Xyanua là một chất độc, hoạt động mạnh, trong công thức phân tử chứa nhóm anion  cacbon-nito. Xyanua có thể tồn tại ở dạng anion xyanua tự do (CN) hoặc ở dạng hợp chất như Xyanua kali (KCN), Cyanogen clorua (CNCl)... Mỗi dạng tồn tại của Xyanua sẽ  có đặc điểm và tính chất khác nhau, tuy nhiên, xyanua có tính độc mạnh và sẽ gây tử vong nếu để thấm qua da, hít phải hoặc ăn phải ở liều lượng lớn.

Thông thường, xyanua được chia làm 2 nhóm chính bao gồm nhóm phân ly axit mạnh (SAD) và nhóm phân ly axit yếu (WAD). SAD bao gồm  nhóm xyanua (CN) liên kết mạnh với vàng, kẽm, bạc, sắt hay là CO. Do đó, SAD thường khó bị oxy hoá hoặc phân huỷ. Xyanua ở dạng này thường được xử lý  bằng phương pháp vật lý như kết tủa hoặc màng lọc. Nhóm phân ly axit yếu (WAD) bao gồm các hợp chất xyanua dễ phân ly ở môi trường axit. WAD độc hơn và kém ổn định hơn về mặt hoá học so với SAD. Do đó, WAD có thể được xử lý bằng phương pháp sinh học hoặc hoá - lý.

Do đặc thù sản xuất khác nhau  nên  nước thải và nước rửa có những đặc tính khác nhau tuy nhiên, nhìn chung xyanua có đặc điểm, tính chất như sau:

-  Xyanua có thể tồn tại ở các thể rắn (các muối xyanua kiềm như NaCN, KCN thường tồn tại ở dạng tinh thể), thể lỏng (như axit  xyanhydric - HCN) và thể khí(như Dixyan - CN₂ –  khí này thường tan tốt trong H₂O và rượu). Tuy nhiên, xyanua ở cả thể rắn và thể lỏng đều tan tốt trong nước tạo thành các muối xyanua hoặc axit xyanhydric (HCN). Ở thể lỏng, một số muối xyanua của kim loại kiềm có thể phản ứng CO₂ trong không khí để tạo thành HCN theo phương trình (1):

2NaCN + CO₂ + H₂O à 2HCN + Na₂CO₃ (1)

- HCN và các xyanua có tính khử mạnh nên dễ dàng bị oxy hoá bởi oxy trong không khí hoặc các tác nhân oxy hóa để tạo thành xianat theo phương trình (2):

2CN + O₂ à 2CNO^- (2)

Tuy nhiên, sản phẩm phản ứng là xianat vẫn là chất độc hại, do đó khi sử dụng  biện pháp oxy hóa để xử lý CN trong nước thải thường phải bổ  sung thêm xúc tác để  quá trình oxy hóa xảy ra triệt để, sản phẩm cuối cùng tạo ra chỉ là CO₂ và nước.

-  Một số  muối xyanua kiềm và HCN khi ở nồng độ loãng 1:5000 có khả năng phân hủy theo phương trình (1) và (3). Tuy nhiên, phản ứng phân hủy thường diễn ra rất chậm.

HCN + 2H₂O à HCOONH₄ (3)

Bên cạnh đó, hầu hết xyanua có thể tan tốt trong nước và có khả năng tạo phức bền. Khi tạo phức sẽ tạo dung dịch ít độc hại hơn do khả năng phân ly thường rất nhỏ nên nồng độ CN tự do trong dung dịch thấp.

Nhờ một số tính chất đặc thù nên để loại bỏ xyanua ra khỏi nước thải có thể sử dụng một số phương pháp như: Phương pháp hấp phụ vật lý, phương pháp trao đổi ion, phương pháp kết tủa hóa học, phương pháp màng lọc và phương pháp oxi hóa. Bài báo này tập trung nghiên cứu khả năng xử lý xyanua trong nước thải bằng phương  pháp oxy hóa bởi hydroperoxyt (H₂O₂) và natrihypoclorit (NaOCl).

