Tổng quan về quá trình nứt xyanua
Cyanide có chứa nước thải có một loạt các nguồn và được tạo ra trong các quy trình sản xuất của các ngành công nghiệp như mạ điện, xử lý khoáng sản và kỹ thuật hóa học. Cyanide trong nước thải này là một chất có tính độc hại cao, nếu được xả trực tiếp mà không cần xử lý, có thể gây ra thiệt hại không thể đảo ngược cho các vùng nước, đất và chuỗi thức ăn. Cyanide xâm nhập vào các vùng nước có thể gây ngộ độc và tử vong của các sinh vật dưới nước, phá vỡ sự cân bằng của sinh thái dưới nước; Xâm nhập vào đất có thể ảnh hưởng đến khả năng sinh sản của đất và hoạt động của vi sinh vật, gây ra mối đe dọa cho sự phát triển của cây trồng. Ngoài ra, cyanide có chứa nước thải cũng có thể được truyền qua chuỗi thức ăn, cuối cùng đe dọa sức khỏe và sự an toàn của con người.
Tầm quan trọng của công nghệ loại bỏ xyanua là hiển nhiên. Đây là một phương tiện chính để xử lý xyanua có chứa nước thải, có thể chuyển đổi xyanua trong nước thải thành các chất độc hại hoặc vô hại, đảm bảo rằng chất lượng nước đáp ứng tiêu chuẩn xả thải quốc gia, và do đó bảo vệ môi trường sinh thái và sức khỏe con người.
Quá trình phát triển của công nghệ phá vỡ xyanua là một quá trình đổi mới và cải tiến liên tục. Trong những ngày đầu, mọi người chủ yếu sử dụng các phương pháp kết tủa hóa học đơn giản để xử lý xyanua có chứa nước thải, nhưng hiệu quả xử lý bị hạn chế. Với sự tiến bộ của công nghệ, các quá trình loại bỏ xyanua hiệu quả khác nhau như quá trình oxy hóa hóa học, phân hủy sinh học và hấp phụ vật lý đã dần dần xuất hiện, điều này đã cải thiện đáng kể hiệu quả điều trị, chi phí và bảo vệ môi trường.
Phương pháp xử lý phá vỡ xyanua thông thường
Phương pháp oxy hóa hóa học
Quá trình clo kiềm
Phương pháp clo kiềm là một quá trình phá vỡ xyanua thường được sử dụng, sử dụng khí clo hoặc hypochlorite làm tác nhân clo để oxy hóa và phân hủy xyanua trong điều kiện kiềm. Quá trình phản ứng được chia thành hai giai đoạn. Thứ nhất, xyanua được oxy hóa thành cyanate và phản ứng nhanh chóng trong giai đoạn này; Sau đó, oxy hóa thêm muối cyanate vào carbon dioxide và khí nitơ. Công thức phản ứng hóa học chính như sau:
Giai đoạn 1: cn−+clo−+h2O = cncl+2oh- cn^-+clo^-+h_2o = cncl+2o H_2OCNCL+2OH− = CNO−+Cl−+H2O ；
Giai đoạn 2: 2cno -+3clo -= 2Co2+N2+3Clo -2cno ^ -+3Clo ^ -= 2Co2+N2+3Cl ^ -2cno -+3Clo -= 2Co2 ↑+N2
Ưu điểm của phương pháp này là quá trình trưởng thành, hoạt động đơn giản, hiệu quả điều trị ổn định và khả năng giảm hiệu quả hàm lượng xyanua trong nước thải. Nhược điểm là nó có thể tạo ra clo có chứa các sản phẩm phụ, có thể gây ô nhiễm thứ cấp cho môi trường và chi phí điều trị tương đối cao. Nó phù hợp để xử lý cyanide nồng độ thấp đến trung bình có chứa nước thải và được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như điện quang và kỹ thuật hóa học.
