シアン化物含有廃水の危険性と処理方法

イントロダクション

シアン化物を含む廃水は、その毒性の高さから、環境面で大きな懸念事項となっています。一般的に知られている3つの非常に有毒な廃水は、 シアン化物、すなわち、 シアン化ナトリウム (NaCN)、カリウム シアン化物 （KCN）、シアン化水素（HCN）は、人間の健康と環境の両方に深刻な脅威をもたらします。これらの共通点は、 シアン化物 容易に解離してシアン化物イオン (CN-) を放出する能力です。

シアン化物を含む廃水の危険性

ヒトに対する毒性メカニズム

シアン化物の致死毒性は、シアン化物イオン (CN-) が鉄イオンと強い親和性を持つという事実にあります。人体に入ると、CN- は鉄イオンと容易に結合し、鉄含有物質の酸素運搬能力の低下につながります。これは最終的に中枢神経系細胞の酸素欠乏につながります。その結果、中毒者は呼吸中枢麻痺で死亡することがよくあります。中毒は、皮膚接触、経口摂取、吸入、注射、粘膜接触など、さまざまな経路で発生する可能性があります。少量のシアン化物への曝露でも、生命を脅かす可能性があります。

環境影響

シアン化物を含む廃水は、適切に処理されずに水域に排出されると、水生生物に壊滅的な影響を与える可能性があります。水生生物はシアン化物に対して非常に敏感です。低濃度であっても、シアン化物は魚、無脊椎動物、その他の水生生物の正常な生理機能を阻害し、成長の低下、生殖障害、そして最終的には死につながる可能性があります。これは、今度は水生生態系全体を混乱させ、食物連鎖と生物多様性に影響を与える可能性があります。

シアン含有廃水の処理プロセス

高濃度シアン含有廃水処理：シアン化合物の回収

高濃度のシアン化物を含む廃水の場合、シアン化物を回収する方法がよく採用されます。このアプローチは、廃水から貴重なシアン化物を抽出してリサイクルすることを目的としています。一般的な技術の 1 つは溶媒抽出です。溶媒抽出では、適切な有機溶媒を使用して、水性廃水相からシアン化物化合物を選択的に抽出します。その後、シアン化物を含む有機相をさらに処理して純粋なシアン化物を回収できます。この方法の利点は、廃水からシアン化物を除去することで環境への影響を軽減できるだけでなく、潜在的に貴重な化学資源を回収できることです。ただし、高効率抽出を確保し、溶媒の損失を最小限に抑えるには、溶媒を慎重に選択し、操作条件を厳密に制御する必要があります。

低濃度シアン含有廃水処理：シアンの破壊

酸化法

1.化学酸化

• 原則: 化学酸化法では、強力な酸化剤を使用してシアン化物イオンを毒性の低い物質または無毒の物質に変換します。たとえば、次亜塩素酸ナトリウム (NaOCl) などの塩素系酸化剤は、シアン化物イオンと反応します。この反応では、まずシアン化物 (CN-) がシアン酸塩 (CNO-) に変換され、さらに酸化するとシアン酸塩が二酸化炭素 (CO2)、窒素 (N2)、その他の無害な生成物に分解されます。全体の反応は次のように表すことができます。

• 最初のステップ: (CN^ -+OCl^ -\rightarrow CNO^ -+Cl^)

• 2番目のステップ: (3CNO^ -+2OCl^ -+H_2O\rightarrow 2CO_2 + N_3+2Cl^ -+XNUMXOH^ -)

• 優位性化学酸化は操作が比較的簡単で、低濃度のシアン化物を含む廃水の処理に効果的です。処理プロセスにいくつかの変更を加えることで、既存の廃水処理施設で実行できます。

• デメリット: 大量の酸化剤を使用するとコストがかかる可能性があります。さらに、適切に制御しないと、反応によって環境に有害な副産物が生成される場合があります。たとえば、塩素を過剰に使用すると、トリハロメタンなどの消毒副産物が形成される可能性があります。

2.電解酸化

• 原則: 電解酸化では、電流が電解セル内のシアン化物を含む廃水に流されます。セルの陽極は酸化が起こる場所として機能します。シアン化物イオンは陽極表面で酸化されます。陽極での一般的な反応は (2CN^ -+4OH^ -\rightarrow 2CNO^ -+2H_2O + 2e^ -) と表され、シアン酸塩のさらなる酸化が起こり、二酸化炭素と窒素が生成されます。

• 優位性: 電極以外に余分な化学物質を導入しないため、比較的クリーンな処理方法であり、自動化と精密な制御が可能です。

• デメリットただし、前述のように、電解酸化は大量のエネルギーを消費します。継続的な電力供給が必要なため、処理コストが比較的高くなります。さらに、電極は時間の経過とともに腐食する可能性があるため、定期的なメンテナンスと交換が必要です。

生物学的処理

1. 原則: シアン化物を含む廃水の生物学的処理は、シアン化物を炭素源または窒素源として代謝できる微生物に依存します。一部の細菌や菌類は、酵素反応によってシアン化物を分解する能力を持っています。たとえば、特定のシアン化物分解細菌は、一連の酵素反応によってシアン化物をアンモニアとギ酸に変換できます。その後、処理システム内の他の微生物によってアンモニアがさらに硝化されます。

2. 優位性: 生物学的処理は、大量の化学物質を使用しないため、一般的に環境に優しい方法です。特に適切な微生物コンソーシアムが確立されている場合、低濃度のシアン化物を含む廃水を長期的に処理するのに費用対効果に優れています。

3. デメリットただし、生物学的処理は、廃水の組成、温度、pH の変化に非常に敏感です。これらのパラメータが突然変化すると、シアン化物を分解する微生物の増殖と活動が阻害され、処理効率が低下する可能性があります。また、一部の化学的方法と比較して、処理時間が比較的長くなります。

シアン化物の再生回収法

1. 原則この方法は、高濃度廃水の回収方法に似ていますが、低濃度の場合にも適用できます。廃水からのシアン化物の再生とリサイクルに重点を置いています。1つの方法は、イオン交換樹脂を使用することです。廃水中のシアン化物イオンは樹脂表面に吸着されます。次に、適切な溶離液を使用して、シアン化物を樹脂から脱着して回収できます。

2. 優位性: シアン化物をリサイクルすることで、工業プロセスにおけるシアン化物の総消費量を削減できます。これは経済的利益をもたらすだけでなく、シアン化物を含む廃水の処分に伴う環境への影響も軽減します。

3. デメリット: イオン交換樹脂は慎重に選択し、保守する必要があります。再生プロセスでは追加の化学物質の使用が必要になる場合があり、樹脂が汚れるリスクがあり、シアン化物回収プロセスの効率が低下する可能性があります。

結論

シアン化物を含む廃水は、環境および健康に深刻な害を及ぼします。毒性のメカニズムを理解し、適切な処理プロセスを実行することが重要です。高濃度廃水でも低濃度廃水でも、それぞれの処理方法には独自の長所と短所があります。処理方法の選択は、初期のシアン化物濃度、必要な処理効率、費用対効果、環境への影響など、さまざまな要因によって異なります。今後は、よりクリーンで安全な環境を確保するために、既存の処理プロセスを改善し、シアン化物を含む廃水を処理するためのより効率的で費用対効果の高い新しい方法を開発するためのさらなる研究開発が必要です。