กระบวนการฟื้นฟูกรดของโซเดียมไซยาไนด์และโลหะหนักจากน้ำเสีย

บทนำ

น้ำเสียที่มีไซยาไนด์ปนเปื้อนเกิดขึ้นจากกระบวนการทางอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การทำเหมืองทองคำ การชุบโลหะด้วยไฟฟ้า และการผลิตสารเคมี เนื่องจากไซยาไนด์ มีพิษสูง การปล่อยน้ำเสียประเภทนี้อย่างไม่เหมาะสมอาจก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรงและเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ ดังนั้น การบำบัดและการนำน้ำเสียที่มีไซยาไนด์ปนเปื้อนกลับมาใช้ใหม่จึงกลายเป็นประเด็นสำคัญ ในบรรดาวิธีการบำบัดต่างๆ การนำ โซเดียมไซยาไนด์ และโลหะหนักกลับมาใช้ใหม่โดยกระบวนการ ทำให้เป็นกรดเป็นวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและมีประสิทธิภาพ ซึ่งไม่เพียงแต่ลดความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อม แต่ยังช่วยให้สามารถนำทรัพยากรที่มีค่ากลับมาใช้ใหม่ได้อีกด้วย

หลักการของการฟื้นฟูด้วยกรด

การแปลงไซยาไนด์เป็นไฮโดรเจนไซยาไนด์ (HCN)

ในกระบวนการทำให้เป็นกรด กรดเข้มข้น เช่น กรดซัลฟิวริก จะถูกเติมลงในน้ำเสียที่มีไซยาไนด์ ภายใต้สภาวะที่เป็นกรด ไอออนไซยาไนด์อิสระในน้ำเสียจะเปลี่ยนเป็นไฮโดรเจนไซยาไนด์ (HCN) ไฮโดรเจนไซยาไนด์เป็นสารระเหย เมื่อปรับค่า pH ของน้ำเสียให้ต่ำลง โดยปกติจะต่ำกว่า 2 ปฏิกิริยาจะมีแนวโน้มเกิดขึ้นมากขึ้น ทำให้ไอออนไซยาไนด์เปลี่ยนสภาพเป็นก๊าซ HCN ได้ง่ายขึ้น

การกู้คืนโซเดียมไซยาไนด์

ก๊าซ HCN ที่เกิดขึ้นจะถูกส่งเข้าไปในหอการดูดซับด่าง ภายในหอ ก๊าซจะทำปฏิกิริยากับสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) เมื่อปฏิกิริยาดำเนินไปโซเดียมไซยาไนด์ (NaCN) จะถูกสร้างขึ้นและสะสมอยู่ในสารละลายดูดซับ เมื่อความเข้มข้นของ NaCN ในสารละลายถึงประมาณ 10% - 12% ก็สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง เช่น กระบวนการชะล้างในเหมืองแร่ทองคำ

การปลดปล่อยและการตกตะกอนของโลหะหนัก

นอกจากไซยาไนด์อิสระแล้ว น้ำเสียมักประกอบด้วยสารเชิงซ้อนของโลหะหนักและไซยาไนด์ เช่น ทองแดงและสังกะสี ในสภาวะที่เป็นกรด สารเชิงซ้อนเหล่านี้จะสลายตัว เมื่อไอออนของโลหะหนักถูกปลดปล่อยออกมา พวกมันจะก่อตัวเป็นเกลือที่ไม่ละลายน้ำและตกตะกอนภายใต้สภาวะเฉพาะ ตัวอย่างเช่น การปรับค่า pH หรือการเติมสารตกตะกอนบางชนิดสามารถทำให้ไอออนของทองแดงก่อตัวเป็นตะกอนได้

ขั้นตอนกระบวนการ

ขั้นตอนที่ 1: การบำบัดน้ำเสียเบื้องต้น

น้ำเสียที่มีไซยาไนด์เป็นด่างที่มีความเข้มข้นสูงจะผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนด้วยไอน้ำก่อนเพื่อควบคุมอุณหภูมิ โดยปกติ อุณหภูมิจะอยู่ในช่วง 20 - 25°C การควบคุมอุณหภูมินี้จะช่วยปรับอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ตามมาให้เหมาะสมที่สุดและทำให้กระบวนการมีความเสถียร ความเข้มข้นของไซยาไนด์ในน้ำเสียที่มีความเข้มข้นสูงโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 5000 - 5500 ppm และค่า pH อยู่ระหว่าง 10.5 - 12.5

ขั้นตอนที่ 2: การทำให้เป็นกรด

น้ำเสียที่ผ่านการบำบัดล่วงหน้าจะถูกป้อนเข้าสู่หอพ่นกรดด้วยอัตราการไหลที่กำหนด เช่น 2 ม.³/ชม. จากนั้นจึงเติมกรดซัลฟิวริกเข้มข้นลงไป โดยปริมาณกรดซัลฟิวริกที่เติมลงไปจะถูกปรับตามลักษณะของน้ำเสีย โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 25 - 30 กก./ม.³ เพื่อลดค่า pH ของน้ำเสียให้น้อยกว่า 2 ความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการเติมกรดซัลฟิวริกสามารถเร่งปฏิกิริยาได้ ทำให้ไอออนไซยาไนด์อิสระในน้ำเสียเปลี่ยนเป็น HCN ที่ระเหยได้ง่ายขึ้น