Phương pháp hydro peroxide
Nguyên tắc của phương pháp hydro peroxide là theo tác động của chất xúc tác, hydro peroxide phân hủy để tạo ra các gốc hydroxyl với các đặc tính oxy hóa mạnh, do đó oxy hóa và phân hủy xyanua. Các chất xúc tác phổ biến bao gồm muối sắt, có thể làm tăng tốc độ phân hủy hydro peroxide và cải thiện hiệu quả của các phản ứng oxy hóa. Các điều kiện phản ứng thường yêu cầu các giá trị pH và phạm vi nhiệt độ phù hợp, với các giá trị pH thường được kiểm soát trong khoảng từ 9-11 và nhiệt độ trong khoảng 20-30. So với các phương pháp oxy hóa hóa học khác, phương pháp hydro peroxide có lợi thế của phản ứng nhẹ và không có ô nhiễm thứ phát. Tác nhân clo được sử dụng trong phương pháp clo kiềm có thể tạo ra clo có chứa sản phẩm phụ, trong khi các sản phẩm của phương pháp hydro peroxide chủ yếu là nước và oxy, thân thiện với môi trường hơn. Tuy nhiên, khả năng oxy hóa của phương pháp này tương đối yếu và tác dụng điều trị của nó đối với cyanide nồng độ cao có chứa nước thải có thể không tốt như các phương pháp khác.
Phương pháp phân hủy sinh học
Phân hủy sinh học là việc sử dụng quá trình chuyển hóa vi sinh vật để phá vỡ xyanua thành các chất vô hại. Trong điều kiện môi trường phù hợp, các vi sinh vật cụ thể có thể phát triển và tái tạo bằng cách sử dụng xyanua làm nguồn carbon và nitơ, chuyển đổi xyanua thành carbon dioxide, nitơ và nước thông qua một loạt các phản ứng enzyme. Phương pháp này phù hợp để xử lý xyanua có chứa nước thải có nồng độ thấp và khả năng phân hủy sinh học tốt, chẳng hạn như nước thải từ một số nhà máy chế biến khoáng sản và doanh nghiệp hóa học. Các đặc điểm quy trình của nó là chi phí xử lý thấp và thân thiện với môi trường, nhưng hiệu quả xử lý tương đối thấp và tốc độ phản ứng chậm. Các yếu tố như chất lượng nước thải, nhiệt độ và giá trị pH có tác động đáng kể đến các phương pháp phân hủy sinh học. Nếu nước thải chứa một lượng lớn kim loại nặng hoặc các chất độc hại và độc hại khác, nó sẽ ức chế sự tăng trưởng và chuyển hóa của vi sinh vật; Nhiệt độ thấp hoặc cao có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các vi sinh vật và phạm vi nhiệt độ nói chung phù hợp là 20-35; Giá trị pH nên được kiểm soát trong khoảng 6,5-8,5 để đảm bảo sự tăng trưởng và chuyển hóa bình thường của vi sinh vật.
Phương pháp hấp phụ vật lý
Nguyên tắc của phương pháp hấp phụ vật lý là sử dụng cấu trúc xốp và hoạt động bề mặt của vật liệu hấp phụ để hấp phụ xyanua trong nước thải lên bề mặt của chúng. Carbon hoạt hóa là một vật liệu hấp phụ thường được sử dụng với các đặc tính như diện tích bề mặt riêng lớn và khả năng hấp phụ mạnh. Trong quá trình hấp phụ, các phân tử xyanua được hấp phụ vào lỗ chân lông của các lực lượng carbon được kích hoạt thông qua các lực van der Waals, điểm thu hút tĩnh điện và các cơ chế khác. Trong quá trình bẻ khóa xyanua, sự hấp phụ vật lý thường được sử dụng như một phương pháp điều trị trước hoặc điều trị sâu. Vượt qua cyanide có chứa nước thải thông qua cột hấp phụ được trang bị carbon được kích hoạt để loại bỏ xyanua bằng sự hấp phụ. Tuy nhiên, phương pháp này có những hạn chế nhất định, vì khả năng hấp phụ của carbon hoạt hóa bị hạn chế và yêu cầu thay thế hoặc tái tạo thường xuyên; Hiệu quả xử lý của cyanide nồng độ cao có chứa nước thải là kém và nếu carbon được kích hoạt sau khi hấp phụ không được xử lý đúng cách, nó có thể gây ô nhiễm thứ phát.
