Kinetyka utleniania cyjanków za pomocą ozonu

• Autorzy: Kępa U

Warianty tytułu

EN

Kinetics of cyanide oxidation by ozone in water

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Określenie kinetyki utleniania cyjanków za pomocą ozonu jest niezbędne dla skutecznego usuwania tego zanieczyszczenia w procesach uzdatniania wody. Badania prędkości utleniania cyjanków były prowadzone przez różnych naukowców, jednakże wyniki przez nich uzyskane nie były jednoznaczne. Wyznaczone rzędowości reakcji wahały się w zakresie wartości 0 do 2. Badacze nie byli również zgodni co do wpływu wartości odczynu na kinetykę procesu ozonowania. W niniejszej pracy określono kinetykę reakcji utlenienia cyjanków ozonem, wyznaczając rzędowości reakcji oraz obliczając wartość obserwowanej stałej szybkości reakcji. Opisano również wpływ wartości pH na przebieg procesu utlenienia, przyjmując pewne założenia upraszczające. Proces prowadzono w warunkach, jakie występują w trakcie uzdatniania wody w ciągu technologicznym stacji - przy stałym stężeniu ozonu w fazie wodnej. Stwierdzono, że dla badanych warunków proces utleniania przebiegał zgodnie z równaniem kinetyki pierwszego rzędu. Podobną rzędowość reakcji ustalono w badaniach Sondaka i Dodge’a oraz Balyanskiego. Wyznaczone równania funkcji f(t) = ln[CN] posłużyły do obliczenia obserwowanej stałej szybkości reakcji, której wartość zależna była od odczynu preparowanej wody. Wykazano, że dla pH = 9,0 kobs = 1,11•10−2, natomiast dla pH = 7,0 kobs = 1,39•10−3. Znaczne obniżenie wartości stałej kobs dla wody o niższym pH świadczy o tym, że na mechanizm utleniania cyjanków wpływała przede wszystkim forma, w jakiej występował ksenobiotyk. W miarę obniżania odczynu wody następował spadek stężenia jonów cyjankowych, natomiast wzrastała koncentracja cyjanowodoru. Z przeprowadzonych badań wynika, że główną rolę w utlenianiu cyjanków odgrywała reakcja ozonu z jonami cyjankowymi.

EN

Cyanides belong to substances which pose a serious health risk to people and other living organisms. Their appearance in water, even in low concentrations, has a very unfavourable effect on water environment. Ozonation is one of the methods which enables effective removal of cyanides from water. Ozone is one of the strongest oxidants. Due to the fact that it can be produced in large quantities and at competitive prices in comparison to chlorine and it decomposes to oxygen, ozone can be used to neutralize cyanides. In the process of oxidation no harmful by-products are produced, and the process shows high efficiency for high as well as low initial concentrations of cyanides. The determination of the kinetics of oxidation of cyanides to cyanates is necessary to achieve efficient ozonation of cyanides. This has been the subject of investigation of many authors. However, the data reported by different authors are not conclusive. The reported values of the reaction order range from 0 to 2 depending on the authors. Also, the researchers are not in agreement with one another as to the effect of the pH on the kinetics of the ozonation process. The main aim of this study was to determine the kinetics of the oxidation of cyanides using ozone. The scope of the study included the determination of the reaction order and calculation of the observed value of the reaction rate constant. The influence of pH on the oxidation process was also examined. The kinetics of the reaction was based on the rate of cyanides removal. For the determination of the kinetics of oxidation of cyanides with ozone some simplifying assumptions were made. The process was conducted under conditions typical for the water treatment in a technological cycle at a water treatment station with the constant concentration of ozone in the water phase. In the presented investigation the rates of removal of cyanides for the various initial concentrations were determined. The determination of the reaction order for cyanides ozonation was performed by using a graphic method. It was found that for the examined conditions of the process, oxidation followed the first-order equation. A similar order of reaction was determined in the research of Sondak and Dodge and Balyanski. The determined equations of the function f(t) = ln[CN] were used to calculate the observed value of the reaction rate constant, the value of which depended on the water pH. For pH = 9.0 kobs = 1.11•10-2whereas for pH = 7.0 kobs = 1.39•10-3. A significant de-crease in the value of the constant kobs proves that the mechanism of cyanate oxidation is influenced mostly by the form in which this contamination occurs. As the pH of water de-creases, a reduction of cyanide ions concentration takes place while the concentration of acidic forms of hydrogen cyanide increases. The conducted research shows that the reaction of ozone with cyanide ions plays the main part in cyanide oxidation.

