Teknologi Pengolahan Sianida-Mengandung Air Limbah

Sianida secara spesifik mengacu pada senyawa dengan gugus -CN atau CN-, yang atom karbon dan nitrogennya dihubungkan melalui ikatan rangkap tiga. Ikatan rangkap tiga ini memberikan stabilitas yang cukup besar pada gugus sianida, sehingga memungkinkannya untuk berada sebagai satu kesatuan dalam reaksi kimia yang khas. Karena stabilitas yang tinggi ini, banyak metode pengolahan air limbah yang mengandung sianida-tidak ideal dalam hal efisiensi degradasi. Para sarjana dalam dan luar negeri telah meneliti dan mengembangkan berbagai metode untuk mendegradasi air limbah yang mengandung sianida-, termasuk metode alami, fisik, kimia, dan biologi. Namun, teknologi ini terutama berfokus pada sianida asam lemah yang dapat dipisahkan, sedangkan teknologi untuk mengolah sianida asam kuat relatif langka. Selain itu, produk utama dari proses pengolahan ini adalah sianat, dan teknologi yang dapat sepenuhnya memineralisasi sianida menjadi gas nitrogen atau nitrat jarang dilaporkan. Meskipun toksisitas sianat berkurang hingga seperseribu sianida, akumulasi sianat dalam jumlah besar masih dapat menyebabkan keracunan air dan mengakibatkan air limbah tidak memenuhi standar pembuangan. Artikel ini membagikan teknologi tradisional dan baru dalam pengolahan air limbah yang mengandung sianida-untuk para profesional pengolahan air.

Sianida-mengandung air limbah berasal dari tiga sumber utama: pertama, proses produksi sianida itu sendiri; kedua, industri yang menggunakan sianida, seperti pelindian sianida untuk emas, pelapisan listrik, dan pengolahan logam; dan ketiga, proses produksi produk kimia lainnya, seperti pabrik pupuk, pabrik gas, dan pabrik kokas. Emas dan pelapisan listrik adalah dua industri yang menghasilkan air limbah yang paling banyak mengandung sianida-. Proses ekstraksi emas yang paling matang dan banyak digunakan di dunia adalah sianidasi. Umumnya, mengolah satu ton konsentrat emas menghasilkan sekitar empat ton sianida-yang mengandung air limbah, dengan konsentrasi sianida berkisar antara 50 hingga 500 mg/L, dan terkadang bahkan lebih tinggi. Operasi pelapisan listrik menggunakan-larutan pelapisan sianida dengan konsentrasi tinggi, dengan konsentrasi CN- dalam air limbah pelapisan listrik mencapai 4000 hingga 100000 mg/L. Selain itu, larutan garam limbah quenching yang digunakan untuk pengerasan permukaan baja juga merupakan sumber polusi sianida dengan konsentrasi yang sangat tinggi, mencapai 10% hingga 15%.

1. Degradasi Alam

Degradasi alami sianida melibatkan pengangkutan sianida-air limbah yang mengandung ke kolam tailing. Melalui kombinasi proses fisik, kimia, dan biologis, konsentrasi sianida secara bertahap menurun, sementara ion logam berat mengendap, yang pada akhirnya mengolah air limbah yang mengandung sianida-. Metode ini memerlukan kolam tailing yang besar dan menghasilkan kualitas limbah yang buruk, sehingga sulit untuk mematuhi kebijakan lingkungan yang semakin ketat. Selain itu, dalam beberapa tahun terakhir, kecelakaan keselamatan dan lingkungan yang melibatkan kolam tailing sering terjadi di seluruh dunia. Pada tahun 2014, runtuhnya bendungan tailing di tambang Poli Hill di pusat British Columbia, Kanada, mengakibatkan sekitar 10 juta meter kubik air limbah dan 4,5 juta meter kubik lumpur mengalir ke hilir sungai. Pada tahun 2016, runtuhnya bendungan tailing di tambang Ridl di Kazakhstan menyebabkan kebocoran sianida, mencemari saluran air lebih dari 1.000 kilometer jauhnya dan melintasi perbatasan ke Rusia. Pada tahun 2019, runtuhnya bendungan tailing di tambang Brumadinho di Brasil mengakibatkan kebocoran 12 juta meter kubik air limbah tambang, menyebabkan kerusakan sepanjang 8 kilometer dan 250 kematian. Oleh karena itu, sebagian besar teknologi ini telah dihentikan (hanya beberapa pabrik kecil yang masih menggunakannya).