1. Phương pháp nghiên cứu

1.1. Thiết kế mô hình thí nghiệm

Mô hình thí nghiệm bao gồm 1 ngăn lắng có kích thước 50x50x50 cm, một ngăn phản ứng có kích thước 50x50x50 cm và một thiết bị khuấy từ được bố trí như sau:

Nước thải à Ngăn lắng à Ngăn phản ứng bằng (H₂O₂ và NaOCl).

1.2. Vận hành mô hình

Nước thải cấp cho mô hình được lấy từ  nước thải của dây chuyền tuyển, mỏ đồng, niken – Cao Bằng. Nước thải được lấy và nạp vào mô hình trong 4 ngày từ ngày 5/3/2023 đến ngày 8/3/2023. Để xử lý CN trong nước thải khi sử dụng H₂O₂ thì hàm lượng tương ứng là 1 – 3,5 mg H₂O₂/kg CN cần xử lý. Tuy nhiên, đối với một số nguồn nước đặc thù, có yếu tố gây nhiễu cao thì hàm lượng này có thể tăng lên. Do đó, tại ngăn phản ứng, thêm H₂O₂ 37% và NaOCl 82% vào, tiến hành thí nghiệm  với liều lượng lần lượt 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4 ml H₂O₂/l nước thải và 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 ml  NaOCl/l nước thải. Khi đó, sẽ  xảy ra phản  ứng giữa H₂O₂ và NaOCl với xyanua trong nước thải theo phương trình (4), (5):

2CN + H₂O₂ + OCl^- à 2OCN^-+ Cl^-+ H₂O  (4)

Khi có xúc tác CuSO₄

OCN^-+ 2 H₂O₂ à CO₂ + NH₃ + OH^-  (5)

1.3. Lấy mẫu và phân tích

Mô hình vận hành theo mẻ, mỗi mẻ  khoảng 60 lít. Mẫu được lấy từ  ngày 5/3/2023 đến ngày 8/3/2023 với tần suất 4 lần/ngày vào lúc 1h, 7h, 13h và 19h tương ứng với mỗi ca làm việc. Quá trình lấy mẫu, bảo quản và vận chuyển mẫu được thực hiện theo TCVN 4556:1988. Các thông số phân tích  bao gồm:  pH, clo  và  CN. pH được đo nhanh bằng máy đo pH cầm tay của Hana HI 98107 ngay tại hiện trường, hàm lượng clo được phân tích nội bộ  theo TCVN 6194:1996, CN được phân tích nội bộ  theo TCVN 6181:2015 tại phòng thí nghiệm môi trường - công ty TNHH dịch vụ tư vấn công nghệ môi trường Etech, số 172, đường Ngô Quyền, phường Kinh Bắc, Thành phố Bắc Ninh. Hiệu suất xử lý được xác định theo công thức:

H = (C_bd – C_{sau pư})/Cbd x 100%

Trong đó: H là hiệu suất xử lý

C_bd là nồng độ ban đầu của cấu tử

C_{sau pư} là nồng độ sau phản ứng của cấu tử

2. Kết luận

Trong thời gian nghiên cứu nước thải dây chuyền tuyển có giá trị pH, nồng độ CN và clo trung bình tương ứng là 8,33; 0,37 mg/l và 4085.63 mg/l. Ảnh hưởng của clo đối với quá trình xử lý không đáng kể, hiệu quả xử lý clo bằng H₂O₂ chỉ khoảng 0,16 – 0,25%. Tuy nhiên để giảm thiểu tác động của clo tới hiệu quả xử lý CN thì cần duy trì pH cao (pH > 8,5) hoặc có công trình loại bỏ clo ra khỏi nước thải. Liều lượng H2O2  37% và NaOCl 82% phù hợp  để  xử  lý là 1,0 : 0,5ml/l nước thải với thời gian phản ứng 20 phút. Hiệu quả xử lý CN ứng với nồng độ 0,41 mg/l đạt 85,37%.

Phương pháp xử  lý CN bằng H₂O₂ và NaOCl không đòi hỏi phải điều chỉnh pH, như vậy sẽ hạn chế được CN bay hơi. Với phương pháp này, thời gian phản ứng nhanh, hiệu suất cao rất phù hợp xử lý với lưu lượng lớn và xử lý theo mẻ.