تصفیه فاضلاب سیانید

تصفیه فاضلاب سیانید به روش اکسیداسیون کلر

اکسیداسیون سیانید با کلر متداولترین و موثرترین روش تصفیه سیانید است. این روش می تواند به صورت منقطع و یا مستمر راهبری شود. این فرآیند به طور اتوماتیک برای کاربرد در شرایط محیط بیرونی مورد مطالعه قرار گرفته و بعنوان یک روش ثابت شده و مناسب، تجربه های عملیاتی بالایی را ایجاد کرده است.

اکسیداسیون سیانید با کلر شامل دو مرحله است در مرحله اول، سیانید به سیانات تبدیل شده و سپس در مرحله دوم سیانات به دی اکسیدکربن و گاز نیتروژن تجزیه می شود.

در مرحله اول گاز کلر و یا هیپوکلریت با سیانید وارد واکنش می شود تا کلرید سیانوژن تولید شود:

این واکنش ها مستقل از pH بوده و تقریبا پایدار هستند. کلرید سیانوژن سمی و بسیار فرار است. در نتیجه تبدیل آن به ترکیب بی خطر دیگری ضروری است. کلرید سیانوژن در pH بالاتر از 10 و دمای 20 درجه سانتیگراد به سرعت می شکند. اما در pH پایین این عمل به کندی صورت می گیرد. بنابراین برای انجام این فرآیند حداقل pH لازم 8 است. تبدیل کلراید سیانوژن به سیانات که پایدارتر و دارای سمیت کمتر نسبت به سیانید می باشد . به وسیله هیدرولیز قلیایی به صورت زیر انجام می گیرد:

این واکنش pH را از 8/5 تا 9 و مدت زمان 10 تا 30 دقیقیه ای را بر ای کامل شدن نیاز دارد. با افزایش pH به 10 تا 11 زمان واکنش به 5 تا 7 دقیقه تقلیل می یابد. از این رو pH مطلوب برای انجام واکنش 8/5 تا 9 و بالاتر از 10 می باشد.

در مرحله دوم، سیانات به دی اکسیدکربن و آمونیاک تجزیه می شود. این واکنش در شرایط قلیایی پیش می رود، اما در شرایطی که کلر آزاد وجود نداشته باشد این فرآیند بسیار کند است. این فرآیند در pH 10 چند ساعت طول می کشد اما در pH 8/5 تا 9 در مدت زمان معقول انجام می پذیرد.

کلر در واکنش جایی ندارد و تنها باعث افزایش سرعت فرآیند می شود. با موجود کلر زمان انجام این واکنش 1 تا 1/5 ساعت است. در حضور کلر آزاد، آمونیاک به سرعت به گاز نیتروژن تبدیل می شود.

با وجود کاربرد کلریناسیون تا دستیابی به نقطه های شکست، باز هم تولیدات دیگر نظیر N2O و NCL3 شکل می گیرند. یکی از راه های دیگر هیدرولیز سیانات در شرایط اسیدی است. pH<2/5

این واکنش در 5 دقیقه کامل می شود. اما این فرآیند بعلت هزینه بالا و نیاز به خنثی سازی جریان خروجی، کاربرد چندانی ندارد.

چندین محدودیت و تداخل در اکسیداسیون کلر وجود دارد. فاضلاب هایی که حاوی سیانید هستند، محتوی فلزات سنگین نیز می باشند. تقریبا تمامی فلزات با سیانید کمپلکس تشکیل می دهند. بعضی از این کمپلکس ها بسیار مقاوم می باشند. ترکیبات دیگر مانند سیانید فرو به آسانی اکسید می شوند، اما سیانید فریک اکسید نمی شوند. بعضی دیگر از فلزات نیز نظیر کبالت نسبت به اکسیداسیون کلر مقاوم می باشند، اما اگر آن را در دو مرحله انجام دهیم مشکلی ایجاد نمی کند.