2. Metode Fisik

Metode fisik yang umum digunakan terutama mencakup adsorpsi dan pertukaran ion.

Adsorpsi memanfaatkan kekuatan permukaan adsorben untuk menarik sianida dari larutan ke antarmuka padat adsorben, sehingga mencapai pemisahan dan penghilangan dari air limbah. Teknologi ini cocok untuk-sianida konsentrasi rendah-yang mengandung air limbah. Metode adsorpsi dicirikan oleh biaya rendah, pengoperasian sederhana, dan kemampuan mendaur ulang sianida; namun, adsorpsi memerlukan lingkungan pH netral, selektivitas adsorben buruk (dapat menyerap komponen lain dalam air limbah), dan kapasitas adsorben terbatas sehingga memerlukan penggantian sering. Telah dilaporkan bahwa pabrik pelindian karbon di Australia Barat melakukan metode pemulihan-adsorpsi-skala percontohan pada tailing sianida dengan konsentrasi tembaga dan natrium sianida masing-masing 85 mg/L dan 158 mg/L, menggunakan resin adsorpsi V912 yang dikembangkan oleh Institut Penelitian Geologi Prancis. Kapasitas pengolahannya adalah 10 m³/hari, dan konsentrasi sianida bebas (CN-) dalam limbah kurang dari 0,5 mg/L.

Metode pertukaran ion menggunakan resin penukar ion untuk menyerap berbagai sianida yang ada dalam bentuk anionik dalam air limbah. Teknologi ini terutama untuk sianida kompleks logam, seperti yang ditunjukkan pada persamaan reaksi berikut.

Adsorpsi Pb(CN)₄²⁻, Ni(CN)₄²⁻, Au(CN)₂⁻, Ag(CN)₂⁻, Cu(CN)₂⁻, dll., serupa dengan yang dijelaskan di atas. Anion tiosianat memiliki kapasitas adsorpsi yang lebih kuat pada resin dibandingkan CN⁻ dan lebih mudah teradsorpsi pada resin. Pada resin penukar anion basa kuat, urutan pertukaran anion utama dalam air limbah pabrik sianida emas adalah sebagai berikut:

Zn(CN)₄²⁻＞Cu(CN)₃²⁻ SCN⁻＞CN⁻＞SO₄²⁻

3. Metode Kimia Metode kimia yang umum digunakan terutama mencakup pengasaman, klorinasi basa, sulfur dioksida-oksidasi udara, dan oksidasi elektrokimia.

Pengasaman adalah metode pengolahan yang paling umum digunakan di tambang emas dan pabrik pelapisan sianida di negara saya. Pertama, padatan yang diendapkan disaring dan dipisahkan dari air limbah yang mengandung sianida-. PH air limbah diatur menjadi sekitar 2 menggunakan asam sulfat. Kemudian, udara dimasukkan, menyebabkan sianida dalam air limbah menguap sebagai asam hidrosianat. Karena sianida sangat larut dalam larutan basa, ia diserap oleh larutan basa selama proses penguapan asam hidrosianat, sehingga sianida diperoleh kembali dan digunakan kembali untuk ekstraksi bijih emas. Metode ini cocok untuk mengolah-sianida konsentrasi tinggi-yang mengandung air limbah. Teknologi ini cocok untuk mengolah-sianida dengan konsentrasi tinggi-yang mengandung air limbah dan memiliki manfaat ekonomi tertentu. Namun, peralatan dan pengoperasiannya rumit, dan investasinya tinggi. Jika pengolahan awal tidak mencukupi, air limbah memerlukan pengolahan sekunder dengan menggunakan klorinasi atau aerasi untuk memenuhi standar pembuangan, sehingga prosesnya menjadi terlalu lama dan meningkatkan biaya pengolahan.