Phương pháp oxy hóa UV nâng cao
Nguyên tắc của phương pháp oxy hóa tiên tiến cực tím là sử dụng năng lượng của ánh sáng cực tím để kích thích các chất oxy hóa để tạo ra các gốc tự do oxy hóa cao, chẳng hạn như các gốc hydroxyl, do đó nhanh chóng oxy hóa và phân hủy xyanua. Phương pháp này có những lợi thế kỹ thuật như khả năng oxy hóa mạnh, tốc độ phản ứng nhanh và không chọn lọc và có thể xử lý hiệu quả nhiều khó khăn để làm giảm xyanua có chứa nước thải. Thiết bị phá vỡ cyanua của Tô Châu Yi Khánh Công nghệ Công nghệ Bảo vệ Môi trường, Công ty đã áp dụng công nghệ oxy hóa tia cực tím tiên tiến và hoạt động tốt trong việc xử lý cyanide nồng độ cao có chứa nước thải. Thiết bị này sử dụng hệ thống dùng thuốc và chất oxy hóa cực tím đặc biệt để nhanh chóng oxy hóa và phân hủy xyanua trong nước thải, đảm bảo chất lượng nước thải đáp ứng tiêu chuẩn xả. Thiết kế độc đáo và công nghệ tiên tiến của nó đã cải thiện hiệu quả của các phản ứng oxy hóa và giảm chi phí xử lý. So với các quá trình phá vỡ xyanua truyền thống, thiết bị này có lợi thế của hiệu quả điều trị tốt, dấu chân nhỏ và mức độ tự động hóa cao, và phù hợp để xử lý cyanide nồng độ cao có chứa nước thải trong các ngành công nghiệp như mạ điện và khai thác.
Các điểm chính của kiểm soát quá trình bẻ khóa xyanua
Kiểm soát điều kiện phản ứng
Kiểm soát pH
Các quá trình phá vỡ xyanua khác nhau có các yêu cầu pH khác nhau. Phương pháp clo kiềm cần phải được thực hiện trong điều kiện kiềm và giá trị pH thường được kiểm soát ở mức 10-11. Trong phạm vi này, tác nhân cloat hóa có thể oxy hóa cyanide một cách hiệu quả. Nếu giá trị pH quá thấp, khí clorua độc hại sẽ được sản xuất, điều này sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả và an toàn điều trị; Nếu giá trị pH quá cao, nó sẽ làm giảm tốc độ phản ứng. Giá trị pH phù hợp cho phương pháp hydro peroxide là 9-11, có lợi cho sự phân hủy hydro peroxide để tạo ra các gốc hydroxyl và cải thiện hiệu quả oxy hóa. Phương pháp phân hủy sinh học yêu cầu giá trị pH là 6,5-8,5 để duy trì hoạt động của vi sinh vật. Điều chỉnh giá trị pH có thể đạt được bằng cách thêm axit hoặc kiềm, chẳng hạn như axit sunfuric, natri hydroxit, v.v., và liều lượng cần được tính toán chính xác dựa trên giá trị pH ban đầu của các yêu cầu về nước thải và quy trình.
