Trong quá trình phát triển công nghiệp, khai thác khoáng sản, vấn đề ô nhiễm nước thải ngày càng trở nên nghiêm trọng, trong đó xyanua là một trong những chất ô nhiễm nguy hiểm cần được đặc biệt quan tâm. Nếu không được kiểm soát và xử lý đúng cách, xyanua có thể tồn lưu lâu dài trong môi trường nước, gây suy giảm chất lượng nguồn nước và đe dọa đến đời sống sinh hoạt của cộng đồng. Do đó, việc nghiên cứu đặc điểm, phân loại và các phương pháp xử lý nước thải chứa xyanua là yêu cầu cấp thiết, góp phần đảm bảo an toàn môi trường và hướng đến sự phát triển bền vững.
Xyanua là một hợp chất hóa học được hình thành trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải. Đây là chất có độc tính cao và mang tính oxy hóa mạnh. Khi xyanua bị thải ra môi trường, nó có thể phát sinh khí độc, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người.
Xyanua có khả năng gây ô nhiễm môi trường nước, làm suy giảm lượng oxy hòa tan và dẫn đến nhiều vấn đề sức khỏe như ngộ độc, đau đầu. Nếu không được kiểm soát và xử lý phù hợp, xyanua có thể tồn tại lâu dài trong môi trường và gây tác động xấu đến đời sống của người dân.
Ở nồng độ thấp, việc tiếp xúc với xyanua có thể gây ra các triệu chứng như khó thở, đau tim, nôn mửa, đau đầu và phì đại tuyến giáp… Chỉ cần khoảng 50–200 mg xyanua hoặc hít phải khí xyanua với nồng độ 0,2% cũng có thể gây tử vong ngay lập tức đối với người trưởng thành. Vì vậy, cần đặc biệt thận trọng khi tiếp xúc và phải đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc với chất này. Xyanua có công thức hóa học là NO₂⁻, tồn tại dưới dạng ion nitrit và có thể xuất hiện trong nước thải từ các nguồn như hệ thống xử lý nước thải, hoạt động nông nghiệp, công nghiệp và khai thác khoáng sản…
Khi xyanua bị thải ra môi trường, nó có thể phát sinh khí độc, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người
Hiện nay có nhiều phương pháp được áp dụng để xử lý nước thải chứa xyanua, tuy nhiên việc lựa chọn phương án phù hợp còn phụ thuộc vào công nghệ sản xuất cụ thể của từng doanh nghiệp. Dựa trên đặc tính hóa học, xyanua thường được chia thành 2 nhóm chính:
Dựa trên đặc tính hóa học, xyanua thường được chia thành nhiều loại
Nhằm giúp các đơn vị, doanh nghiệp có thêm thông tin trong việc lựa chọn giải pháp phù hợp, Đại Nam xin giới thiệu đến Quý khách 5 phương pháp phổ biến hiện nay thường được áp dụng để xử lý nước thải có chứa xyanua một cách an toàn và đạt hiệu quả cao:
Hấp phụ là một trong những phương pháp xử lý được đánh giá là phù hợp đối với các dòng nước thải có hàm lượng xyanua ở mức thấp đến trung bình. Nguyên lý của phương pháp này dựa trên khả năng giữ lại xyanua của các vật liệu hấp phụ khi nước thải tiếp xúc trực tiếp với bề mặt của chúng.
Việc áp dụng phương pháp hấp phụ mang lại nhiều lợi thế đáng kể, đặc biệt là chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành tương đối thấp so với nhiều công nghệ xử lý khác. Sau khi xyanua được giữ lại trên bề mặt vật liệu hấp phụ, trong một số trường hợp, chúng có thể được giải hấp để thu hồi và tái sử dụng, tuy nhiên quá trình này cần được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả kinh tế.
