کنترل شرایط واکنش در تصفیه فاضلاب سیانید

معرفی

فاضلاب حاوی سیانید از فرآیندهای مختلف صنعتی مانند آبکاری فلزات، سخت شدن بدنه فولادی و پالایش سنگ معدن طلا و نقره تولید می شود. به دلیل سمیت بالای سیانیدکه می تواند حتی در غلظت های کم برای موجودات زنده کشنده باشد، تصفیه مناسب این گونه فاضلاب ها از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از جنبه های حیاتی موثر تصفیه فاضلاب سیانید کنترل دقیق شرایط واکنش است. این مقاله به شرایط کلیدی واکنش و نحوه کنترل آنها در طول درمان می پردازد سیانید - حاوی فاضلاب

کنترل pH

اهمیت در فرآیندهای مختلف درمانی

1. فرآیند کلرزنی قلیایی

• کلرزنی قلیایی یک روش متداول برای تصفیه فاضلاب سیانید است و کنترل pH نقش مهمی ایفا می کند. واکنش درمان در دو مرحله رخ می دهد. در مرحله اول سیانید توسط هیپوکلریت سدیم یا ترکیبی از گاز کلر و هیدروکسید سدیم به سیانات اکسید می شود. محدوده pH بهینه برای این اکسیداسیون مرحله اول معمولاً بین 10 تا 11 است. اگر pH خیلی کم باشد و اسیدی شود، واکنش ممکن است کلرید سیانوژن سمی تولید کند که خطر قابل توجهی دارد. به عنوان مثال، هنگامی که PH به زیر 8 می رسد. این محصول جانبی مضر می تواند تشکیل شود. از طرف دیگر، اگر PH بیش از حد بالا باشد، سرعت واکنش به طور قابل توجهی کاهش می یابد. مقادیر pH بالا می تواند بر حلالیت و واکنش پذیری واکنش دهنده ها تأثیر بگذارد و فرآیند اکسیداسیون را کارآمدتر کند.

2. روش پراکسید هیدروژن

• در تصفیه فاضلاب سیانید مبتنی بر پراکسید هیدروژن، محدوده pH بهینه معمولا بین 9 تا 11 قرار دارد. در این روش، پراکسید هیدروژن در حضور یک کاتالیزور (مانند نمک های آهن) تجزیه می شود و رادیکال های هیدروکسیل بسیار واکنش پذیر تولید می کند که سیانید را اکسید می کند. pH در این محدوده باعث تجزیه پراکسید هیدروژن و تشکیل این رادیکال های ضروری می شود. اگر PH خارج از این محدوده باشد، تجزیه پراکسید هیدروژن مهار می شود و بازده کلی اکسیداسیون را کاهش می دهد.

3. فرآیند تجزیه زیستی

• برای تجزیه زیستی فاضلاب حاوی سیانید، جایی که میکروارگانیسم ها سیانید را به مواد بی ضرر تجزیه می کنند، pH باید بین 6.5 تا 8.5 حفظ شود. میکروارگانیسم ها دارای محدوده pH بهینه برای فعالیت های متابولیکی خود هستند. اگر PH بیش از حد اسیدی یا خیلی قلیایی باشد، می تواند آنزیم های دخیل در سیانید - مسیرهای متابولیکی تخریب میکروارگانیسم ها را دناتوره کند. به عنوان مثال، اگر pH به زیر 6.5 کاهش یابد. بسیاری از باکتری های تجزیه کننده سیانید کاهش سرعت رشد و توانایی تجزیه سیانید خود را تجربه خواهند کرد.

روش های تنظیم pH

برای کنترل PH مواد اسیدی یا قلیایی مناسب به فاضلاب اضافه می شود. اسیدهای رایج مورد استفاده شامل اسید سولفوریک و اسید کلریدریک هستند، در حالی که قلیاهای معمولی هیدروکسید سدیم و هیدروکسید کلسیم هستند. مقدار اسید یا قلیایی که باید اضافه شود بر اساس pH اولیه فاضلاب و pH هدف برای فرآیند تصفیه خاص محاسبه می شود. اندازه گیری دقیق pH با استفاده از سنسورهای pH انجام می شود و می توان از سیستم های دوز خودکار برای افزودن دقیق مواد شیمیایی مورد نیاز استفاده کرد.

