BOD i COD uklanjanje vodikovog peroksida

Vodikov peroksid (H2O2) koristi se za smanjenje BPK-a i COD-a industrijskih otpadnih voda već duži niz godina. Iako su troškovi uklanjanja BPK-a i COD-a kemijskom oksidacijom vodikovim peroksidom obično veći od onih fizičkim ili biološkim sredstvima, ipak postoje posebne situacije koje opravdavaju uporabu vodikovog peroksida. Oni uključuju: Predodređivanje otpadnih voda koje sadrže umjerene do visoke razine spojeva koji su toksični, inhibirajući ili upozoravaju na biološku obradu (npr. Pesticidi, plastifikatori, smole, rashladna sredstva i bojila);

• Predobrada otpadnih voda velike čvrstoće i malog protoka - gdje biočišćenje možda nije praktično - prije ispuštanja u postrojenja za pročišćavanje u javnom vlasništvu (POTW);

• Poboljšano odvajanje entrainiranih organskih procesa flotacijom i taloženjem; i

• Nabava dodatnog otopljenog kisika (DO) kada sustavi biološkog tretmana imaju privremena preopterećenja ili kvar opreme.

Kao što je naznačeno u tim primjerima, H2O2 se može koristiti, kao samostalni tretman, ili kao pojačanje postojećim fizičkim ili biološkim postupcima liječenja, ovisno o situaciji.

Rasprava o primjenama i mehanizmima H2O2

Izravna kemijska oksidacija upotrebom vodikovog peroksida

Vodikov peroksid može se koristiti sam ili s katalizatorima - poput željeza (Fe2 + ili Fe3 +), UV svjetlošću, ozonom (O3) i alkalijom - za oksidaciju spojeva koji stvaraju BOD / COD u otpadnim vodama. Vrsta potrebne oksidacije ovisi o vrsti prisutnog BOD / COD. Taj je odnos prisutan na slici ispod.

Napomena: Hoće li sustav oksidansa razgraditi određeni zagađivač (tj. Utjecati na njegov KOD) ovisit će o sustavu oksidanata i onečišćivaču. Oksidanti tipa A reagiraju samo sa zagađivačima tipa A; budući da oksidanti tipa C, koji su više reaktivni, reagiraju s većinom zagađivača. Međutim, oksidanti tipa C općenito preferiraju reakciju sa zagađivačima tipa A. Ako veliki udio BOD i COD doprinosi anorganskim reduciranim sumpornim spojevima poput sulfida, sulfida ili tiosulfata, tada je sam vodikov peroksid obično učinkovit. Ovisno o pH otpadne vode, oksidacijom ovih spojeva s H2O2 dobiva se sulfatni ili koloidni sumpor, koji ne doprinose BOD i COD. Ako su primatelji BOD i COD otopljeni organski slojevi, tada je potreban reaktivniji oksidacijski sustav. Umjerena aktivacija vodikovog peroksida može se postići: 1) alkalom (stvara perhidroksil ion, OOH- - aktivno sredstvo u sustavima za izbjeljivanje peroksida); 2) određeni prijelazni metali (npr. Volfram, vanadat, molibdat) koji tvore in-situ reaktivne peroksometalne komplekse; i 3) određene mineralne kiseline (npr. sumporne) koje tvore reaktivne peroksislatne derivate, poput peroksimonosupalne kiseline (Caro's Acid) ex-situ. Za nepopustljivije organske tvari poput kloriranih otapala potrebni su izuzetno reaktivni sustavi slobodnih radikala (nazvani napredni procesi oksidacije). Općenita reakcija koja koristi Fentonov reagens za smanjenje BOD i COD može se izraziti na sljedeći način:

Opseg oksidacije (a samim tim i stupanj izravne redukcije BOD / COD) obično ovisi o količini upotrijebljenog vodikovog peroksida. Teoretski zahtjev za vodikov peroksid je oko 2,1 lbs (100%) po lb-BOD i COD oksidiranih. U mnogim slučajevima, međutim, nije potrebna potpuna probava organskih spojeva do ugljičnog dioksida i vode. Djelomična oksidacija u međuprodukte minimizira potrošnju kemikalija i često rezultira znatnim smanjenjem BOD i COD i toksičnosti.

