シアン化物廃水処理における反応条件の制御

イントロダクション

シアン化物を含む廃水は、金属めっき、鋼の焼入れ、金・銀鉱石の精錬など、様々な産業プロセスから発生します。シアン化物の高い毒性のため、 シアン化物低濃度でも生物に致死的な影響を与える可能性のあるため、このような廃水の適切な処理は極めて重要です。効果的な シアン化物廃水処理 反応条件の正確な制御が重要です。この記事では、主要な反応条件と、その制御方法について詳しく説明します。 シアン化物 - 廃水を含む。

pHコントロール

異なる処理プロセスにおける重要性

1.アルカリ塩素処理

• アルカリ塩素処理はシアン廃水処理の一般的な方法であり、pH制御が重要な役割を果たします。処理反応は10段階で起こります。第一段階では、シアン化物は次亜塩素酸ナトリウム、または塩素ガスと水酸化ナトリウムの組み合わせによってシアン酸塩に酸化されます。この第一段階の酸化の最適pH範囲は通常11～8です。pHが低すぎて酸性になると、反応で有毒な塩化シアンが生成され、重大な危険をもたらします。例えば、pHがXNUMXを下回ると、この有害な副産物が形成される可能性があります。一方、pHが高すぎると、反応速度が大幅に低下します。高いpH値は反応物の溶解度と反応性に影響を与え、酸化プロセスの効率を低下させる可能性があります。

2.過酸化水素法

• 過酸化水素を用いたシアン廃水処理において、最適なpH範囲は通常9～11です。この方法では、過酸化水素は触媒（鉄塩など）の存在下で分解し、シアン化物を酸化する反応性の高いヒドロキシルラジカルを生成します。この範囲内のpHは、過酸化水素の分解とこれらの必須ラジカルの生成を促進します。pHがこの範囲外の場合、過酸化水素の分解が阻害され、全体的な酸化効率が低下します。

3.生分解プロセス

• シアン化物含有廃水の生物分解では、微生物がシアン化物を無害な物質に分解するため、pHを6.5～8.5に維持する必要があります。微生物には代謝活動に最適なpH範囲があります。pHが酸性またはアルカリ性に傾きすぎると、微生物のシアン化物分解代謝経路に関与する酵素が変性する可能性があります。例えば、pHが6.5を下回ると、多くのシアン化物分解細菌の増殖速度とシアン化物分解能力が低下します。

pH調整方法

pHを制御するために、適切な酸性物質またはアルカリ性物質を廃水に添加します。一般的に使用される酸には硫酸や塩酸、アルカリには水酸化ナトリウムや水酸化カルシウムなどがあります。添加する酸またはアルカリの量は、廃水の初期pHと特定の処理プロセスの目標pHに基づいて算出されます。pHセンサーを用いて正確なpH測定を行い、自動投与システムを用いて必要な薬剤を正確に添加することができます。

温度制御

反応率への影響

1.アルカリ塩素処理と過酸化水素処理

• 一般的に、アルカリ塩素処理と過酸化水素処理の両方において、温度の上昇は反応速度を加速させます。しかし、温度は注意深く制御する必要があります。アルカリ塩素処理では、最適温度範囲は約20～30℃です。温度が低すぎると反応速度が遅くなり、シアン化物の酸化が不完全になります。例えば、15℃未満の温度では、シアン化物と次亜塩素酸ナトリウムの反応は完了するまでにかなり長い時間がかかります。一方、アルカリ塩素処理の場合、温度が高すぎると、溶液から塩素ガスが逃げ出し、酸化剤の効果が低下する可能性があります。過酸化水素法では、35℃を超える温度では過酸化水素が急速に分解し、シアン化物の酸化に必要なヒドロキシルラジカルの代わりに酸素ガスが生成される可能性があります。

2.生分解プロセス

• シアン含有廃水の生物分解において、ほとんどのシアン分解微生物にとって最適な温度範囲は20～35℃です。この範囲外の温度は、微生物の活性に重大な影響を及ぼす可能性があります。低温（20℃未満）では、微生物の代謝速度が低下し、シアンを効率的に分解できない可能性があります。高温（35℃以上）では、微生物の細胞膜と酵素が損傷し、細胞死を引き起こし、シアン分解能力を失わせる可能性があります。

温度調節技術

適切な温度を維持するために、廃水処理リアクターに加熱システムまたは冷却システムを設置することができます。加熱には、蒸気加熱システムまたは電気ヒーターを使用できます。冷却には、水冷式熱交換器または空冷式コンデンサーを使用できます。温度は温度センサーによって継続的に監視され、加熱システムまたは冷却システムはそれに応じて調整され、処理プロセスに最適な温度範囲を維持します。