Kiểm soát nhiệt độ
Nhiệt độ có tác động đáng kể đến phản ứng phá vỡ xyanua. Nói chung, sự gia tăng nhiệt độ có thể làm tăng tốc độ phản ứng, nhưng nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến sự phân hủy của các chất oxy hóa hoặc bất hoạt vi sinh vật. Phạm vi nhiệt độ phù hợp cho phương pháp clo kiềm là 20-30. Nếu nhiệt độ quá thấp, tốc độ phản ứng sẽ chậm lại và nếu quá cao, khí clo sẽ thoát ra, giảm hiệu quả điều trị. Phương pháp hydro peroxide có hiệu ứng phản ứng tốt hơn ở 20-30. Nhiệt độ phù hợp để phân hủy sinh học là 20-35. Nếu nhiệt độ quá thấp, chuyển hóa vi sinh vật sẽ chậm, trong khi nếu nó quá cao, nó sẽ làm hỏng cấu trúc tế bào của các vi sinh vật. Nhiệt độ có thể được điều chỉnh thông qua thiết bị sưởi hoặc làm mát, chẳng hạn như sưởi ấm hơi nước, làm mát nước lạnh, v.v.
Kiểm soát liều lượng oxy hóa
Việc xác định liều lượng của các chất oxy hóa đòi hỏi phải xem xét toàn diện về nồng độ xyanua, quá trình xử lý và mục tiêu xử lý của nước thải. Đối với phương pháp clo kiềm, liều lượng lý thuyết có thể được tính theo công thức phản ứng hóa học dựa trên hàm lượng xyanua trong nước thải và có thể thêm dư thừa trên cơ sở này, thường là 10% -20%. Liều lượng của phương pháp hydro peroxide cần được xác định thông qua các thí nghiệm dựa trên các tính chất và yêu cầu xử lý của nước thải. Liều lượng không đủ có thể dẫn đến điều trị xyanua không hoàn chỉnh, ảnh hưởng đến chất lượng nước thải; Liều lượng quá mức có thể làm tăng chi phí xử lý và cũng có thể dẫn đến ô nhiễm thứ phát. Do đó, cần phải kiểm soát nghiêm ngặt lượng chất oxy hóa được thêm vào, và có thể bổ sung chính xác thông qua các thiết bị như bơm đo sáng.
Kiểm soát hoạt động thiết bị
Trộn kiểm soát hệ thống
Hệ thống khuấy đóng một vai trò quan trọng trong phản ứng nứt xyanua. Nó có thể kết hợp hoàn toàn nước thải với các chất oxy hóa, cải thiện tốc độ phản ứng và hiệu quả xử lý. Tốc độ khuấy nên được điều chỉnh theo quy trình phản ứng và loại thiết bị, thường được kiểm soát ở mức 100-300 r/phút. Thời gian khuấy nên được xác định theo tiến trình của phản ứng để đảm bảo rằng phản ứng tiến hành hoàn toàn. Đồng thời, cần phải thường xuyên duy trì và quản lý hệ thống trộn, kiểm tra trạng thái hoạt động của bộ trộn, thay thế các bộ phận bị mòn một cách kịp thời và đảm bảo hoạt động bình thường của hệ thống trộn.
Kiểm soát hệ thống điều khiển và giám sát pH
Hệ thống giám sát pH và điều hòa theo dõi giá trị pH của nước thải trong thời gian thực thông qua các cảm biến pH và tự động điều chỉnh lượng axit hoặc kiềm được thêm vào theo giá trị đã đặt. Độ chính xác và tính ổn định của hệ thống ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của phản ứng phá vỡ xyanua. Để đảm bảo độ chính xác của hệ thống, cần phải hiệu chỉnh cảm biến pH thường xuyên; Để đảm bảo sự ổn định, cần kiểm tra xem các kết nối mạch và đường ống của hệ thống có bình thường hay không. Nếu các tình huống bất thường xảy ra, chẳng hạn như dao động pH quá mức, cảm biến và thiết bị dùng thuốc nên được kiểm tra kịp thời để khắc phục sự cố.