ขั้นตอนที่ 3: การสร้างและแยก HCN

ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดรุนแรงของหอพ่นกรด การเปลี่ยนไซยาไนด์เป็น HCN ได้รับการส่งเสริม จากนั้นก๊าซ HCN ที่เกิดขึ้นจะถูกดึงโดยพัดลมดูดแรงเหวี่ยงสุญญากาศและเข้าสู่ขั้นตอนต่อไปซึ่งก็คือหอดูดซับด่าง ในเวลาเดียวกัน เมื่อค่า pH ลดลง ไอออนของโลหะหนักบางส่วนในน้ำเสียจะเริ่มเปลี่ยนแปลง ตัวอย่างเช่น ความเข้มข้นของไอออนของทองแดงในน้ำเสียอาจลดลง และโลหะหนักบางส่วนจะเริ่มก่อตัวเป็นตะกอน

ขั้นตอนที่ 4: การดูดซึมและการกู้คืนโซเดียมไซยาไนด์

ก๊าซ HCN เข้าสู่หอการดูดซับด่างและถูกดูดซับโดยสารละลาย NaOH ความเข้มข้น 20% - 30% ของเหลวดูดซับด่างในหอจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ และในระหว่างกระบวนการนำกลับมาใช้ใหม่ จะใช้พัดลมเพื่อให้แน่ใจว่าก๊าซ HCN ถูกดูดซับซ้ำๆ เมื่อปฏิกิริยาการดูดซับดำเนินต่อไป ความเข้มข้นของ NaCN ในของเหลวดูดซับจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น เมื่อความเข้มข้นของ NaCN ถึง 10% - 12% ก็สามารถนำกลับไปใช้ในกระบวนการชะล้างได้อีกครั้ง จึงทำให้สามารถกู้คืนโซเดียมไซยาไนด์ได้

ขั้นตอนที่ 5: การตกตะกอนและการแยกโลหะหนัก

สำหรับน้ำเสียหลังจากปล่อย HCN เนื่องจากสารประกอบของโลหะหนักและไซยาไนด์บางส่วนถูกย่อยสลายภายใต้สภาวะที่เป็นกรด จึงสามารถดำเนินการบำบัดเพิ่มเติมเพื่อตกตะกอนโลหะหนักได้ ตัวอย่างเช่น การปรับค่า pH ของน้ำเสียให้อยู่ในช่วงด่างสามารถเกิดไฮดรอกไซด์ของโลหะหนักที่ตกตะกอนได้ จากนั้นจึงสามารถใช้กระบวนการแยกของแข็งและของเหลว เช่น การกรองหรือการตกตะกอน เพื่อแยกโลหะหนักที่ตกตะกอนออกจากน้ำเสีย ทำให้สามารถกำจัดและกู้คืนโลหะหนักได้

ข้อดีของวิธีการฟื้นฟูด้วยกรด

การรีไซเคิลทรัพยากร

วิธีการฟื้นฟูด้วยกรดสามารถฟื้นฟูโซเดียมไซยาไนด์จากน้ำเสียที่มีไซยาไนด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ในกระบวนการอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องได้ ลดการใช้โซเดียมไซยาไนด์ใหม่และลดต้นทุนการผลิต ในเวลาเดียวกัน โลหะหนักก็สามารถฟื้นฟูได้เช่นกัน ทำให้ของเสียกลายเป็นทรัพยากรที่มีค่า

ต้นทุน-ประสิทธิผล

เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการบำบัดอื่นๆ ที่เน้นเฉพาะการทำลายไซยาไนด์ วิธีการฟื้นฟูด้วยกรดไม่เพียงแต่บำบัดน้ำเสียเท่านั้น แต่ยังฟื้นฟูสารที่มีค่าได้อีกด้วย แม้ว่าจะต้องใช้กรดและด่าง แต่คุณค่าของโซเดียมไซยาไนด์และโลหะหนักที่ฟื้นฟูได้ก็ช่วยชดเชยต้นทุนการบำบัดได้บางส่วน ทำให้การบำบัดโดยรวมมีประสิทธิภาพด้านต้นทุนมากขึ้นในระยะยาว

ความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

การกู้คืนโซเดียมไซยาไนด์และโลหะหนักช่วยลดปริมาณสารมลพิษในน้ำเสียได้อย่างมาก น้ำเสียที่ผ่านการบำบัดจะมีปริมาณไซยาไนด์และโลหะหนักต่ำกว่า ทำให้ปล่อยทิ้งหรือบำบัดเพิ่มเติมได้ง่ายขึ้น ส่งผลให้ผลกระทบเชิงลบต่อสิ่งแวดล้อมลดลง