Các loại vật liệu được sử dụng trong quá trình hấp phụ xyanua khá đa dạng, bao gồm than hoạt tính, bã cà phê, vỏ cà phê, vỏ trứng và nhiều vật liệu tự nhiên hoặc tổng hợp khác. Mặc dù có nhiều ưu điểm, phương pháp hấp phụ cũng tồn tại những hạn chế nhất định, điển hình là chỉ phát huy hiệu quả tốt đối với nước thải có nồng độ xyanua thấp và hoạt động ổn định nhất trong điều kiện pH trung tính. Khi nồng độ xyanua cao hoặc pH thay đổi lớn, hiệu suất hấp phụ có thể giảm đáng kể.
Kết tủa hóa học là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải chứa xyanua, đặc biệt là đối với các hợp chất xyanua thuộc nhóm phân li axit mạnh (SAD). Nguyên lý của phương pháp này là bổ sung các ion kim loại hoặc kim loại thích hợp vào nước thải nhằm tạo ra các phức chất kim loại – xyanua không tan hoặc các dạng kết tủa mới.
Sau khi các hợp chất kết tủa được hình thành, chúng sẽ được loại bỏ khỏi nước thải bằng các phương pháp cơ học như lắng, lọc hoặc tách bùn. Nhờ cơ chế xử lý tương đối đơn giản, phương pháp kết tủa hóa học có ưu điểm về mặt kinh tế, đặc biệt phù hợp với các hệ thống xử lý nước thải có lưu lượng lớn và hoạt động liên tục trong thời gian dài.
Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những giới hạn nhất định. Cụ thể, kết tủa hóa học không thể xử lý triệt để tất cả các dạng xyanua, đặc biệt là các hợp chất xyanua khó phân hủy. Do đó, trong nhiều trường hợp, cần kết hợp phương pháp này với các kỹ thuật oxy hóa hoặc các phương pháp tách vật lý khác để nâng cao hiệu quả xử lý tổng thể. Ngoài ra, việc kiểm soát pH của nước thải ở mức phù hợp là yếu tố quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hình thành và ổn định của các kết tủa.
Lọc màng là một công nghệ tách vật lý hiện đại, sử dụng các loại màng lọc có kích thước lỗ lọc xác định để loại bỏ các chất ô nhiễm, trong đó có xyanua, ra khỏi nước thải. Trong quá trình này, nước thải được tạo áp lực để đi qua màng, các ion, phân tử hoặc hạt có kích thước lớn hơn lỗ màng sẽ bị giữ lại, trong khi nước sạch và một số ion nhỏ hơn có thể đi qua.
Một số hệ thống xử lý nước thải chứa xyanua sử dụng công nghệ thẩm thấu ngược (RO) hoặc điện thẩm tách nhằm tăng hiệu quả loại bỏ các hợp chất hòa tan. Trong thực tế, các công đoạn tiền xử lý như vi lọc hoặc siêu lọc thường được áp dụng trước khi đưa nước thải vào hệ thống RO nhằm giảm tải cho màng và kéo dài tuổi thọ thiết bị.
Công nghệ lọc màng cho hiệu quả xử lý xyanua rất cao và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm nổi bật, phương pháp này cũng tồn tại không ít hạn chế như chi phí đầu tư ban đầu lớn, chi phí vận hành và bảo dưỡng cao, yêu cầu thay thế màng định kỳ với chi phí đáng kể. Ngoài ra, hệ thống lọc màng thường tiêu tốn nhiều năng lượng và có thể làm giảm lưu lượng nước thải được xử lý nếu không được thiết kế và vận hành hợp lý.
Trao đổi ion (Ion Exchange – IX) là phương pháp xử lý nước thải chứa xyanua dựa trên sự kết hợp giữa các cơ chế vật lý và phản ứng hóa học. Trong quá trình này, nước thải được dẫn qua các cột chứa nhựa trao đổi ion, tại đó các ion mang điện tích trong nước, bao gồm các anion xyanua, sẽ được giữ lại thông qua cơ chế trao đổi.