Jika oksidan ditambahkan ke sianida-yang mengandung air limbah, zat ini akan menghasilkan hipoklorit dalam kondisi basa. Selanjutnya, di bawah aksi hipoklorit, sianida dengan cepat dioksidasi menjadi sianogen klorida (CNCl). CNCl adalah zat yang sangat beracun, memerlukan pH reaksi lebih besar dari 11 untuk memastikan penguraian cepat sianogen klorida menjadi sianat lain yang kurang beracun (seperti NaCNO), yang kemudian teroksidasi sepenuhnya menjadi karbon dioksida dan nitrogen. Bersamaan dengan penghilangan sianida, ion logam dalam air limbah dapat membentuk endapan hidroksida dalam kondisi basa.

Metode klorinasi basa dibagi lagi menjadi metode satu-langkah dan dua-langkah. Reaksi klorin dioksida dan klorin dalam proses satu-langkah pengolahan air limbah yang mengandung sianida-ditunjukkan di bawah.

Dalam proses satu-langkah, diperlukan 1,04 g klorin dioksida untuk menghilangkan 1 g sianida.

Langkah pertama dari metode dua-langkah ini melibatkan penggunaan zat pengoksidasi, seperti klorin atau natrium hipoklorit, dalam kondisi basa (pH lebih besar dari atau sama dengan 11) untuk mengoksidasi sianida menjadi sianat (sianat jauh lebih tidak beracun dibandingkan sianida). Langkah kedua melibatkan penambahan lebih banyak klorin atau natrium hipoklorit, namun kali ini pada kondisi pH yang lebih rendah (pH 7-8), untuk selanjutnya mengoksidasi sianat menjadi karbon dioksida atau nitrogen. Reaksi pada langkah kedua ditunjukkan di bawah ini (tembaga dalam rumusnya juga dapat berupa logam lain, seperti perak atau seng).

Klorinasi adalah metode yang matang untuk mengolah air limbah yang mengandung sianida-, dengan hasil pengolahan yang baik, dan air limbah yang diolah memenuhi standar pembuangan. Namun, pengoperasiannya relatif rumit, metode pengolahannya hanya dapat dikonsumsi, dan berbiaya tinggi.

Metode oksidasi udara-sulfur dioksida, juga dikenal sebagai metode Inco, dikembangkan pada tahun 1982 oleh perusahaan patungan AS-Kanada, Inco (kemudian diakuisisi oleh Brasil). Teknologi ini menggunakan campuran SO2 dan udara sebagai oksidan dan tembaga sebagai katalis, mengendalikan pH antara 8 dan 10 untuk secara selektif mengoksidasi sianida bebas dan asam lemah-sianida yang dapat dipisahkan menjadi sianat. Secara bersamaan, logam mengendap dari larutan sebagai hidroksida, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah.

Metode oksidasi udara sulfur dioksida-dapat mencapai tingkat penghilangan sianida lebih dari 99,9% dan mengurangi logam berat dalam air hingga di bawah 1 mg/L. Dibandingkan dengan metode klorinasi basa, metode ini memiliki keunggulan seperti peralatan yang sederhana, investasi yang rendah, dan biaya reagen yang rendah, menjadikannya salah satu metode yang paling umum digunakan. Menurut statistik yang tidak lengkap, dalam enam tahun dari tahun 1984 hingga 1990, 32 tambang emas di Amerika Utara saja menggunakan metode ini. Tambang Emas Xincheng di Shandong, negara saya, berhasil menggunakan metode ini untuk mengolah air limbah sianida.

