Het gebruik van actieve kool om vrije cyanide (CN−) uit afvalwater te verwijderen

Introductie

Industrieel afvalwater bevat vaak verschillende giftige stoffen, waaronder Vrij cyanide (CN−) is bijzonder zorgwekkend vanwege de hoge toxiciteit. Zelfs in kleine doses, cyanide kan dodelijk zijn, waardoor de behandeling van afvalwater dat cyanide bevat een kritieke milieukwestie is. Er gelden strenge regels om de lozing van cyanidehoudend afvalwater te beheersen. Deze regels zijn er niet alleen op gericht om aan de standaardeisen te voldoen, maar ook om zoveel mogelijk cyanide terug te winnen uit mijnafval en fabrieksafvalwater. Actieve kool is een veelbelovend materiaal gebleken voor de verwijdering van vrije cyanide uit afvalwater. Dit artikel gaat dieper in op de toepassingen, mechanismen en beïnvloedende factoren ervan.

Bronnen van cyanide in afvalwater

Cyanide met een hoge concentratie in afvalwater is voornamelijk afkomstig van industriële processen zoals galvaniseren, goudwinning op basis van cyanide, gaswassing en koelwater in cokesovens en hoogovens, evenals van sommige chemische, minerale, synthetische rubber-, vezel- en verfindustrieën. De cyanideconcentratie in dit afvalwater kan variëren van 1 tot 180 mg/l of zelfs hoger.

Mechanismen van actieve kool bij het verwijderen van vrije cyanide

Fysische adsorptie

Actieve kool heeft een sterk ontwikkelde microporeuze structuur en een groot specifiek oppervlak, doorgaans variërend van 500 tot 3000 m²/g. Deze fysieke structuur geeft het sterke fysische adsorptiemogelijkheden. Cyanide-ionen in afvalwater kunnen door middel van vanderwaalskrachten aan het oppervlak van actieve kool worden geadsorbeerd. Het grote oppervlak biedt talrijke adsorptieplaatsen, waardoor vrije cyanide effectief kan worden afgevangen.

Chemische adsorptie en katalytische oxidatie

Naast fysische adsorptie kan actieve kool ook deelnemen aan chemische reacties. Wanneer actieve kool zuurstof en water in het afvalwater adsorbeert, kan het waterstofperoxide (H₂O₂) op het oppervlak genereren, waarbij de actieve kool zelf als katalysator fungeert. In aanwezigheid van koperzouten kan de gegenereerde H₂O₂ cyanide oxideren en afbreken. Het reactiemechanisme is als volgt:

1. Generering van H₂O₂: Zuurstof en water worden geadsorbeerd op het oppervlak van de actieve kool om H₂O₂ te vormen.

2. Oxidatie van cyanide: Cyanide wordt geoxideerd door H₂O₂ onder invloed van de katalytische werking van koperzouten. Hierdoor wordt cyanide afgebroken tot minder schadelijke stoffen.

Factoren die de verwijderingsefficiëntie van actieve kool beïnvloeden

Initiële cyanideconcentratie

Hoe hoger de initiële concentratie vrij cyanide in afvalwater, hoe groter de drijvende kracht achter adsorptie. Omdat de adsorptiecapaciteit van actieve kool echter beperkt is, kan het verwijderingsrendement niet evenredig toenemen wanneer de initiële concentratie een bepaalde waarde overschrijdt. In sommige studies is gebleken dat bij een toename van de initiële cyanideconcentratie de hoeveelheid geadsorbeerd cyanide per massa-eenheid actieve kool eerst toeneemt en vervolgens stabiliseert.

PH waarde

De pH-waarde van het afvalwater heeft een aanzienlijke invloed op de adsorptie van cyanide door actieve kool. Onder zure omstandigheden is de adsorptiecapaciteit van actieve kool voor cyanide over het algemeen relatief laag. Naarmate de pH-waarde stijgt, neemt de adsorptiecapaciteit geleidelijk toe. Wanneer de pH-waarde alkalisch is, vooral boven de 11, kan de verwijderingsgraad van cyanide in sommige gevallen binnen 95 minuten meer dan 30% bedragen. Dit komt doordat de speciatie van cyanide in de oplossing verandert met de pH, en de vorm van cyanide-ionen gunstiger is voor adsorptie op actieve kool onder alkalische omstandigheden.

Temperatuur

De adsorptie van cyanide door actieve kool is een exotherm proces. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de adsorptiecapaciteit gewoonlijk af. Bijvoorbeeld, in het geval van met koper geïmpregneerde actieve kool, wanneer gemengd met een cyanideoplossing, neemt het adsorptie-effect van cyanide af met toenemende temperatuur. Dit komt doordat een temperatuurstijging de desorptie van geadsorbeerde stoffen van het oppervlak van actieve kool bevordert.