Kiểm soát tiềm năng giảm oxy hóa (ORP)
Tiềm năng giảm oxy hóa (ORP) phản ánh trạng thái khử oxy hóa của nước thải và có ý nghĩa lớn trong các quá trình nứt xyanua. Phạm vi điều khiển ORP thay đổi cho các quy trình khác nhau. Phương pháp ORP cho quá trình clo kiềm thường được kiểm soát ở mức 600-700 mV, trong khi đối với phương pháp hydro peroxide, nó được kiểm soát ở mức 400-500 mV. Bằng cách theo dõi giá trị ORP, tiến trình của phản ứng có thể được xác định và điểm cuối của phản ứng có thể được kiểm soát. Khi giá trị ORP đạt đến phạm vi tập hợp, nó chỉ ra rằng phản ứng về cơ bản đã hoàn thành và việc bổ sung chất oxy hóa có thể được dừng lại. Các cảm biến ORP có thể được sử dụng để theo dõi thời gian thực và lượng chất oxy hóa được thêm vào có thể được điều chỉnh thông qua hệ thống điều khiển tự động để đạt được sự kiểm soát chính xác của phản ứng.
Nghiên cứu trường hợp và đánh giá hiệu quả của công nghệ phá vỡ xyanua
Phân tích và phân tích trường hợp thực tế
Trong ngành mạ điện, một doanh nghiệp nhất định sử dụng phương pháp clo kiềm để xử lý xyanua có chứa nước thải. Quá trình xử lý như sau: Đầu tiên thu thập nước thải vào bể điều hòa, điều chỉnh giá trị pH thành 10-11, sau đó thêm natri hypochlorite cho phản ứng oxy hóa, với thời gian phản ứng khoảng 1-2 giờ. Về các thông số hoạt động, lượng natri hypochlorite được thêm vào được xác định dựa trên nồng độ xyanua trong nước thải, với mức vượt quá 10% -20%. Sau khi điều trị, nồng độ xyanua trong nước thải giảm từ 50mg/L ban đầu xuống dưới 0,5mg/L, với tỷ lệ đột phá xyanua lên tới 99%và chất lượng nước thải đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải quốc gia. Đầu tư vào thiết bị quy trình này tương đối thấp và chi phí vận hành chủ yếu là do chi phí hóa chất, dẫn đến lợi ích kinh tế đáng kể.
Trong ngành khai thác, xyanua có chứa nước thải từ một nhà máy lợi ích nhất định được xử lý bằng phương pháp oxy hóa tiên tiến cực tím. Nước thải trước tiên được xử lý trước để loại bỏ các tạp chất hạt lớn, và sau đó đi vào thiết bị oxy hóa tia cực tím tiên tiến cho phản ứng oxy hóa dưới tác động của ánh sáng cực tím và chất oxy hóa, với thời gian phản ứng khoảng 30-60 phút. Về các thông số vận hành, lượng chất oxy hóa được thêm vào được xác định dựa trên các yêu cầu về chất lượng nước thải và xử lý. Sau khi điều trị, nồng độ xyanua trong nồng độ cao cyanide có chứa nước thải giảm từ 200mg/L xuống dưới 1mg/L và hiệu quả xử lý là tốt. Mặc dù đầu tư thiết bị tương đối cao, hiệu quả xử lý cao, nhưng dấu chân là nhỏ và lợi ích kinh tế dài hạn là đáng kể.
Các chỉ số và phương pháp thực hiện
Các chỉ số chính để đánh giá hiệu quả của công nghệ phá vỡ xyanua bao gồm tốc độ phá vỡ xyanua và chất lượng nước thải. Tốc độ phá vỡ xyanua đề cập đến tỷ lệ giảm nồng độ xyanua trong nước thải trước và sau khi xử lý. Công thức tính toán là: Tốc độ phá vỡ xyanua = (nồng độ xyanua trước khi điều trị - nồng độ xyanua sau khi điều trị)/nồng độ xyanua trước khi điều trị x 100%. Chất lượng nước thải chủ yếu tập trung vào việc nội dung của các chất ô nhiễm như xyanua và kim loại nặng đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải quốc gia hoặc địa phương.