Metode oksidasi elektrokimia dibagi menjadi oksidasi langsung dan oksidasi tidak langsung. Oksidasi langsung menghilangkan sianida melalui elektro-oksidasi/elektro-reduksi pada permukaan elektroda. Oksidasi tidak langsung melibatkan oksidasi-reduksi antara elektroda dan media berair, menghasilkan radikal hidroksil, radikal superoksida, dan atom hidrogen yang bekerja pada sianida. Teknologi ini cocok untuk pengolahan awal air limbah-sianida konsentrasi tinggi-yang berasal dari pabrik pelapisan listrik, dimana air limbah yang diolah masih memerlukan klorinasi sekunder. Oksidasi elektrokimia adalah jenis metode oksidasi tingkat lanjut; teknologi serupa mencakup proses Fenton dan heterogen.

4. Metode Biologis Meskipun sianida sangat beracun, beberapa mikroorganisme masih menggunakannya sebagai sumber nitrogen dan bertahan hidup. Mikroorganisme ini memperoleh nutrisi penting seperti karbon dan nitrogen dari sianida, seperti Pseudomonas, Acinetobacter, Bacillus, dan Alcaligenes. Bagi beberapa mikroorganisme, sianida bahkan merupakan satu-satunya sumber karbon dan nitrogen. Metode biologis meliputi proses lumpur aktif dan filter biologis (aerasi langsung). Untuk mengolah air limbah-konsentrasi sianida-yang tinggi, proses gabungan seperti oksidasi udara basah-proses lumpur aktif atau proses biodegradasi hidrogen peroksida-layak dilakukan secara ekonomis.

1. Peningkatan Teknologi Koagulasi
Penelitian yang menggunakan FeSO₄ sebagai koagulan menunjukkan bahwa rasio molar Fe²⁺/TCN (total sianida) merupakan parameter utama yang menentukan efektivitas pengobatan. Jika rasio molar Fe²⁺/TCN kira-kira 2,5, penghilangan TCN yang hampir-sempurna dari air limbah oven kokas dapat dicapai. Salah satu strategi yang lebih baik adalah mengganti koagulan dengan poliferrik sulfat (PFS) yang dikombinasikan dengan polimer kationik yang tersedia secara komersial (nama polimer kationik tidak disebutkan dalam laporan). Metode ini telah diterapkan secara industri, dengan laju aliran 75 m³/jam. Air limbah terlebih dahulu menjalani pengolahan biologis, dan limbah biokimia mengandung sekitar 4,0 mg/L TCN. Setelah perlakuan koagulasi, konsentrasi TCN berkurang sekitar 20 kali lipat. Kemajuan lainnya adalah teknologi elektrokoagulasi (elektrokoagulasi). Teknologi ini dapat mencapai penghilangan total 100 mg/L sianida bebas (fCN) dalam simulasi air limbah tambang, namun belum divalidasi secara industri.

2. Peningkatan Adsorben Para peneliti dalam dan luar negeri telah menyelidiki berbagai bahan yang dapat digunakan sebagai adsorben untuk air limbah yang mengandung sianida-termasuk karbon aktif, hidrogel alginat, dan resin organologam, namun semuanya masih dalam tahap penelitian laboratorium. Satu adsorben berbiaya rendah-yang dibuat dengan mengkarbonisasi lumpur kota dan limbah bambu, dapat menyerap TCN dan fenol secara bersamaan, dengan biaya sekitar 6 yuan/kg, lebih rendah dibandingkan karbon aktif berkinerja tinggi. PH adsorpsi optimal untuk TCN dan fenol masing-masing adalah 8,0–10,0 dan 8,0; oleh karena itu, pada pH 8,0, penghilangan TCN 80% dan penghilangan fenol 70% dapat dicapai secara bersamaan. Namun, bahkan sebagai unit pengolahan kedua setelah pengolahan biologis, residu TCN dan fenol masih ada sehingga memerlukan pengolahan lebih lanjut.