酸化剤投与量制御

適切な量​​を決定する

1.アルカリ塩素処理

• アルカリ塩素処理では、必要な酸化剤（次亜塩素酸ナトリウムまたは塩素ガス）の量は、シアン化物との反応化学量論に基づいて計算されます。実際には、理論量よりも10～20%多い量の酸化剤が通常添加されます。これは、廃水中に酸化剤を消費する他の物質が含まれている可能性があるため、シアン化物を完全に酸化するためです。酸化剤の投与量が少なすぎると、シアン化物が完全に酸化されず、処理後の廃水に依然として高濃度の有毒なシアン化物が含まれる可能性があります。一方、投与量が多すぎると、処理コストが増加するだけでなく、過剰な塩素が廃水中の他の有機物と反応して有害な消毒副生成物などの望ましくない副生成物が形成される可能性があります。

2.過酸化水素法

• 過酸化水素処理法では、最適な過酸化水素の添加量は実験室試験によって決定されます。添加量は、廃水中の初期のシアン化物濃度、その他の妨害物質の存在、使用する触媒の種類などの要因によって異なります。アルカリ性塩素処理と同様に、過酸化水素の量が不足するとシアン化物の酸化が不完全になります。一方、過酸化水素の量が多すぎると、生成されたヒドロキシルラジカルの分解が促進され、全体的な処理効率が低下し、コストが増加する可能性があります。

投与量制御装置

酸化剤の投与量を正確に制御するために、定量ポンプが一般的に使用されています。これらのポンプは、必要な量の酸化剤溶液を正確に廃水処理リアクターに送り込むことができます。定量ポンプには自動制御システムを統合することができ、廃水中のシアン化物濃度や酸化反応の進行状況（後述するORP測定など）をリアルタイムで監視し、投与量を調整します。

酸化還元電位（ORP）制御

反応の進行を監視する役割

1.アルカリ塩素処理

• アルカリ塩素化プロセスでは、酸化反応の進行状況を追跡するために ORP モニタリングが重要です。シアン化物からシアン酸塩への酸化、さらにシアン酸塩から無害な物質への酸化が起こると、廃水の ORP 値が変化します。シアン化物からシアン酸塩への第 300 段階の酸化中、ORP は通常上昇します。この段階の目標 ORP 範囲は約 500 - 600 mV です (特定の反応条件によって異なります)。ORP がこの範囲に達すると、第 700 段階の酸化がほぼ完了したことを示します。シアン酸塩から無害な物質への第 XNUMX 段階の酸化では、ORP がさらに上昇し、目標範囲は通常約 XNUMX - XNUMX mV です。ORP をモニタリングすることにより、オペレーターは酸化剤の添加を停止するタイミングを決定し、廃水を過剰に酸化したり酸化剤を無駄にしたりすることなく、反応が完了したことを確認できます。

2.過酸化水素法

• 過酸化水素を用いた処理において、ORPは反応の進行状況を示す重要な指標となります。シアン含有廃水のORPは初期段階では比較的低い値です。過酸化水素を添加し、酸化反応が進行するにつれて、ORPは上昇します。シアン含有廃水の過酸化水素処理における目標ORP範囲は、一般的に400～500mV程度です。ORPがこの値に達すると、シアンが効果的に酸化され、無毒な状態になったことを示します。

ORP監視および制御システム

ORPセンサーは、処理リアクター内の廃水のORP値を連続的に監視するために使用されます。これらのセンサーは、酸化剤の添加量を調整するようにプログラム可能な制御システムに接続されています。例えば、ORPが目標範囲を下回っている場合、制御システムは廃水に添加する酸化剤（過酸化水素や次亜塩素酸ナトリウムなど）の添加量を増やすことができます。逆に、ORPが目標範囲を超えた場合、制御システムは酸化剤の添加量を減らすか、または停止することができます。

結論

シアン化物廃水処理における反応条件の制御は、この高毒性廃水を効率的かつ安全に処理するために不可欠です。pH、温度、酸化剤投与量、およびORPを正確に制御することで、処理プロセスにおいてシアン化物を効果的に低毒性または無毒性の物質に変換することができます。これらの反応条件を慎重に管理することで、産業界は環境規制を遵守できるだけでなく、シアン化物廃水処理プロセスの費用対効果を最適化することができます。廃水の組成や処理プラントの運転条件の変化に対応するためには、これらのパラメータを定期的に監視し、調整することが重要です。