Controlando as condicións de reacción no tratamento de augas residuais con cianuro

introdución

As augas residuais que conteñen cianuro xéranse a partir de diversos procesos industriais, como o revestimento de metal, o endurecemento de aceiro e o refino de minerais de ouro e prata. Debido á alta toxicidade de cianuro, que pode ser letal para os organismos vivos mesmo a baixas concentracións, o tratamento axeitado destas augas residuais é de suma importancia. Un dos aspectos críticos da eficacia tratamento de augas residuais con cianuro é o control preciso das condicións de reacción. Este artigo afondará nas principais condicións de reacción e como controlalas durante o tratamento cianuro - que conteñen augas residuais.

Control de pH

Importancia nos diferentes procesos de tratamento

1.Proceso de cloración alcalina

• A cloración alcalina é un método común para o tratamento de augas residuais con cianuro, e o control do pH xoga un papel crucial. A reacción ao tratamento ocorre en dous pasos. Na primeira etapa, o cianuro é oxidado a cianato por hipoclorito de sodio ou unha combinación de gas cloro e hidróxido de sodio. O intervalo de pH óptimo para esta primeira fase de oxidación adoita estar entre 10 e 11. Se o pH é demasiado baixo, converténdose en ácido, a reacción pode producir cloruro de cianóxeno tóxico, o que supón un perigo importante. Por exemplo, cando o pH cae por debaixo de 8, pódese formar este subproduto nocivo. Por outra banda, se o pH é demasiado alto, a velocidade de reacción diminuirá significativamente. Valores altos de pH poden afectar á solubilidade e reactividade dos reactivos, facendo que o proceso de oxidación sexa menos eficiente.

2.Método de peróxido de hidróxeno

• No tratamento de augas residuais con cianuro a base de peróxido de hidróxeno, o intervalo de pH óptimo adoita estar entre 9 e 11. Neste método, o peróxido de hidróxeno descompónse en presenza dun catalizador (como sales de ferro) para xerar radicais hidroxilo altamente reactivos que oxidan o cianuro. O pH dentro deste intervalo favorece a descomposición do peróxido de hidróxeno e a formación destes radicais esenciais. Se o pH está fóra deste intervalo, a descomposición do peróxido de hidróxeno será inhibida, reducindo a eficiencia de oxidación global.

3.Proceso de biodegradación

• Para a biodegradación de augas residuais que conteñen cianuro, onde os microorganismos descompoñen o cianuro en substancias inofensivas, o pH debe manterse entre 6.5 e 8.5. Os microorganismos teñen un intervalo de pH óptimo para as súas actividades metabólicas. Se o pH é demasiado ácido ou demasiado alcalino, pode desnaturalizar os encimas implicados no cianuro, degradando as vías metabólicas dos microorganismos. Por exemplo, se o pH cae por debaixo de 6.5. moitas bacterias que degradan o cianuro experimentarán unha diminución da súa taxa de crecemento e da súa capacidade de degradación do cianuro.

Métodos de axuste do pH

Para controlar o pH, engádense substancias ácidas ou alcalinas adecuadas ás augas residuais. Os ácidos comúns utilizados inclúen o ácido sulfúrico e o ácido clorhídrico, mentres que os álcalis comúns son o hidróxido de sodio e o hidróxido de calcio. A cantidade de ácido ou álcali a engadir calcúlase en función do pH inicial das augas residuais e do pH obxectivo para o proceso de tratamento específico. A medición precisa do pH realízase mediante sensores de pH e pódense utilizar sistemas de dosificación automatizados para engadir os produtos químicos necesarios con precisión.

Control de temperatura

Impacto nas taxas de reacción

1.Métodos de cloración alcalina e peróxido de hidróxeno

• Xeralmente, un aumento da temperatura pode acelerar as velocidades de reacción tanto na cloración alcalina como no tratamento a base de peróxido de hidróxeno. Non obstante, a temperatura debe ser coidadosamente controlada. Na cloración alcalina, o intervalo de temperatura óptimo é de 20 a 30 °C. Se a temperatura é demasiado baixa, a velocidade de reacción será lenta, producindo unha oxidación incompleta do cianuro. Por exemplo, a temperaturas inferiores a 15 °C, a reacción entre o cianuro e o hipoclorito de sodio tardará moito máis en chegar a completarse. Por outra banda, se a temperatura é demasiado alta, no caso da cloración alcalina, o gas cloro pode escapar da solución, reducindo a eficacia do axente oxidante. No método de peróxido de hidróxeno, as temperaturas superiores a 35 °C poden provocar a rápida descomposición do peróxido de hidróxeno, o que leva á formación de gas osíxeno en lugar dos radicais hidroxilo desexados para a oxidación do cianuro.

2.Proceso de biodegradación

• Na biodegradación de augas residuais que conteñen cianuro, o intervalo de temperatura óptimo para a maioría dos microorganismos que degradan o cianuro é de 20 a 35 °C. As temperaturas fóra deste intervalo poden ter un impacto significativo na actividade dos microorganismos. A baixas temperaturas (por debaixo dos 20 °C), a taxa metabólica dos microorganismos diminúe e é posible que non sexan capaces de descompoñer eficientemente o cianuro. As altas temperaturas (superiores a 35 °C) poden danar as membranas celulares e os encimas dos microorganismos, provocando a morte celular e a perda da súa capacidade de degradación do cianuro.