کنترل دما

تاثیر بر نرخ واکنش

1. روشهای کلرزنی قلیایی و پراکسید هیدروژن

• به طور کلی، افزایش دما می تواند سرعت واکنش را هم در کلرزنی قلیایی و هم در تیمار مبتنی بر پراکسید هیدروژن تسریع کند. با این حال، دما باید به دقت کنترل شود. در کلرزنی قلیایی، محدوده دمایی مطلوب حدود 20 تا 30 درجه سانتی گراد است. اگر دما خیلی پایین باشد، سرعت واکنش کند می شود و در نتیجه اکسیداسیون ناقص سیانید می شود. به عنوان مثال، در دمای کمتر از 15 درجه سانتیگراد، واکنش بین سیانید و هیپوکلریت سدیم زمان قابل توجهی طولانی تری برای تکمیل شدن خواهد داشت. از طرف دیگر، اگر دما خیلی بالا باشد، در مورد کلرزنی قلیایی، گاز کلر ممکن است از محلول خارج شود و اثر اکسید کننده را کاهش دهد. در روش پراکسید هیدروژن، دمای بالاتر از 35 درجه سانتی گراد می تواند باعث تجزیه سریع پراکسید هیدروژن شود و منجر به تشکیل گاز اکسیژن به جای رادیکال های هیدروکسیل مورد نظر برای اکسیداسیون سیانید شود.

2. فرآیند تجزیه زیستی

• در تجزیه بیولوژیکی فاضلاب حاوی سیانید، محدوده دمایی مطلوب برای اکثر میکروارگانیسم های تجزیه کننده سیانید 20 تا 35 درجه سانتی گراد است. دمای خارج از این محدوده می تواند تأثیر قابل توجهی بر فعالیت میکروارگانیسم ها داشته باشد. در دماهای پایین (زیر 20 درجه سانتی گراد)، سرعت متابولیسم میکروارگانیسم ها کاهش می یابد و ممکن است نتوانند به طور موثر سیانید را تجزیه کنند. دمای بالا (بالاتر از 35 درجه سانتیگراد) می تواند به غشای سلولی و آنزیم های میکروارگانیسم ها آسیب برساند و منجر به مرگ سلولی و از دست دادن توانایی تخریب سیانید آنها شود.

تکنیک های تنظیم دما

برای حفظ دمای مناسب می توان سیستم های گرمایش یا سرمایش را در راکتورهای تصفیه فاضلاب نصب کرد. برای گرمایش، می توان از سیستم های گرمایشی مبتنی بر بخار یا بخاری های برقی استفاده کرد. در سرمایش می توان از مبدل های حرارتی خنک شده با آب یا کندانسورهای خنک کننده با هوا استفاده کرد. دما به طور مداوم با استفاده از سنسورهای دما کنترل می شود و سیستم های گرمایش یا سرمایش بر این اساس تنظیم می شوند تا دما را در محدوده بهینه برای فرآیند تصفیه نگه دارند.

کنترل دوز اکسیدان

تعیین مقدار مناسب

1.کلرزنی قلیایی

• در کلرزنی قلیایی، میزان اکسیدان (هیپوکلریت سدیم یا گاز کلر) مورد نیاز بر اساس استوکیومتری واکنش با سیانید محاسبه می شود. در عمل، معمولاً اکسیدان اضافی، معمولاً 10 تا 20 درصد بیشتر از مقدار نظری، اضافه می‌شود. این برای اطمینان از اکسیداسیون کامل سیانید است، زیرا ممکن است مواد دیگری در فاضلاب وجود داشته باشد که می تواند اکسیدان را مصرف کند. اگر دوز اکسیدان خیلی کم باشد، سیانید به طور کامل اکسید نمی شود و فاضلاب تصفیه شده ممکن است همچنان حاوی سطوح بالایی از سیانید سمی باشد. از سوی دیگر، اگر دوز بیش از حد بالا باشد، نه تنها هزینه تصفیه را افزایش می دهد، بلکه می تواند منجر به تشکیل محصولات جانبی ناخواسته مانند گندزدایی مضر محصولات جانبی در هنگام واکنش کلر بیش از حد با سایر مواد آلی موجود در فاضلاب شود.

2. روش پراکسید هیدروژن

• در روش تصفیه پراکسید هیدروژن، دوز بهینه پراکسید هیدروژن از طریق آزمایش آزمایشگاهی تعیین می شود. دوز به عواملی مانند غلظت اولیه سیانید در فاضلاب، وجود سایر مواد مزاحم و نوع کاتالیزور مورد استفاده بستگی دارد. مشابه کلرزنی قلیایی، مقدار ناکافی پراکسید هیدروژن منجر به اکسیداسیون ناقص سیانید می شود. با این حال، مقدار بیش از حد پراکسید هیدروژن می تواند باعث تجزیه رادیکال های هیدروکسیل تولید شده، کاهش راندمان کلی تصفیه و افزایش هزینه شود.

