Cianīdu saturošu notekūdeņu apdraudējumi un apstrādes procesi

Ievads

Notekūdeņi, kas satur cianīdus, rada nopietnas bažas par vidi to ļoti toksiskā rakstura dēļ. Trīs plaši pazīstamie ļoti toksiskie cianīdi , proti , nātrija cianīds (NaCN), kālija cianīds (KCN) un ciānūdeņražskābe (HCN), rada nopietnus draudus gan cilvēku veselībai, gan videi. Šo cianīdu kopīgā iezīme ir to spēja viegli disociēties un atbrīvot cianīda jonu (CN-).

Cianīdu saturoša notekūdeņu bīstamība

Toksicitātes mehānisms cilvēkiem

Cianīdu letālā toksikoloģija slēpjas faktā, ka cianīda jonam (CN-) ir spēcīga afinitāte pret dzelzs joniem. Nokļūstot cilvēka organismā, CN- viegli saistās ar dzelzs joniem, kā rezultātā samazinās dzelzi saturošo vielu skābekļa nestspēja. Tas galu galā izraisa skābekļa deficītu centrālās nervu sistēmas šūnās. Tā rezultātā saindētie cilvēki bieži mirst no elpceļu centrālās paralīzes. Saindēšanās var notikt dažādos veidos, tostarp saskaroties ar ādu, iekšķīgi, ieelpojot, injicējot un saskaroties ar gļotādu. Pat neliela cianīda iedarbība var būt dzīvībai bīstama.

Ietekmes uz vidi

Cianīdu saturošie notekūdeņi, ja tie netiek pienācīgi attīrīti un novadīti ūdenstilpēs, var postoši ietekmēt ūdens dzīvi. Ūdens organismi ir ārkārtīgi jutīgi pret cianīdu. Pat zemās koncentrācijās cianīds var traucēt zivju, bezmugurkaulnieku un citu ūdens sugu normālas fizioloģiskās funkcijas, izraisot samazinātu augšanu, reproduktīvās problēmas un galu galā nāvi. Tas savukārt var izjaukt visu ūdens ekosistēmu, ietekmējot barības ķēdes un bioloģisko daudzveidību.

Cianīdu saturošu notekūdeņu attīrīšanas procesi

Augstas koncentrācijas cianīdu saturoša notekūdeņu attīrīšana: cianīdu atgūšana

Augstas koncentrācijas cianīdu saturošiem notekūdeņiem bieži izmanto cianīdu atgūšanas metodi. Šīs pieejas mērķis ir iegūt un pārstrādāt vērtīgos cianīdus no notekūdeņiem. Viena izplatīta metode ir ekstrakcija ar šķīdinātāju. Ekstrakcijā ar šķīdinātāju izmanto piemērotu organisko šķīdinātāju, lai selektīvi ekstrahētu cianīda savienojumus no notekūdeņu ūdens fāzes. Ar cianīdu piesātināto organisko fāzi pēc tam var tālāk apstrādāt, lai atgūtu tīrus cianīdus. Šīs metodes priekšrocība ir ne tikai ietekmes uz vidi samazināšana, atdalot no notekūdeņiem cianīdu, bet arī potenciāli vērtīga ķīmiskā resursa atgūšana. Tomēr tas prasa rūpīgu šķīdinātāju izvēli un stingru darbības apstākļu kontroli, lai nodrošinātu augstas efektivitātes ekstrakciju un samazinātu šķīdinātāja zudumus.

Zema koncentrācija cianīdu saturoša notekūdeņu attīrīšana: cianīda iznīcināšana

Oksidācijas metodes

1. Ķīmiskā oksidēšana

• Princips : Ķīmiskās oksidēšanas metodes izmanto spēcīgus oksidētājus, lai cianīda jonus pārvērstu mazāk toksiskās vai netoksiskās vielās. Piemēram, uz hlora bāzes veidoti oksidētāji, piemēram, nātrija hipohlorīts (NaOCl), var reaģēt ar cianīda joniem. Reakcija vispirms pārvērš cianīdu (CN⁻) par cianātu (CNO⁻), un tālāka oksidēšana var sadalīt cianātu oglekļa dioksīdā (CO₂), slāpeklī (N₂) un citos nekaitīgos produktos. Kopējo reakciju var attēlot šādi:

• Pirmajā darbībā: (CN^ -+OCl^ -\rightarrow CNO^ -+Cl^)

• Otrajā darbībā: (2CNO^ -+3OCl^ -+H_2O\labā bultiņa 2CO_2 + N_2+3Cl^ -+2OH^ -)

• Priekšrocības : Ķīmiskā oksidēšana ir samērā vienkārši veicama un var būt efektīva, attīrot notekūdeņus ar zemu cianīda koncentrāciju. To var ieviest esošajās notekūdeņu attīrīšanas iekārtās, veicot dažas izmaiņas attīrīšanas procesā.

• Trūkumi : Liela daudzuma oksidētāju lietošana var būt dārga. Turklāt, ja reakcija netiek pienācīgi kontrolēta, tās laikā var rasties blakusprodukti, kas var būt kaitīgi videi. Piemēram, pārmērīga hlora lietošana var izraisīt dezinfekcijas blakusproduktu, piemēram, trihalometānu, veidošanos.