Técnicas de regulación da temperatura

Para manter a temperatura adecuada, pódense instalar sistemas de calefacción ou refrixeración nos reactores de tratamento de augas residuais. Para a calefacción pódense utilizar sistemas de calefacción a base de vapor ou quentadores eléctricos. En refrixeración pódense empregar intercambiadores de calor arrefriados por auga ou condensadores arrefriados por aire. A temperatura monitorízase continuamente mediante sensores de temperatura e os sistemas de calefacción ou refrixeración axústanse en consecuencia para manter a temperatura dentro do rango óptimo para o proceso de tratamento.

Control de dosificación de oxidantes

Determinación da cantidade correcta

1.Cloración alcalina

• Na cloración alcalina calcúlase a cantidade de oxidante (hipoclorito de sodio ou gas cloro) necesario en función da estequiometría da reacción con cianuro. Na práctica, adoita engadirse un exceso de oxidante, normalmente un 10 - 20% máis que a cantidade teórica. Isto é para garantir a oxidación completa do cianuro, xa que pode haber outras substancias nas augas residuais que poden consumir o oxidante. Se a dosificación de oxidante é demasiado baixa, o cianuro non se oxidará completamente e as augas residuais tratadas aínda poden conter altos niveis de cianuro tóxico. Por outra banda, se a dosificación é demasiado alta, non só aumenta o custo do tratamento, senón que tamén pode provocar a formación de subprodutos non desexados, como subprodutos de desinfección nocivos cando o exceso de cloro reacciona con outras materias orgánicas nas augas residuais.

2.Método de peróxido de hidróxeno

• No método de tratamento de peróxido de hidróxeno, a dosificación óptima de peróxido de hidróxeno determínase mediante probas de laboratorio. A dosificación depende de factores como a concentración inicial de cianuro nas augas residuais, a presenza doutras substancias interferentes e o tipo de catalizador empregado. Do mesmo xeito que a cloración alcalina, unha cantidade insuficiente de peróxido de hidróxeno provocará unha oxidación incompleta do cianuro. Non obstante, unha cantidade excesiva de peróxido de hidróxeno pode provocar a descomposición dos radicais hidroxilo xerados, reducindo a eficiencia global do tratamento e aumentando o custo.

Equipos de control de dosificación

Para controlar con precisión a dosificación do oxidante, úsanse habitualmente bombas dosificadoras. Estas bombas poden entregar con precisión o volume necesario da solución oxidante ao reactor de tratamento de augas residuais. Pódense integrar sistemas de control automatizado coas bombas dosificadoras, que axustan a dosificación en función do seguimento en tempo real da concentración de cianuro nas augas residuais ou do progreso da reacción de oxidación (como a través da medición de ORP, que se comentará máis adiante).

Control de Oxidación - Potencial de Redución (ORP).

Papel no seguimento do progreso da reacción

1.Cloración alcalina

• No proceso de cloración alcalina, a vixilancia do ORP é crucial para seguir o progreso das reaccións de oxidación. A medida que se produce a oxidación do cianuro a cianato e, a continuación, a posterior oxidación do cianato a substancias inofensivas, o valor ORP das augas residuais cambia. Durante a primeira fase de oxidación do cianuro a cianato, o ORP normalmente aumenta. O intervalo de ORP obxectivo para esta etapa é de aproximadamente 300 - 500 mV (dependendo das condicións de reacción específicas). Cando o ORP alcanza este intervalo, indica que a oxidación da primeira etapa está preto de completarse. Na segunda fase de oxidación do cianato a substancias inofensivas, o ORP aumenta aínda máis e o rango obxectivo adoita ser de 600 a 700 mV. Ao supervisar o ORP, os operadores poden determinar cando deixar de engadir o oxidante, asegurándose de que a reacción se complete sen oxidar en exceso as augas residuais ou desperdiciar o oxidante.

2.Método de peróxido de hidróxeno

• No tratamento a base de peróxido de hidróxeno, o ORP tamén serve como un indicador importante do progreso da reacción. O ORP inicial das augas residuais que contén cianuro é relativamente baixo. A medida que se engade peróxido de hidróxeno e a reacción de oxidación avanza, o ORP aumenta. O rango de ORP obxectivo para o tratamento con peróxido de hidróxeno das augas residuais de cianuro é xeralmente ao redor de 400 - 500 mV. Cando o ORP alcanza este valor, suxire que o cianuro foi oxidado efectivamente a unha forma non tóxica.

Sistemas de Monitorización e Control ORP

Os sensores ORP utilízanse para controlar continuamente o valor ORP das augas residuais no reactor de tratamento. Estes sensores están conectados a un sistema de control que se pode programar para axustar a adición do oxidante. Por exemplo, se o ORP está por debaixo do rango obxectivo, o sistema de control pode aumentar a dosificación do oxidante (como peróxido de hidróxeno ou hipoclorito de sodio) que se engade ás augas residuais. Pola contra, se o ORP supera o rango obxectivo, o sistema de control pode reducir ou deter a adición de oxidante.

Conclusión

Controlar as condicións de reacción no tratamento de augas residuais con cianuro é esencial para conseguir un tratamento eficiente e seguro destas augas residuais altamente tóxicas. O control preciso do pH, a temperatura, a dosificación de oxidantes e o ORP pode garantir que o proceso de tratamento converta eficazmente o cianuro en substancias menos tóxicas ou non tóxicas. Ao xestionar coidadosamente estas condicións de reacción, as industrias non só poden cumprir as normativas ambientais, senón tamén optimizar a rendibilidade dos seus procesos de tratamento de augas residuais con cianuro. É necesario un seguimento e axuste periódico destes parámetros para adaptarse ás variacións da composición das augas residuais e das condicións de funcionamento da estación de tratamento.