Cianīda atsārņu detoksikācijas metodes un procesi

Ievads

Cianīda atlikumi ir cietie atkritumi, kas rodas zelta raktuvju un citu raktuvju bagātināšanas procesā. Atlikušo cianīdu un citu smago metālu klātbūtnes dēļ, ja tie netiek pienācīgi apstrādāti, tie nodarīs lielu kaitējumu videi un cilvēku veselībai. Cianīdu augstā toksicitāte var izplatīties pa gaisu, ūdeni un augsni, piesārņojot apkārtējo ekosistēmu un apdraudot dzīvnieku un augu izdzīvošanu. Tāpēc ir steidzami jādetoksicē cianīda atlikumi . Šajā rakstā tiks detalizēti iepazīstināts ar cianīda atlikumu detoksikācijas metodēm un procesiem.

Cianīda sārņu raksturojums un bīstamība

Cianīda sārņu sastāvs ir sarežģīts. Papildus nereaģējušajiem cianīdiem tas satur arī smagos metālus, piemēram, varu, svinu, cinku un dzīvsudrabu. Šos smagos metālus ir grūti noārdīties dabiskajā vidē, un tie uzkrājas ilgu laiku. Cianīdi var kavēt elpošanas enzīmu aktivitāti bioloģiskajās šūnās, izraisot organismu nosmakšanu un nāvi. Piemēram, ja notekūdeņi, kas satur cianīda atliekas, tiek novadīti upēs, tas izraisīs lielu ūdens organismu, piemēram, zivju, nāvi, iznīcinot ūdens ekoloģisko līdzsvaru. Smagie metāli, nonākot cilvēka organismā, uzkrājas cilvēka orgānos un izraisīs dažādas slimības. Piemēram, saindēšanās ar svinu ietekmē nervu sistēmas attīstību, bet saindēšanās ar dzīvsudrabu bojā nieres un smadzenes.

Detoksikācijas metodes

Ķīmiskās oksidācijas metode

1. Sārmainā hlorēšanas metode : šī ir plaši izmantota ķīmiskās oksidācijas detoksikācijas metode. Sārmainos apstākļos (parasti pH vērtība tiek kontrolēta 10–11 robežās) cianīda atlikumiem pievieno oksidētājus, piemēram, hlora gāzi vai hipohlorītus. Tās reakcijas princips ir šāds: vispirms cianīda joni (CN⁻) tiek oksidēti par cianāta joniem (CNO⁻), un reakcijas vienādojums ir CN⁻ + ClO⁻ + H₂O → CNO⁻ + Cl⁻ + 2H⁺. Pēc tam cianāts tālākas oksidācijas rezultātā sadalās nekaitīgās vielās, piemēram, slāpeklī un oglekļa dioksīdā, 2CNO⁻ + 3ClO⁻ + H₂O → N₂↑ + 3Cl⁻ + 2HCO₃⁻. Šīs metodes priekšrocība ir relatīvi ātrā reakcijas ātrums un acīmredzamais detoksikācijas efekts, taču trūkums ir tāds, ka var rasties daži sekundāri piesārņotāji, piemēram, hloru saturošas izplūdes gāzes.

2. Ūdeņraža peroksīda oksidēšanas metode : Ūdeņraža peroksīds (H₂O₂) piemērota katalizatora klātbūtnē var oksidēt un sadalīt cianīdus. Parasti tiek izvēlēti tādi katalizatori kā dzelzs joni (Fe²⁺). Reakcijas procesā ūdeņraža peroksīds sadalās, veidojot hidroksilradikāļus (·OH), kuriem piemīt ārkārtīgi spēcīgas oksidējošas īpašības un kas var ātri oksidēt cianīdus. Reakcijas vienādojums ir CN⁻ + H₂O₂ → CNO⁻ + H₂O. Ūdeņraža peroksīda oksidēšanas metodes priekšrocība ir tā, ka pēc ūdeņraža peroksīda sadalīšanās produkti ir ūdens un skābeklis, un netiek ieviesti jauni piesārņotāji, taču izmaksas ir salīdzinoši augstas, un prasības reakcijas apstākļiem ir samērā stingras.