بعلت این که سیانید و نیکل به ندرت در یک حوضچه با یکدیگر وجود دارند، می توان با جداسازی جریان این مشکل را حل نمود. اگر آمونیاک در محلول وجود داشته باشد تولید کلرآمین می کند و باید میزان کلر بیشتری برای رسیدن به نقطه شکست مصرف نمود. اما کلرآمین نیز می تواند سیانید را اکسید کند. بعلت اینکه واکنش کلرآمین نسبت به کلر در اکسیداسیون ترکیبات کند می باشند، زمان لازم برای اکسیداسیون سیانید توسط کلرآمین 40 تا 50 دقیقه بیشتر از زمان اکسیداسیون سیانید با کلر است.

نسبت اکسیداسیون سیانیدهای فلزی نامحلول در هر مقداری توسط کلرآمین آنقدر پایین است که برای کامل شدن آن زمان نامعقولی نیاز است. همچنین این واکنش باعث تجمع سیانید در لجن می شود که این میزان از سیانید در لجن نیز باید جمع آوری گردد.

مرحله اول اکسیداسیون نیازمند حداقل 30 دقیقه برای انجام واکنش است و حداقل pH باید در حدود 9/5  تا 10 باشد. میزان پتانسیل اکسیداسیون و احیا باید در تمام واکنش بین 350 تا 400 میلی ولت حفظ شود. پایش کلر باقیمانده نیز در کنترل فرآیند و افزودن اکسیدان به واکنش کمک کننده است. در طی واکنش اختلاط کند محلول نیز باید صورت گیرد. کلر مورد نیاز تئوریکی 2/73 برابر برای هر قسمت سیانید است. میزان هیدروکسید سدیم مورد نیاز 1/125 برابر به ازا هر قسمت کلر است. اما در عمل بعلت واکنش کلر با مواد محلول دیگر موجود از قبیل مواد آلی و فلزات قابل اکسید و همچنین فلز مس، مقدار کلر بیشتری مورد نیاز است. معمولا مرحله دوم pH در 8 راهبری می شود و پتانسیل اکسیداسیون و احیا نیز باید در 600 میلی ولت حفظ شود. حداقل زمان واکنش 1/5 ساعت همراه با اختلاط کند است. میزان کلر مورد نیاز به طورت تئوریکی 4/1 قسمت به ازائ هر قسمت سیانید است و میزان هیدروکسید سدیم مورد نیاز در این مرحله از واکنش همانند مرحله اول 1/125 برابر به ازا هر قسمت کلر است. چنان که آمونیاک در محلول وجود داشته باشد برای رسیدن به نقطه شکست آن 10 میلی گرم بر لیتر کلر به ازا هر میلی گرم بر لیتر نیتروژن آمونیاکی مورد نیاز است.

تصفیه فاضلاب سیانید به روش اکسیداسیون به وسیه ازن

این فرآیند نیز یکی از متداولترین روش ها برای اکسیداسیون سیانید است. اکسیداسیون با ازن راندمان مناسبی در تخریب کمپلکس های قوی سیانید با آهن و نیکل دارد. اما سیانید کبالت ممکن است در برابر تصفیه با ازن مقاومت نشان دهد.

در حالت تئوری، 1/85 قسمت ازن برای اکسیداسیون 1 قسمت سیانید نیاز است، اکسیداسیون سیانید به وسیله ازن در pH 9 تا 10 یک فرآیند سریع بوده و از نظر زمانی 15 دقیقه به طول می انجامد. مقدار ناچیزی از مس باعث تسریع واکنش می گردد.

تبدیل سیانید به دی اکسید کربن و نیتروژن توسط ازن یک فرآیند کند است، اما می توان برای تسریع در واکنش از کاتالیست ها بهره برد. به هر حال فرآیندهای دیگر نظیر اکسیداسیون بیولوژیکی به دنبال مرحله اول اکسیداسیون با ازن ترجیح داده می شود.

اکسیداسیون به وسیله ازن همراه با اشعه ماورابنفش نیز از دیگر فرآیندهایی است که به ویژه برای ترکیبات سیانیدی کاربردی است. این فرآیند در حذف ترکیبات آلی هالوژنه نیز موثر است.