การบริโภคในกระบวนการฟื้นฟูกรด

ปริมาณการใช้ของวิธีการฟื้นฟูกรดสำหรับน้ำเสียที่มีไซยาไนด์ประกอบด้วยกรดซัลฟิวริก โซดาไฟ ปูนขาว และไฟฟ้าเป็นหลัก ในฤดูหนาว จำเป็นต้องอุ่นน้ำเสียก่อน จึงต้องใช้ไอน้ำด้วย

1.การบริโภคกรด

• การเปลี่ยนไซยาไนด์เป็น HCN : ปริมาณกรดซัลฟิวริกที่จำเป็นในการเปลี่ยนไซยาไนด์ในน้ำเสียให้เป็น HCN ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไซยาไนด์ในน้ำเสีย ตัวอย่างเช่น ในการบำบัดน้ำเสีย 1 ลูกบาศก์เมตร ที่มีความเข้มข้นของไซยาไนด์ 5000 ppm จะต้องใช้กรดซัลฟิวริกในปริมาณที่กำหนดสำหรับการเปลี่ยนนี้

• การปรับสภาพน้ำเสียให้เป็นกรด : นอกเหนือจากกรดที่ใช้ในการเปลี่ยนไซยาไนด์แล้ว ยังมีการใช้กรดเพิ่มเติมเพื่อปรับระดับความเป็นกรดของน้ำเสียให้เหมาะสม ปริมาณกรดที่จำเป็นในการลดค่า pH ให้ต่ำกว่า 2 เป็นปัจจัยสำคัญ

• ปฏิกิริยากับด่างในน้ำเสีย : อาจมีสารด่างบางชนิดในน้ำเสียที่ทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก แต่โดยทั่วไปแล้ว ปริมาณการใช้สารเหล่านี้จะค่อนข้างน้อยเมื่อเทียบกับปริมาณที่ใช้ในการเปลี่ยนไซยาไนด์และการทำให้เป็นกรด

• ปฏิกิริยากับคาร์บอเนตในของเสีย : หากวัตถุดิบที่มีไซยาไนด์มี ปริมาณ คาร์บอเนต สูง เช่น ในสารละลายกากไซยาไนด์บางชนิด คาร์บอเนตจะทำปฏิกิริยากับกรดเพื่อก่อให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์ ในกรณีเช่นนี้ การใช้กรดซัลฟิวริกจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก และวัสดุเหล่านี้อาจไม่เหมาะสมสำหรับการบำบัดด้วยวิธีการกู้คืนกรด

2. การใช้ด่าง : โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) ใช้ในหอการดูดซับด่างเพื่อดูดซับ HCN และสร้าง NaCN ปริมาณ NaOH ที่ใช้จะสัมพันธ์กับปริมาณ HCN ที่เกิดขึ้นและประสิทธิภาพการดูดซับ

3. การใช้ปูนขาว : ในบางกรณี อาจใช้ปูนขาวในการบำบัดน้ำเสียขั้นต่อไป เช่น การปรับค่า pH เพื่อตกตะกอนโลหะหนัก ปริมาณปูนขาวที่ต้องการขึ้นอยู่กับชนิดและความเข้มข้นของโลหะหนักในน้ำเสีย และช่วงค่า pH ที่ต้องการปรับ

4. การใช้ไฟฟ้าและไอน้ำ : ในกระบวนการนี้มีการใช้ไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์ต่างๆ เช่น ปั๊ม พัดลม และพัดลมสุญญากาศแบบแรงเหวี่ยง ในช่วงฤดูหนาว เมื่อทำการอุ่นน้ำเสียล่วงหน้า จะมีการใช้ไอน้ำเพื่อเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นถึงระดับที่เหมาะสมสำหรับการเกิดปฏิกิริยา

สรุป

วิธีการฟื้นฟูกรดสำหรับน้ำเสียที่มีไซยาไนด์เพื่อกู้คืนโซเดียมไซยาไนด์และโลหะหนักเป็นเทคโนโลยีการบำบัดที่ครอบคลุมและมีประสิทธิภาพ โดยปฏิบัติตามขั้นตอนกระบวนการเฉพาะ ไม่เพียงแต่สามารถกำจัดไซยาไนด์และโลหะหนักที่เป็นพิษออกจากน้ำเสียเท่านั้น แต่ยังรีไซเคิลทรัพยากรที่มีค่าได้อีกด้วย แม้ว่าจะมีการใช้วัสดุและพลังงานบางอย่างในกระบวนการ แต่เมื่อพิจารณาถึงประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจแล้ว วิธีดังกล่าวมีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางในการบำบัดน้ำเสียที่มีไซยาไนด์ อย่างไรก็ตาม ในการดำเนินการจริง จำเป็นต้องใช้มาตรการด้านความปลอดภัยที่เข้มงวดเนื่องจากก๊าซ HCN มีพิษ ในเวลาเดียวกัน จำเป็นต้องมีการปรับพารามิเตอร์ของกระบวนการอย่างต่อเนื่องเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการกู้คืนและลดต้นทุน