Việc lựa chọn loại nhựa trao đổi ion phù hợp đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả xử lý. Đối với nước thải có chứa xyanua, các loại nhựa chelat hoặc nhựa anion bazơ mạnh (SBA) thường được ưu tiên sử dụng. Khi nước thải đi qua cột IX, nhựa sẽ giữ lại các anion xyanua, đồng thời cho phép nước đã được xử lý tiếp tục chảy ra ngoài. Sau một thời gian vận hành, nhựa có thể được tái sinh để tiếp tục sử dụng.
Nhìn chung, phương pháp trao đổi ion phù hợp với các cơ sở sản xuất có nhu cầu xử lý nước thải lưu lượng lớn nhưng nồng độ xyanua tương đối thấp, nhằm đưa hàm lượng xyanua xuống dưới mức cho phép theo quy định. Ngoài ra, phương pháp này còn có ưu điểm trong việc thu hồi một số kim loại có giá trị. Tuy nhiên, IX cũng có những nhược điểm như chi phí đầu tư, vận hành và bảo trì cao. Khi nồng độ xyanua trong nước thải tăng, tần suất tái sinh nhựa sẽ lớn hơn, làm giảm tuổi thọ của vật liệu. Việc kiểm soát pH trong suốt quá trình vận hành cũng là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo hiệu suất xử lý ổn định.
Oxy hóa là phương pháp xử lý dựa trên việc phá vỡ cấu trúc hóa học của xyanua bằng cách sử dụng các chất oxy hóa mạnh hoặc các tác nhân thích hợp khác. Quá trình này nhằm cắt đứt liên kết ba giữa carbon và nitơ trong các hợp chất xyanua, đặc biệt là các dạng xyanua thuộc nhóm WAD. Sản phẩm của quá trình oxy hóa thường là cyanate (OCN⁻), một hợp chất có độc tính thấp hơn nhiều so với xyanua ban đầu và kém ổn định hơn trong môi trường.
Có nhiều phản ứng oxy hóa xyanua khác nhau tùy thuộc vào loại hóa chất được sử dụng. Một số chất oxy hóa phổ biến bao gồm hydrogen peroxide, clo, oxy, hypochlorite, sulfur dioxide và các tác nhân oxy hóa khác. Các chất này đều có khả năng nhận electron từ anion xyanua để chuyển hóa chúng thành các dạng ít độc hại hơn.
Phần lớn các phản ứng oxy hóa hóa học yêu cầu môi trường pH cao, thường từ 12 trở lên, để đạt hiệu quả xử lý tối ưu. Riêng một số tác nhân như chlorine dioxide có thể hoạt động hiệu quả trong khoảng pH từ 9 đến 12. Để đảm bảo quá trình oxy hóa diễn ra hoàn toàn, lượng chất oxy hóa cần được tính toán phù hợp với nồng độ xyanua có trong nước thải. Trong trường hợp hàm lượng xyanua quá cao, phương pháp oxy hóa hóa học có thể cần kết hợp thêm các biện pháp sinh học nhằm nâng cao hiệu quả xử lý tổng thể.
Các phương pháp phổ biến hiện nay thường được áp dụng để xử lý nước thải có chứa xyanua
Xyanua là một chất ô nhiễm độc hại với nhiều dạng tồn tại khác nhau trong nước thải, mỗi dạng lại có những đặc tính hóa học và mức độ nguy hiểm riêng. Việc phân loại xyanua thành các nhóm như SAD và WAD giúp làm rõ bản chất của từng loại, từ đó tạo cơ sở cho việc lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp. Vì vậy, trong thực tế, việc kết hợp linh hoạt nhiều phương pháp xử lý cùng với kiểm soát chặt chẽ các thông số vận hành là hướng đi hiệu quả nhằm giảm thiểu hàm lượng xyanua trong nước thải, bảo vệ môi trường nước và sức khỏe con người một cách bền vững.
