200970. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés toxikus, a környezetre káros szervesanyagtartalmú cianidos szennyvizek kezelésére
HU 200970A A találmány tárgya eljárás toxikus, a környezetre káros szervesanyagtartalmú cianidos szennyvizek kezelésére, különösen az üyen szennyvizek cianid tartalmának eltávolítására és a szervesanyagtartalom egyidejű csökkentésére, amelynek során a szennyvízben tartalmazott cianidokat 100 °C fölötti hőmérsékleten nyomás alatt elhidrolizálják. A találmány tárgyát képezi továbbá egy berendezés az eljárás foganatosításához. Ismeretes, hogy a cianidok csekély mennyiségben is veszélyes mérgek, ezért e vegyületeket a szennyvizekből már csatornába kerülésük előtt el kell távolítani vagy nem mérgező vegyületekké alakítani. Cianidtartalmú szennyvizek ártalmatlanítására ismeretes egy a cianidok hidrolízisén alapuló eljárás, amelynek lényege, hogy a cianidok vizes oldatát 100 °C fölötti hőmérsékleten, nyomás alatt kezelve a toxikus cianidokat viszonylag rövid reakció idő alatt (1... 100 perc) kevésbé ártalmas ammonium és hangyasav származékokká hidrolizálja. Egy ilyen bázisú eljárást ismertet például a 4 042 502. sz. US szabadalmi leírás, amelynél a hidrolízis reakciókörülményei: 200... 250 °C hőmérséklet, 40... 140 bar nyomás, és a reakcióidő a 220 °C hőmérséklet fölötti zónában 5 perc. Egy hasonló eljárást ír le a 629 460 sz. CH szabadalmi leírás. Ennél a tipikus reakciókörülmények: 100 °C fölötti hőmérséklet, 2 bar-nál nagyobb nyomás, pH 1... 14 közötti kémhatás, a reakcióidő pedig 20... 200 perc. A3120167.sz.DEközrebocsátásiiratnikkel-cianid tartalmú szennyvizek nyomás alatti hidrolízissel történő ártalmatlanítását ismerteti. Az eljárást az jellemzi, hogy a hidrolízist erősen lúgos közegben végzik, a tipikus reakciókörülmények: 175... 200 °C hőmérséklet és 10 perc reakcióidő. A szennyvízhez nagymennyiségű fémhidroxidot (tipikusan nátrium-hidroxidot) adagolnak, ezzel elősegítve a nikkel-cianidok hidrolízisét. A fentebb ismertetett ismert eljárások közös jellemzője, hogy a cianidos szennyvizek cianid tartalmát 100 “C fölötti hőmérsékleten reduktív közegben elhidrolizálják, és a cianidok hidrolízise az eljárások foganatosítása során végbemenő egyetlen kémiai változás. % Gyakorlati tapasztalat szerint a cianidos szennyvizek számos esetben egyidejűleg nagy, a környezetre káros, sőt nem ritkán toxikus szervesanyagtartalommal is rendelkeznek. A szervesanyagtartalom csökkentésére önmagában ismert a szakirodalomból és többek között pl. az 1 555 176., 1 453 659. és 1543 337. sz. GB szabadalmi leírásokból, valamint a 4 000 068. és 4 124 505. sz. US szabadalmi dokumentumokból is a vízben oldott vagy szuszpendált szervesanyagokat végső esetben vízzé és széndioxiddá oxidáló olyan eljárás, amelyet oxidáló hatású anyagok jelenlétében (pl. levegő oxigén-tartalmú gázkeverékek, tiszta oxigén-hidrogén-peroxid stb.) tipikus reakciókörülményekként 100... 300 °C hőmérséklet, 40... 250 bar nyomás és 5 ... 200 perc tartózkodási idő mellett végeznek. A találmány célja olyan eljárás, valamint ezen eljárás foganatosítására alkalmas egyszerű berendezés kialakítása, amellyel egyszerű módon és egyet1 len lépésben elvégezhető a szennyvizek toxikus cianidtar talmának eltávolítása és a szervesanyagtartalom ill. az utóbbi toxikusságának jelentős csökken - tése is. A kitűzött célt olyan tárgyi eljárás kialakításával és foganatosításával érjük el, amelynek során a cianidok nyomás alatti hidrolízisét találmányunk szerint oxidáló hatású reagens(ek) jelenlétében végezzük. Találmányunk alapját annak felismerése képezi, hogy a tipikus reakciókörülmények lényegi azonossága miatt a cianidok mellett jelentős mennyiségben toxikus vagy a környezetre káros szervesanyagokat is tartalmazó szennyvizek ártalmatlanító kezelése oxidáló hatású reagens(ek) jelenlétében végzett nyomás alatti hidrolízissel egylépésben megoldható, mert ilyenkor a cianidok hidrolízise és a szervesanyagok oxidációja egymással párhuzamosan játszódik le, és a két reakció egymást kölcsönösen nem zavarja. Különösen előnyösnek bizonyult, ha oxidáló hatású reagensként a levegő oxigénjével dolgozunk. Meglepetéssel tapasztaltuk, hogy a hagyományos, redukáló közegben végzett nyomás alatti hidrolízishez képest az oxidáló reagens jelenlétében, különösen levegő adagolással végzett reakció a célkitűzés szerint elérni kívánt ártalmatlanításhoz képest az alábbi, nem várt többlet hatásokkal is jár: A levegő átbuborékoltatása a reaktoron intenzíven keveri a reakcióelegyet, mivel a gázfázis lineáris áramlási sebessége legalább egy nagyságrenddel nagyobb a folyadék áramlási sebességénél. A reakcióelegy intenzív keverése viszont gyorsítja a cianid hidrolízist, növeli annak reakciósebességét. A cianid hidrolízis egyik végterméke az ammónia. A hidrolízist levegőadagolással végezve az ammónia csaknem teljesen átmegy a gáz-fázisba, ellentétben a hagyományos reduktív módszerrel, ahol az ammónia nagyrésze a vizes fázisban marad oldott állapotban. Az ammóniának mint egyik reakcióterméknek a vizes fázisból történő eltávolítása az egyensúlyt a hidrolízis irányába tolja el, és ezzel elősegíti a még bomlatlan cianidok hidrolízisét. Célszerűnek bizonyulhat az eljárás olyan foganatosítása, amelynél a kezelő reakció(ka)t katalizátor jelenlétében végezzük. Előnyösnek találtuk a kezelést jellemző reakciókörülményekként 140 ... 310 'C hőmérsékleten és 5... 160 bar nyomáson 3... 60 perc tartózkodási idővel végezni. A kezeléssel nyert tisztított víz általában aggálymentesen elereszthető. Bizonyos esetekben és különösen szigorú környezetvédelmi feltételek mellett ugyanakkor előnyös, ha a kezelt tisztított vizet önmagában ismert biológiai szennyvíztisztítóba vezetjük és ott továbbtisztítjuk, majd ezt követően engedjük el. A találmány szerinti eljárás eredményeként tehát a cianidok hidrolízise mellett a szennyvízben jelenlévő szerves anyagok is elbomlanak a nedves oxidációnak nevezett reakció szerint, miközben eljárásunk a fentebb részletezett meglepő többlethatások mellett még azzal az ugyancsak nem elvárt előnnyel is jár, hogy az oxidálóközegben lezajló reakció következtében az alkalmazott berendezés szerkezeti elemeinek korróziós hajlama is csökken, mivel az érintkező felületeken egy passzíváié réteg alakul ki. így pl. költséges különleges anyagok helyett szerke-2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