Bioloģiskās oksidācijas metode

1. Mikrobu izskalošanas metode : tiek izmantoti daži īpaši mikroorganismi, piemēram, Thiobacillus ferrooxidans. Šie mikroorganismi augšanas procesā var izmantot cianīdus kā slāpekļa un oglekļa avotus, tos oksidējot un noārdot. Mikroorganismi, veicot vielmaiņas aktivitātes, pārvērš cianīdus nekaitīgās vielās, piemēram, oglekļa dioksīdā, ūdenī un amonjakā. Šīs metodes priekšrocība ir tā, ka tā ir videi draudzīga un tai ir zems enerģijas patēriņš, bet trūkums ir tas, ka mikroorganismu augšanu lielā mērā ietekmē tādi vides faktori kā temperatūra un pH vērtība, un apstrādes cikls ir relatīvi ilgs.

2. Bioplēves metode : Mikroorganismi tiek fiksēti uz nesēja virsmas, veidojot bioplēvi. Kad cianīda atliekas nonāk saskarē ar bioplēvi, mikroorganismi noārda cianīdus. Bioplēvei piemīt spēcīgas adsorbcijas un noārdīšanās spējas, kas var uzlabot mikroorganismu apstrādes efektivitāti uz cianīdiem. Salīdzinot ar mikrobiālās izskalošanas metodi, bioplēves metodes mikroorganismus nav viegli pazaudēt un tiem ir augstāka stabilitāte, taču tie saskaras arī ar jutīguma pret vides apstākļiem problēmu.

Citas metodes

1. Augstas temperatūras pirolīzes metode : cianīda atlikumi tiek pirolizēti augstā temperatūrā (parasti virs 800 ℃), un cianīdi tiek sadalīti gāzēs, piemēram, slāpeklī un oglekļa monoksīdā. Augstas temperatūras pirolīzes metode var efektīvi atdalīt cianīdus, taču tai nepieciešams liels enerģijas patēriņš, un smagie metāli var iztvaikot augstā temperatūrā, apgrūtinot sekojošo atlikumu gāzes apstrādi.

2. Adsorbcijas metode : Cianīdu adsorbcijai izmanto tādus adsorbentus kā aktivētā ogle un ceolīts. Adsorbentiem ir liela īpatnējā virsma, un tie var adsorbēt cianīdus uz to virsmām, tādējādi sasniedzot detoksikācijas mērķi. Adsorbcijas metode ir vienkārši lietojama, taču adsorbenta adsorbcijas spēja ir ierobežota, un adsorbents regulāri jāmaina. Turklāt adsorbētā adsorbenta apstrāde ir samērā sarežģīta.

Detoksikācijas process

Iepriekšēja apstrāde

1. Sasmalcināšana un sijāšana : Masīvie cianīda atlikumi tiek sasmalcināti, lai samazinātu to daļiņu izmēru, lai turpmākā detoksikācijas reakcija varētu noritēt pilnīgāk. Izplatītākie drupinātāji ir žokļu drupinātāji, konusa drupinātāji utt. Sasmalcinātie atlikumi pēc tam tiek sijāti, izmantojot sijāšanas iekārtas, piemēram, vibrācijas sietus, lai atsijātu dažāda izmēra daļiņas, nodrošinot materiālus ar atbilstošu daļiņu izmēru turpmākai apstrādei.

2. Izskalošana : Lai cianīdi labāk saskartos un reaģētu ar detoksikācijas reaģentu, cianīda atlikumu izskalošanai parasti izmanto ūdeni vai citus piemērotus šķīdinātājus. Izskalošanas process tiek veikts maisīšanas tvertnē, un atlikumi un šķīdinātājs tiek pilnībā sajaukti, maisot. Tādi faktori kā izskalošanas laiks, temperatūra un šķidruma un cietvielu attiecība ietekmēs izskalošanas efektu, un tie parasti ir jāoptimizē atbilstoši faktiskajiem apstākļiem.