Słowa kluczowe

PL

ozonowanie; cyjanki; kinetyka reakcji chemicznych

EN

ozonation; cyanide; kinetics of reaction

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 15, nr 3
• Strony: 265--275
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz.

Twórcy

autor

Kępa U

• Politechnika Częstochowska, Instytut Inżynierii Środowiska ul. Brzeźnicka 60a, 42!200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Biń A., Zieliński J., Chemiczna degradacja zanieczyszczeń w ściekach przemysłowych, Rocznik Ochrona Środowiska 2000, 2, 383-405.
• [2] Filipkowska U., Rodziewicz J., Krzemieniewski M., Dłuska E., Efficiency of reactive orange 16 dye removal by ozonation, Rocznik Ochrona Środowiska 2008, 10, 47-56.
• [3] Selm R. P., Ozon Oxidation of Aqueous Cyadied Waste Solutions in Stirred Batch Reactors and Packed Towers, “Ozone Chemistry and Technology: Advances in Chemistry Series” American Chemical Society 1959, 66-77.
• [4] Kunicki W., Ozonowanie cyjankowych ścieków galwanicznych w WSK-PZL-Mielec jako zastosowanie nowej, efektywnej technologii obróbki ścieków, Powłoki Ochronne 1981, 4-5 (50-51), 34-36.
• [5] Rice R.G., Application of Ozone for Industrial Wastewater Treatment – a Review, Ozone Science and Engeenering, International Ozone Association, USA, 1997, 477-515.
• [6] Carrillo-Pedroza F.R., Nava-Alonso F., Uribe-Salas A., Cyanide oxidation by ozone in cyanidation tailings: reaction kinetics, Minerals Engineering 2000, 13, 5, 541-548.
• [7] Khandelwal K.K., Barduhn A.J., Grove C.S., Kinetics of Ozonation of Cyanides. Ozone Chemistry and Technology, American Chemical Society, Washington 1959, za Zeevalkink J.A., Visser D. C., Arnoldy P., Boelhouwer C., Mechanism and kinetics of cyanide ozonation in water, Water Research 1980, 14, 1379-1387.
• [8] Rowley W.J., Otto F.D., Ozonation of cyanide with emphasis on Gold Mill wastewaters, The Canadian Journal of Chemical Engineering 1980, 58, 646-653.
• [9] Sondak N.E., Dodge B.F., The oxidation of cyanide-bearing plating wastes by ozone. Plating, 1961, 48, 173-180, za Zeevalkink J.A., Visser D.C., Arnoldy P., Boelhouwer C., Mechanism and kinetics of cyanide ozonation in water, Water Research, 1980, 14, 1379-1387.
• [10] Balyanskii G.V., Selin M.E., Kolychev V.B., Ozonation on simple cyanides in water, Zh. Prikl. Khim. 1972, 45, 2152-2156, za Zeevalkink J.A., Visser D.C., Arnoldy P., Boelhouwer C., Mechanism and kinetics of cyanide ozonation in water, Water Research 1980, 14, 1379-1387.
• [11] Smboonochai W., Nopharatana M., Songakasiri W., Kinetics of cyanide oxidation in cassava starch production process, Journal of Food Engineering 2008, 84, 563-568.
• [12] Barriga-Ordonez F., Nava-Alonso F., Uribe-Salas A., Cyanide oxidation by ozone in steady- -state flow bubble column, Minerals Engineering 2006, 19, 117-122.
• [13] Kunicki W., Technologia i urządzenia do unieszkodliwiania cyjankowych ścieków galwanicznych za pomocą ozonu, Powłoki Ochronne 1980, 4-5, 10-15.
• [14] Soto H., Nava F., Leal J., Jara J., Regeneration of cyanide by ozone oxidation of thiocyanate in cyanidation tailings, Minerals Engineering 2000, 8,3, 273-281.