تجهیزات کنترل دوز

برای کنترل دقیق دوز اکسیدان، معمولاً از پمپ های اندازه گیری استفاده می شود. این پمپ ها می توانند به طور دقیق حجم مورد نیاز محلول اکسیدان را به راکتور تصفیه فاضلاب برسانند. سیستم‌های کنترل خودکار را می‌توان با پمپ‌های اندازه‌گیری ادغام کرد، که دوز را بر اساس نظارت بر زمان واقعی غلظت سیانید در فاضلاب یا پیشرفت واکنش اکسیداسیون (مانند اندازه‌گیری ORP، که بعداً مورد بحث قرار خواهد گرفت) تنظیم می‌کنند.

کنترل اکسیداسیون - پتانسیل کاهش (ORP).

نقش در نظارت بر پیشرفت واکنش

1.کلرزنی قلیایی

• در فرآیند کلرزنی قلیایی، نظارت ORP برای ردیابی پیشرفت واکنش های اکسیداسیون بسیار مهم است. با اکسید شدن سیانید به سیانات و سپس اکسیداسیون بیشتر سیانات به مواد بی ضرر، مقدار ORP فاضلاب تغییر می کند. در طی مرحله اول اکسیداسیون سیانید به سیانات، ORP معمولاً افزایش می یابد. محدوده ORP هدف برای این مرحله حدود 300 - 500 میلی ولت (بسته به شرایط واکنش خاص) است. هنگامی که ORP به این محدوده می رسد، نشان می دهد که اکسیداسیون مرحله اول نزدیک به اتمام است. در مرحله دوم اکسیداسیون سیانات به مواد بی ضرر، ORP بیشتر افزایش می یابد و محدوده هدف معمولاً حدود 600 - 700 میلی ولت است. با نظارت بر ORP، اپراتورها می توانند تعیین کنند که چه زمانی باید افزودن اکسیدان را متوقف کنند و اطمینان حاصل کنند که واکنش بدون اکسید کردن بیش از حد فاضلاب یا هدر رفتن اکسیدان به پایان رسیده است.

2. روش پراکسید هیدروژن

• در درمان مبتنی بر پراکسید هیدروژن، ORP همچنین به عنوان یک شاخص مهم برای پیشرفت واکنش عمل می کند. ORP اولیه فاضلاب حاوی سیانید نسبتاً کم است. با اضافه شدن پراکسید هیدروژن و ادامه واکنش اکسیداسیون، ORP افزایش می یابد. محدوده هدف ORP برای تصفیه پراکسید هیدروژن فاضلاب سیانید معمولاً حدود 400 تا 500 میلی ولت است. هنگامی که ORP به این مقدار می رسد، نشان می دهد که سیانید به طور موثر به شکل غیر سمی اکسید شده است.

سیستم های نظارت و کنترل ORP

سنسورهای ORP برای نظارت مداوم بر مقدار ORP فاضلاب در راکتور تصفیه استفاده می شود. این سنسورها به یک سیستم کنترل متصل هستند که می تواند برای تنظیم افزودن اکسیدان برنامه ریزی شود. به عنوان مثال، اگر ORP کمتر از محدوده هدف باشد، سیستم کنترل می تواند دوز اکسیدان (مانند پراکسید هیدروژن یا هیپوکلریت سدیم) اضافه شده به فاضلاب را افزایش دهد. برعکس، اگر ORP از محدوده هدف فراتر رود، سیستم کنترل می تواند افزودن اکسیدان را کاهش یا متوقف کند.

نتیجه

کنترل شرایط واکنش در تصفیه فاضلاب سیانید برای دستیابی به تصفیه کارآمد و ایمن این فاضلاب بسیار سمی ضروری است. کنترل دقیق pH، دما، دوز اکسیدان و ORP می تواند تضمین کند که فرآیند تصفیه به طور موثر سیانید را به مواد کمتر سمی یا غیر سمی تبدیل می کند. با مدیریت دقیق این شرایط واکنش، صنایع نه تنها می توانند مقررات زیست محیطی را رعایت کنند، بلکه می توانند هزینه - اثربخشی فرآیندهای تصفیه فاضلاب سیانید خود را نیز بهینه کنند. نظارت و تنظیم منظم این پارامترها برای انطباق با تغییرات ترکیب فاضلاب و شرایط عملیاتی تصفیه خانه ضروری است.