2. Elektrolītiskā oksidēšana

• Princips : Elektrolītiskajā oksidācijā elektriskā strāva tiek laista cauri cianīdu saturošiem notekūdeņiem elektrolītiskajā šūnā. Šūnas anods darbojas kā vieta, kur notiek oksidēšanās. Cianīda joni tiek oksidēti pie anoda virsmas. Vispārējo reakciju pie anoda var uzrakstīt kā (2CN^ -+4OH^ -\rightarrow 2CNO^ -+2H_2O + 2e^ -), un var notikt tālāka cianāta oksidēšanās, veidojot oglekļa dioksīdu un slāpekli.

• Priekšrocības : Tā ir relatīvi tīra apstrādes metode, jo bez elektrodiem netiek izmantotas papildu ķīmiskas vielas. To var automatizēt un precīzi kontrolēt.

• Trūkumi : Tomēr, kā minēts, elektrolītiskā oksidēšana ir ļoti enerģijas patērējoša. Nepieciešamība pēc nepārtrauktas elektroenerģijas padeves padara apstrādes izmaksas salīdzinoši augstas. Turklāt elektrodi laika gaitā var korodēt, kas prasa regulāru apkopi un nomaiņu.

Bioloģiskā apstrāde

1. Princips : Cianīdu saturošu notekūdeņu bioloģiskā attīrīšana balstās uz mikroorganismiem, kas var metabolizēt cianīdu kā oglekļa vai slāpekļa avotu. Dažām baktērijām un sēnītēm piemīt spēja noārdīt cianīdu, izmantojot fermentatīvas reakcijas. Piemēram, noteiktas cianīdu noārdošās baktērijas var pārvērst cianīdu amonjakā un formiātā, izmantojot virkni fermentatīvu darbību. Pēc tam amonjaku var tālāk nitrificēt citi mikroorganismi attīrīšanas sistēmā.

2. Priekšrocības : Bioloģiskā attīrīšana parasti ir videi draudzīgāka, jo tā neietver liela daudzuma ķīmisko vielu izmantošanu. Tā var būt izmaksu ziņā efektīva, lai ilgtermiņā attīrītu zemas koncentrācijas cianīdu saturošus notekūdeņus, īpaši gadījumos, kad ir izveidots piemērots mikrobu konsorcijs.

3. Trūkumi : Tomēr bioloģiskā attīrīšana ir ļoti jutīga pret notekūdeņu sastāva, temperatūras un pH izmaiņām. Pēkšņas šo parametru izmaiņas var kavēt cianīdu noārdošo mikroorganismu augšanu un aktivitāti, kā rezultātā samazinās attīrīšanas efektivitāte. Tai ir nepieciešams arī salīdzinoši ilgs attīrīšanas laiks, salīdzinot ar dažām ķīmiskām metodēm.

Cianīda reģenerācijas un reģenerācijas metode

1. Princips : Šī metode ir līdzīga augstas koncentrācijas notekūdeņu atgūšanas metodei, bet to var izmantot arī dažos zemas koncentrācijas gadījumos. Tā koncentrējas uz cianīda reģenerāciju un pārstrādi no notekūdeņiem. Viena pieeja ir jonu apmaiņas sveķu izmantošana. Notekūdeņos esošos cianīda jonus var adsorbēt uz sveķu virsmas. Pēc tam, izmantojot piemērotu eluentu, cianīdu var desorbēt no sveķiem un atgūt.

2. Priekšrocības : Pārstrādājot cianīdu, tas var samazināt kopējo cianīda patēriņu rūpnieciskajos procesos. Tas ne tikai sniedz ekonomiskus ieguvumus, bet arī samazina ietekmi uz vidi, kas saistīta ar cianīdu saturošu notekūdeņu apglabāšanu.

3. Trūkumi : Jonu apmaiņas sveķi ir rūpīgi jāizvēlas un jāuztur. Reģenerācijas procesā var būt nepieciešams izmantot papildu ķīmiskas vielas, un pastāv sveķu piesārņojuma risks, kas var samazināt cianīda atgūšanas procesa efektivitāti.

Secinājumi

Cianīdu saturoši notekūdeņi ir nopietns apdraudējums videi un veselībai. Izšķiroša nozīme ir toksicitātes mehānismu izpratnei un atbilstošu apstrādes procesu īstenošanai. Katrai attīrīšanas metodei, neatkarīgi no tā, vai tā ir paredzēta augstas vai zemas koncentrācijas notekūdeņiem, ir savas priekšrocības un trūkumi. Apstrādes metodes izvēle ir atkarīga no dažādiem faktoriem, piemēram, sākotnējās cianīda koncentrācijas, nepieciešamās attīrīšanas efektivitātes, rentabilitātes un ietekmes uz vidi. Nākotnē ir nepieciešams vairāk pētījumu un izstrādes, lai uzlabotu esošos attīrīšanas procesus un izstrādātu jaunas, efektīvākas un rentablākas metodes cianīdu saturošu notekūdeņu attīrīšanai, lai nodrošinātu tīrāku un drošāku vidi.