Roertijd

Voldoende roertijd is noodzakelijk om ervoor te zorgen dat cyanide in het afvalwater voldoende contact maakt met de actieve kool. In de beginfase, naarmate de roertijd toeneemt, neemt de verwijderingssnelheid van cyanide snel toe. Na een bepaalde tijd stabiliseert de verwijderingssnelheid echter, wat aangeeft dat het adsorptieproces een evenwicht heeft bereikt.

Toepassingen van actieve kool bij de behandeling van cyanidehoudend afvalwater

In de goudmijnindustrie

Bij goudwinning, met name bij cyanidegebaseerde goudwinningsprocessen, wordt een grote hoeveelheid afvalwater geproduceerd dat cyanide bevat. Actieve kool kan worden gebruikt om vrije cyanide uit dit afvalwater te verwijderen. Naast het verwijderen van cyanide kan actieve kool ook goud-cyanidecomplexen (zoals Au(CN)₂⁻) in het afvalwater adsorberen. De geadsorbeerde goud-cyanidecomplexen kunnen verder worden verwerkt tot goud, wat zowel milieubescherming als het terugwinnen van grondstoffen oplevert.

In de galvaniseerindustrie

Galvaniseerinstallaties gebruiken vaak cyanidehoudende oplossingen tijdens het galvaniseerproces, wat resulteert in met cyanide verontreinigd afvalwater. Behandeling met actieve kool kan het cyanidegehalte in het afvalwater effectief verlagen en zo voldoen aan de lozingsnormen. Vergeleken met sommige traditionele behandelingsmethoden, zoals alkalische chlorering, heeft behandeling met actieve kool de voordelen van minder secundaire vervuiling en de mogelijkheid tot terugwinning van grondstoffen.

Vergelijking met andere behandelmethoden

Alkalische chlorering

Alkalische chlorering is een relatief volwassen methode voor het vernietigen cyaniden in afvalwater. Hierbij worden chloorhoudende stoffen zoals chloorgas, vloeibaar chloor of bleekpoeder gebruikt om cyanide te oxideren tot niet-giftige koolstofdioxide (CO₂) en stikstof (N₂). Deze methode kan echter schadelijke bijproducten produceren en vereist een strikte controle van de chloordosering en de reactieomstandigheden. Actieve koolbehandeling is daarentegen een milieuvriendelijkere optie, omdat cyanide selectief kan worden geadsorbeerd en mogelijk waardevolle metalen kunnen worden teruggewonnen.

Waterstofperoxide oxidatie

Oxidatie van waterstofperoxide kan ook worden gebruikt om de cyanideconcentratie in afvalwater te verlagen. Het kan cyanide oxideren tot een lagere toxiciteit. Waterstofperoxide is echter een duur reagens en het proces kan een continue toevoeging van reagentia vereisen, wat de zuiveringskosten verhoogt. Actieve kool daarentegen heeft relatief stabiele prestaties zodra het goed is geselecteerd en gebruikt, en regeneratie ervan kan ook worden overwogen om de kosten te verlagen.

Toekomstige ontwikkelingen

Ontwikkeling van gemodificeerde actieve kool

Om de efficiëntie van actieve kool bij het verwijderen van vrije cyanide verder te verbeteren, wordt er onderzoek gedaan naar gemodificeerde actieve kool. Zo kan het impregneren van actieve kool met verschillende metalen (zoals koper, ijzer, enz.) de katalytische oxidatie van cyanide verbeteren. Verschillende metaalbeladen actieve koolsoorten kunnen worden geoptimaliseerd op basis van de specifieke kenmerken van het afvalwater om betere zuiveringseffecten te bereiken.

Gecombineerde behandelingsprocessen

Het combineren van actievekoolbehandeling met andere behandelingsmethoden is ook een trend. Zo kan de combinatie van actievekooladsorptie met biologische behandeling eerst actievekool gebruiken om de hoge concentratie cyanide in afvalwater te verlagen tot een niveau dat geschikter is voor biologische behandeling, en vervolgens micro-organismen gebruiken om de resterende cyanidegerelateerde stoffen verder af te breken en te verwijderen. Dit gecombineerde proces kan de sterke punten van verschillende behandelingsmethoden benutten en efficiëntere en uitgebreidere resultaten opleveren. Afvalwaterzuivering.

Conclusie

Actieve kool heeft een groot potentieel voor de verwijdering van vrije cyanide (CN−) uit afvalwater. Door middel van fysische adsorptie en chemische reacties kan het het cyanidegehalte in afvalwater effectief verlagen, voldoen aan de milieunormen en in sommige gevallen zelfs de terugwinning van grondstoffen mogelijk maken. Hoewel er nog enkele gebieden zijn die verbetering behoeven, zoals verdere optimalisatie van de adsorptie-efficiëntie en kostenverlaging, zal actieve kool, dankzij de voortdurende ontwikkeling van onderzoek naar modificatie van actieve kool en gecombineerde zuiveringsprocessen, in de toekomst een steeds belangrijkere rol spelen in de behandeling van cyanidehoudend afvalwater.