3. Peningkatan Metode Oksidasi Tingkat Lanjut Menurut laporan literatur, katalis inovatif adalah oksida campuran Cu–Mn, diaktifkan pada suhu 250 derajat di bawah atmosfer argon. Dalam kondisi laboratorium, katalis ini menunjukkan kinerja yang baik dalam mendegradasi HCN. Jalur reaksi mencakup dua reaksi paralel: oksidasi menjadi N₂ dan nitrogen oksida, dan hidrolisis menjadi asam format dan amonia. Penelitian ini memecahkan masalah ketidakmampuan sianida untuk diubah menjadi N₂ dalam sistem elektrokimia. Metode lain menggabungkan oksidasi H₂O₂ dengan kavitasi hidrolik. Proses kavitasi menghasilkan radikal bebas seperti ·OH dari air. Meskipun efisiensi penghilangan oksidasi H₂O₂ atau kavitasi hidrolik saja tidak melebihi 70%, efek sinergis dari kedua metode ini hampir dapat menghilangkan sianida bebas sepenuhnya dengan konsentrasi awal 100–550 mg/L dari air limbah simulasi pada skala 10 L. Selain itu, metode yang menggabungkan oksidasi Na₂S₂O₈ dengan flokulasi besi valensi nol (Fe⁰) juga sedang diselidiki.

4. Peningkatan pada Elektroda Elektrokimia Boron-doped diamond (BDD) dual-anoda bidang + katoda grafit, elektroda titanium dengan lapisan nano platinum, dan elektroda PbO₂ semuanya telah mencapai hasil yang baik dalam-percobaan skala laboratorium. 5. Peningkatan Metode Perawatan Biologis
Proses pengolahan biologis yang inovatif berdasarkan resirkulasi lumpur, yaitu proses "anoksik/aerobik/anoksik/aerobik influen bertahap", diterapkan dalam kondisi industri di pabrik kokas. Konsentrasi sianida dalam air limbah asli adalah 78,2 mg/L. Setelah perlakuan awal untuk menghilangkan minyak dan menghilangkan sebagian sianida, konsentrasi sianida menurun menjadi 32,1 mg/L, dengan beberapa sianida diyakini telah membentuk kompleks logam. Tahap pengolahan biologis selanjutnya mengurangi konsentrasi sianida menjadi 0,2 mg/L, yang menurut penelitian, mungkin terkait dengan keterlibatan spesies *Thiobacillus* dan *Taureobacter*.

Kesimpulan
Secara keseluruhan, air limbah-yang mengandung sianida, karena strukturnya yang stabil, toksisitasnya yang tinggi, dan morfologinya yang kompleks, tetap menjadi salah satu target paling menantang dalam pengendalian pencemaran air. Teknologi pengolahan tradisional telah membentuk sistem yang relatif matang dalam praktik rekayasa, namun sebagian besar menargetkan penghilangan sianida bebas dan sianida kompleks lemah, seringkali berhenti pada tahap sianat dan gagal mencapai tingkat tidak berbahaya dan pemulihan sumber daya. Di sisi lain, teknologi yang sedang berkembang menunjukkan potensi yang signifikan dalam jalur reaksi, sistem material, dan intensifikasi proses, sehingga memberikan ide-ide baru untuk mengatasi tantangan sianida asam kuat dan mineralisasi lengkap. Namun, penerapannya-berskala besar masih dibatasi oleh beberapa faktor seperti biaya, stabilitas, dan kemampuan adaptasi teknis. Arah pengembangan pengolahan air limbah-yang mengandung sianida di masa depan harus beralih dari pendekatan-teknologi tunggal ke "sinergi-multiteknologi, kontrol hierarki, dan-optimasi proses penuh." Sambil memastikan keamanan pengolahan, penting untuk memperkuat pemahaman tentang mekanisme reaksi serta transformasi dan pembuangan produk, mendorong peningkatan dari "pembuangan yang sesuai" menjadi "pengolahan-yang meminimalkan risiko dan ramah lingkungan". Artikel ini secara sistematis mengulas teknologi tradisional dan teknologi baru untuk memberikan referensi bagi para insinyur dalam pemilihan proses, kombinasi teknologi, serta penelitian dan pengembangan inovatif. Hal ini juga mengantisipasi terobosan besar dalam mencapai mineralisasi sianida yang lengkap dan aplikasi rekayasa.