Τα κυανιούχα ιόντα οξειδώνονται στην επιφάνεια της ανόδου. Η γενική αντίδραση στην άνοδο μπορεί να γραφτεί ως (2CN^ -+4OH^ -\δεξιό βέλος 2CNO^ -+2H_2O + 2e^ -) και μπορεί να συμβεί περαιτέρω οξείδωση του κυανικού για να σχηματιστεί διοξείδιο του άνθρακα και άζωτο.

• Πλεονεκτήματα: Είναι μια σχετικά καθαρή μέθοδος επεξεργασίας καθώς δεν εισάγει επιπλέον χημικές ουσίες εκτός από τα ηλεκτρόδια. Μπορεί να αυτοματοποιηθεί και να ελεγχθεί με ακρίβεια.

• Μειονεκτήματα: Ωστόσο, όπως αναφέρθηκε, η ηλεκτρολυτική οξείδωση είναι ιδιαίτερα ενεργοβόρα. Η ανάγκη για συνεχή παροχή ηλεκτρικής ενέργειας καθιστά το κόστος θεραπείας σχετικά υψηλό. Επιπλέον, τα ηλεκτρόδια μπορεί να παρουσιάσουν διάβρωση με την πάροδο του χρόνου, η οποία απαιτεί τακτική συντήρηση και αντικατάσταση.

Βιολογική Θεραπεία

1. Αρχή: Η βιολογική επεξεργασία των λυμάτων που περιέχουν κυάνιο βασίζεται σε μικροοργανισμούς που μπορούν να μεταβολίσουν το κυάνιο ως πηγή άνθρακα ή αζώτου. Ορισμένα βακτήρια και μύκητες έχουν την ικανότητα να διασπούν το κυάνιο μέσω ενζυματικών αντιδράσεων. Για παράδειγμα, ορισμένα βακτήρια αποικοδόμησης κυανίου μπορούν να μετατρέψουν το κυάνιο σε αμμωνία και μυρμηκικό μέσω μιας σειράς ενζυματικών βημάτων. Η αμμωνία μπορεί στη συνέχεια να νιτροποιηθεί περαιτέρω από άλλους μικροοργανισμούς στο σύστημα επεξεργασίας.

2. Πλεονεκτήματα: Η βιολογική επεξεργασία είναι γενικά πιο φιλική προς το περιβάλλον καθώς δεν περιλαμβάνει τη χρήση μεγάλων ποσοτήτων χημικών ουσιών. Μπορεί να είναι οικονομικά αποδοτικό για την επεξεργασία λυμάτων που περιέχουν χαμηλής συγκέντρωσης κυάνιο μακροπρόθεσμα, ειδικά σε περιπτώσεις όπου υπάρχει μια κατάλληλη μικροβιακή κοινοπραξία.

3. Μειονεκτήματα: Ωστόσο, ο βιολογικός καθαρισμός είναι ιδιαίτερα ευαίσθητος σε αλλαγές στη σύνθεση, τη θερμοκρασία και το pH των λυμάτων. Οι ξαφνικές αλλαγές σε αυτές τις παραμέτρους μπορούν να αναστείλουν την ανάπτυξη και τη δραστηριότητα των μικροοργανισμών που αποικοδομούν τα κυανιούχα, οδηγώντας σε μειωμένη αποτελεσματικότητα της θεραπείας. Απαιτεί επίσης σχετικά μεγάλο χρόνο επεξεργασίας σε σύγκριση με ορισμένες χημικές μεθόδους.

Μέθοδος Αναγέννησης και Ανάκτησης Κυανιδίου

1. Αρχή: Αυτή η μέθοδος είναι παρόμοια με τη μέθοδο ανάκτησης για λύματα υψηλής συγκέντρωσης, αλλά μπορεί επίσης να εφαρμοστεί σε ορισμένες περιπτώσεις χαμηλής συγκέντρωσης. Επικεντρώνεται στην αναγέννηση και την ανακύκλωση κυανίου από τα λύματα. Μια προσέγγιση είναι η χρήση ιοντοανταλλακτικής ρητίνης. Τα κυανιούχα ιόντα στα λύματα μπορούν να προσροφηθούν στην επιφάνεια της ρητίνης. Στη συνέχεια, με τη χρήση κατάλληλου διαλύτη έκλουσης, το κυάνιο μπορεί να εκροφηθεί από τη ρητίνη και να ανακτηθεί.

2. Πλεονεκτήματα: Μπορεί να μειώσει τη συνολική κατανάλωση κυανίου στις βιομηχανικές διεργασίες με την ανακύκλωση του κυανίου. Αυτό όχι μόνο έχει οικονομικά οφέλη αλλά και μειώνει τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις που συνδέονται με τη διάθεση των λυμάτων που περιέχουν κυάνιο.

3. Μειονεκτήματα: Οι ρητίνες ανταλλαγής ιόντων πρέπει να επιλέγονται και να συντηρούνται προσεκτικά. Η διαδικασία αναγέννησης μπορεί να απαιτεί τη χρήση πρόσθετων χημικών ουσιών και υπάρχει κίνδυνος ρητίνης, γεγονός που μπορεί να μειώσει την αποτελεσματικότητα της διαδικασίας ανάκτησης κυανιδίου.

Συμπέρασμα

Τα λύματα που περιέχουν κυάνιο αποτελούν σοβαρό κίνδυνο για το περιβάλλον και την υγεία. Η κατανόηση των μηχανισμών τοξικότητας και η εφαρμογή κατάλληλων διαδικασιών θεραπείας είναι ζωτικής σημασίας. Κάθε μέθοδος επεξεργασίας, είτε πρόκειται για λύματα υψηλής - ή χαμηλής συγκέντρωσης, έχει τα δικά της πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Η επιλογή της μεθόδου επεξεργασίας εξαρτάται από διάφορους παράγοντες όπως η αρχική συγκέντρωση κυανίου, η απαιτούμενη αποτελεσματικότητα επεξεργασίας, η σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας και οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Στο μέλλον, απαιτείται περισσότερη έρευνα και ανάπτυξη για τη βελτίωση των υφιστάμενων διαδικασιών επεξεργασίας και την ανάπτυξη νέων, πιο αποτελεσματικών και οικονομικά αποδοτικών μεθόδων επεξεργασίας λυμάτων που περιέχουν κυάνιο για να διασφαλιστεί ένα καθαρότερο και ασφαλέστερο περιβάλλον.