Небезпека та процеси очищення стічних вод, що містять ціанід

Вступ

Стічні води, що містять ціаніди, викликають значну екологічну проблему через свою високу токсичність. Три загальновідомі високотоксичні ціанідиа саме Ціанід натрію (NaCN), калій ціанід (KCN) і синильна кислота (HCN) становлять серйозну загрозу як для здоров'я людини, так і для навколишнього середовища. Спільний знаменник серед них Ціаніди це їх здатність легко дисоціювати та вивільняти іон ціаніду (CN-).

Небезпека стічних вод, що містять ціанід

Механізм токсичності для людини

Смертельна токсикологія ціанідів полягає в тому, що іон ціаніду (CN-) має сильну спорідненість з іонами заліза. Потрапляючи в організм людини, CN- легко зв'язується з іонами заліза, що призводить до зниження кисневмісної здатності залізовмісних речовин. Це в кінцевому підсумку призводить до дефіциту кисню в клітинах центральної нервової системи. Як наслідок, отруєні особини часто гинуть від центрального паралічу дихання. Отруєння може відбутися різними шляхами, включаючи контакт зі шкірою, пероральний прийом, вдихання, ін’єкцію та контакт зі слизовою оболонкою. Навіть невелика кількість ціаніду може бути небезпечною для життя.

Вплив на навколишнє середовище

Стічні води, що містять ціаніди, якщо їх не очищати належним чином і скидати у водойми, можуть мати руйнівний вплив на водне життя. Водні організми надзвичайно чутливі до ціаніду. Навіть у низьких концентраціях ціанід може порушити нормальні фізіологічні функції риб, безхребетних та інших водних видів, що призведе до зниження росту, репродуктивних проблем і, зрештою, смерті. Це, у свою чергу, може порушити всю водну екосистему, вплинувши на харчові ланцюги та біорізноманіття.

Процеси очищення стічних вод, що містять ціанід

Очищення стічних вод з високою концентрацією ціанідів: відновлення ціанідів

Для стічних вод з високою концентрацією ціанідів часто використовується метод відновлення ціанідів. Цей підхід спрямований на вилучення та переробку цінних ціанідів зі стічних вод. Одним із поширених методів є екстракція розчинником. При екстракції розчинником відповідний органічний розчинник використовується для селективного вилучення ціанідних сполук із водної фази стічних вод. Органічну фазу, насичену ціанідами, можна потім переробити для відновлення чистих ціанідів. Перевагою цього методу є не тільки зменшення впливу на навколишнє середовище шляхом видалення ціаніду зі стічних вод, але й відновлення потенційно цінного хімічного ресурсу. Однак для забезпечення високоефективної екстракції та мінімізації втрат розчинника потрібен ретельний вибір розчинників і суворий контроль умов експлуатації.

Очищення стічних вод з низькою концентрацією ціаніду: знищення ціаніду

Методи окислення

1.Хімічне окислення

• Принцип: Методи хімічного окислення використовують сильні окислювачі для перетворення ціанідних іонів на менш токсичні або нетоксичні речовини. Наприклад, окислювачі на основі хлору, такі як гіпохлорит натрію (NaOCl), можуть реагувати з іонами ціаніду. Реакція спочатку перетворює ціанід (CN-) на ціанат (CNO-), а подальше окислення може розщепити ціанат на вуглекислий газ (CO2), азот (N2) та інші нешкідливі продукти. Загальну реакцію можна представити так:

• На першому кроці: (CN^ -+OCl^ -\rightarrow CNO^ -+Cl^)

• На другому кроці: (2CNO^ -+3OCl^ -+H_2O\rightarrow 2CO_2 + N_2+3Cl^ -+2OH^ -)

• Переваги: Хімічне окислення є відносно простим у управлінні та може бути ефективним у обробці стічних вод з низькою концентрацією ціаніду. Він може бути реалізований на існуючих очисних спорудах з деякими модифікаціями процесу очищення.