Phương pháp đánh giá chủ yếu áp dụng các phương pháp phân tích hóa học như chuẩn độ và quang phổ, và thường xuyên kiểm tra nước thải trước và sau khi xử lý. Các tiêu chí đánh giá dựa trên các quy định môi trường và tiêu chuẩn công nghiệp liên quan. Theo kết quả đánh giá, nếu tỷ lệ đột phá xyanua không đáp ứng kỳ vọng hoặc chất lượng nước thải không đáp ứng các tiêu chuẩn, tối ưu hóa và điều chỉnh quy trình có thể được thực hiện bằng cách điều chỉnh các điều kiện phản ứng (như giá trị pH, nhiệt độ, liều lượng oxy hóa, v.v.)
Xu hướng phát triển và triển vọng của công nghệ nứt xyanua
Định hướng đổi mới công nghệ
Hướng đổi mới công nghệ trong tương lai của quá trình phá vỡ xyanua sẽ tập trung vào nghiên cứu và phát triển các chất oxy hóa mới, tích hợp và tự động hóa các quá trình. Trong nghiên cứu và phát triển các chất oxy hóa mới, các nhà khoa học cam kết tìm kiếm các lựa chọn thay thế hiệu quả và thân thiện với môi trường hơn để giảm ô nhiễm thứ cấp do các chất oxy hóa truyền thống gây ra. Ví dụ, một số hợp chất mới có đặc tính oxy hóa mạnh và các sản phẩm phản ứng vô hại đang được nghiên cứu và thử nghiệm. Việc tích hợp các quá trình là sự kết hợp hữu cơ của nhiều quá trình phá vỡ xyanua, tận dụng lợi thế tương ứng của chúng để cải thiện hiệu quả và hiệu quả của điều trị. Ví dụ, tích hợp quá trình oxy hóa hóa học với sự phân hủy sinh học, đầu tiên làm giảm nồng độ xyanua thông qua quá trình oxy hóa hóa học, và sau đó làm sạch chất lượng nước thông qua phân hủy sinh học. Về mặt tự động hóa, các cảm biến nâng cao và hệ thống điều khiển được sử dụng để đạt được sự giám sát thời gian thực và kiểm soát chính xác các phản ứng nứt xyanua, giảm nhiễu của con người và cải thiện độ ổn định và độ tin cậy của quá trình xử lý. Những đổi mới này sẽ thúc đẩy sự phát triển của các quá trình phá vỡ xyanua hướng tới hiệu quả cao hơn, thân thiện với môi trường và trí thông minh.
Yêu cầu bảo vệ môi trường và phát triển bền vững
Quá trình phá vỡ xyanua có ý nghĩa lớn trong bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Với các tiêu chuẩn môi trường ngày càng nghiêm ngặt, quá trình bẻ khóa xyanua phải được cải thiện liên tục để đáp ứng các yêu cầu. Một mặt, cần phải giảm lượng khí thải ô nhiễm trong quá trình điều trị và tránh ô nhiễm thứ phát. Ví dụ, sử dụng các chất oxy hóa và quy trình sạch hơn để giảm sản xuất clo có chứa các sản phẩm phụ. Mặt khác, cần chú ý đến việc tái chế và tái sử dụng tài nguyên. Cyanide có chứa nước thải có thể chứa các yếu tố kim loại có giá trị, có thể được thu hồi và tái sử dụng thông qua các quá trình loại bỏ xyanua để đạt được việc sử dụng tài nguyên tối đa. Ngoài ra, việc áp dụng các quy trình thân thiện với môi trường như phân hủy sinh học sẽ được thúc đẩy hơn nữa để giảm tác động đến môi trường. Quá trình phá vỡ xyanua không chỉ đáp ứng các yêu cầu môi trường mà còn đạt được việc sử dụng các nguồn lực hiệu quả, góp phần phát triển bền vững.