Detoksikācijas operācija

1. Ķīmiskās oksidācijas metodes darbības process : Piemēram, izmantojot sārmainās hlorēšanas metodi, pēc izskalošanas atlikumu šķīdumā vispirms pievieno nātrija hidroksīdu, lai noregulētu šķīduma pH vērtību līdz 10–11. Pēc tam lēnām ievada hlora gāzi vai pievieno nātrija hipohlorīta šķīdumu, vienlaikus maisot, lai reakcija noritētu pilnībā. Reakcijas procesa laikā cianīda koncentrācija šķīdumā ir jāuzrauga reāllaikā. Kad cianīda koncentrācija samazinās zem noteiktā standarta, oksidētāja pievienošana tiek pārtraukta.

2. Bioloģiskās oksidācijas metodes darbības process : Ja tiek izmantota mikrobiālā izskalošanas metode, labi kultivētas Thiobacillus ferrooxidans un citi mikroorganismi tiek inokulēti izskalošanas šķīdumā, kas satur cianīda atlikumus. Reakcijas sistēmas temperatūra tiek kontrolēta piemērotā mikroorganismu augšanas diapazonā (parasti 25–35 ℃), un pH vērtība tiek noregulēta atbilstošā diapazonā (parasti 2–4). Reakcijas procesa laikā barības vielas ir regulāri jāpapildina, lai apmierinātu mikroorganismu augšanas vajadzības. Detoksikācijas reakcijas progresu novērtē, kontrolējot cianīda koncentrāciju un mikroorganismu augšanu.

Turpmākā ārstēšana

1. Cietvielu un šķidruma atdalīšana : Pēc detoksikācijas reakcijas pabeigšanas apstrādātie atlikumi ir jāpakļauj cietvielu un šķidruma atdalīšanai. Izplatītākās cietvielu un šķidruma atdalīšanas metodes ietver filtrēšanu un centrifugēšanu. Izmantojot filtrācijas iekārtas, piemēram, plākšņu un rāmju filtrpreses, cietie atlikumi tiek atdalīti no šķidruma. Atdalītais šķidrums ir jāpārbauda uz cianīda un smago metālu saturu, lai pārliecinātos, ka to var novadīt pēc tam, kad tas atbilst novadīšanas standartiem.

2. Atkritumu utilizācija : Pēc detoksikācijas un cietvielu un šķidro vielu atdalīšanas, ja smago metālu saturs atkritumos joprojām ir augsts, ir nepieciešama turpmāka apstrāde. Piemēram, tiek izmantota sacietēšanas un stabilizācijas tehnoloģija, un atkritumos sajauc ar cietinātājiem, piemēram, cementu un kaļķi, lai fiksētu smagos metālus sacietējušajā ķermenī un samazinātu to mobilitāti vidē. Apstrādātos atkritumus var apglabāt poligonā vai pilnībā izmantot atkarībā no faktiskajiem apstākļiem, piemēram, būvmateriālu ražošanā.

Secinājumi

Cianīda atsārņu detoksikācijas apstrādei ir liela nozīme vides aizsardzībā un resursu ilgtspējīgā izmantošanā. Dažādām detoksikācijas metodēm ir savas priekšrocības un trūkumi. Praktiski piemērotās detoksikācijas metodes un procesi ir rūpīgi jāizvēlas atbilstoši tādiem faktoriem kā cianīda atsārņu īpašības, apstrādes izmaksas un vides prasības. Tajā pašā laikā, nepārtraukti attīstoties zinātnei un tehnoloģijām, pastāvīgi parādās jaunas detoksikācijas tehnoloģijas un procesi. Nākotnē paredzēts izstrādāt efektīvākas, videi draudzīgākas un ekonomiskākas cianīda atsārņu detoksikācijas metodes, nodrošinot labākus risinājumus cianīda atsārņu radītajām vides problēmām.