• Недоліки: Використання великої кількості окислювачів може бути дорогим. Крім того, якщо не контролювати належним чином, реакція може утворювати побічні продукти, які також можуть бути шкідливими для навколишнього середовища. Наприклад, надмірне використання хлору може призвести до утворення побічних продуктів дезінфекції, таких як тригалометани.

2. Електролітичне окислення

• Принцип: При електролітичному окисленні електричний струм пропускається через стічні води, що містять ціанід, в електролітичній камері. Анод клітини діє як місце, де відбувається окислення. Ціанідні іони окислюються на поверхні анода. Загальну реакцію на аноді можна записати як (2CN^ -+4OH^ -\rightarrow 2CNO^ -+2H_2O + 2e^ -), і подальше окислення ціанату може відбуватися з утворенням вуглекислого газу та азоту.

• Переваги: Це відносно чистий метод обробки, оскільки він не вводить додаткових хімічних речовин, крім електродів. Його можна автоматизувати та точно контролювати.

• Недоліки: Однак, як уже згадувалося, електролітичне окислення є дуже енерговитратним. Потреба в безперервному постачанні електроенергії робить вартість лікування відносно високою. Крім того, з часом електроди можуть піддатися корозії, що вимагає регулярного обслуговування та заміни.

Біологічне очищення

1. Принцип: Біологічне очищення стічних вод, що містять ціанід, залежить від мікроорганізмів, які можуть метаболізувати ціанід як джерело вуглецю або азоту. Деякі бактерії та гриби мають здатність розщеплювати ціанід за допомогою ферментативних реакцій. Наприклад, певні бактерії, що розкладають ціанід, можуть перетворювати ціанід в аміак і форміат за допомогою серії ферментативних етапів. Потім аміак може бути додатково нітрифікований іншими мікроорганізмами в системі очищення.

2. Переваги: Біологічне очищення, як правило, є екологічнішим, оскільки не передбачає використання великої кількості хімікатів. Це може бути економічно ефективним для очищення стічних вод з низькою концентрацією ціанідів протягом тривалого періоду, особливо у випадках, коли створено відповідний мікробний консорціум.

3. Недоліки: Однак біологічна очистка дуже чутлива до змін у складі стічних вод, температурі та pH. Раптові зміни цих параметрів можуть пригнічувати ріст і активність мікроорганізмів, що розкладають ціанід, що призводить до зниження ефективності лікування. Це також вимагає відносно тривалого часу лікування порівняно з деякими хімічними методами.

Метод регенерації та відновлення ціанідів

1. Принцип: Цей метод подібний до методу відновлення стічних вод з високою концентрацією, але також може бути застосований до деяких випадків із низькою концентрацією. Він зосереджений на регенерації та переробці ціаніду зі стічних вод. Одним із підходів є використання іонообмінних смол. Ціанідні іони у стічній воді можуть адсорбуватися на поверхні смоли. Потім, використовуючи відповідний елюент, ціанід можна десорбувати зі смоли та відновити.

2. Переваги: Це може зменшити загальне споживання ціаніду в промислових процесах шляхом переробки ціаніду. Це не тільки має економічні переваги, але й зменшує вплив на навколишнє середовище, пов’язаний з утилізацією стічних вод, що містять ціанід.

3. Недоліки: Іонообмінні смоли необхідно ретельно вибирати та підтримувати. Процес регенерації може вимагати використання додаткових хімікатів, і існує ризик забруднення смолою, що може знизити ефективність процесу відновлення ціаніду.

Висновок

Стічні води, що містять ціанід, становлять серйозну небезпеку для навколишнього середовища та здоров'я. Розуміння механізмів токсичності та впровадження відповідних процесів лікування мають вирішальне значення. Кожен метод очищення стічних вод з високою чи низькою концентрацією має свої переваги та недоліки. Вибір методу очищення залежить від різних факторів, таких як початкова концентрація ціаніду, необхідна ефективність очищення, економічна ефективність і вплив на навколишнє середовище. У майбутньому необхідні додаткові дослідження та розробки, щоб покращити існуючі процеси очищення та розробити нові, більш ефективні та економічно вигідні методи очищення стічних вод, що містять ціанід, для забезпечення чистішого та безпечнішого середовища.