Pojačano fizičko odvajanje BOD i COD s vodikovim peroksidom

Pojačano fizičko razdvajanje BOD i COD s vodikovim peroksidom može se dogoditi na dva načina. U prvom slučaju, djelomična oksidacija organskih onečišćenja rezultira stvaranjem više polarnih (nabijenih) tvari koje su podložnije adsorpciji na koagulanse i flokulante. Kao što je prikazano u primjeru u nastavku, to omogućava učinkovitost uklanjanja BPK-a i COD-a s manjim dozama stehiometričnog vodikovog peroksida. U drugom slučaju, H2O2 osigurava pojačano fizičko odvajanje (flotaciju) masti, ulja i masti (FOG). To se događa prirodnim raspadanjem vodikovog peroksida na kisik i vodu, tj. Vodikov peroksid pretjerano će zasititi otpadnu vodu kisikom, što rezultira stvaranjem ravnomjerno raspršenih mikro-mjehurića koji iscrpljuju sastojke FOG-a dok se izdižu na površinu vode. U nekim slučajevima, to može povećati uklanjanje BPK-a kroz ćelije za flotaciju otopljenog zraka sa, na primjer, 50% do 90-95%. Tipične doze su 25-100 mg / L H2O2, čiji se trošak često može nadoknaditi uštedama u korištenju koagulanta - polielektrolitni polimer općenito je još uvijek potreban.

Vodikov peroksid (H2O2) kao dodatni izvor kisika

Učinkovitost uklanjanja BPK aerobnih procesa biološkog tretmana ovisi o brojnim čimbenicima, uključujući (ali ne ograničavajući se na njih): utjecaj opterećenja BPK, omjer F: M, temperaturu, razinu hranjivih tvari i koncentraciju otopljenog kisika (DO). Mnoga postrojenja za biološku obradu koriste vodikov peroksid za nadopunu razine DO kada kisikovi ograničeni uvjeti u bazama za prozračivanje ili lagunama rezultiraju lošim uklanjanjem BPK. Ovi se uvjeti mogu dovesti do neočekivanih vrhunaca u utjecajnim opterećenjima BPK-a; sezonske razlike u opterećenju BPK-a (npr. prerada voća i povrća); i vruće vrijeme - što smanjuje učinkovitost prijenosa kisika mehaničkom opremom za prozračivanje (tj. rastvorljivost O2 smanjuje se s povećanjem temperature). Ovi uvjeti mogu ili ne moraju biti popraćeni nakupljanjem vlaknastih nasipa (vidjeti komunalne otpadne vode: kontrola nasipanja navoja). Kada se vodikov peroksid koristi za dopunjavanje DO, on se dozira izravno u prozračni bazen biološkog sustava za obradu radi pružanja neposrednog izvora ČINI. Pretvorba vodikovog peroksida u DO u miješanu tekućinu s aktivnim muljem odvija se prema sljedećoj reakciji:

Teorijski potreba za vodikovim peroksidom: enzim H2O2 (100%) po mg / L po mg / L enzima DOCatalaze prirodni je katalizator razgradnje vodikovog peroksida, a nalazi se u svim miješanim tekućinama iz mulja, proizvedenim u većini aerobnih organizama. Budući da je ova enzimska razgradnja vodikovog peroksida vrlo brza, kisik dobiven vodikovim peroksidom je odmah dostupan za preuzimanje aerobnih organizama. Gornja reakcija pokazuje da će dva dijela vodikovog peroksida donijeti jedan dio DO. Stoga je količina vodikovog peroksida potrebna za oksigenaciju otpadnih voda iznenađujuće mala. Na primjer, teorijska količina vodikovog peroksida potrebna za povećanje DO za 1 mg / L u postrojenju za pročišćavanje u prosjeku protoka 5 MGD iznosi oko 17 gpd-50%. U stvarnoj praksi, zahtjev može biti veći zbog neučinkovitosti u preuzimanju kisika i nuspojava s oksidirajućim spojevima.

Napomena: Prilikom mjerenja otpadnih voda tretiranih vodikom peroksidom, važno je utvrditi zaostalu koncentraciju vodikovog peroksida (ako postoji) prije analize. To je zato što će H2O2 ometati obje ove analitičke metode. U standardnom BOD ispitivanju, zaostali vodikov peroksid u uzorku će osloboditi kisik tijekom ispitivanja, što rezultira "lažno niskom" vrijednosti BOD (1 mg / L H2O2 = 0,5 mg / L DO). U standardnom COD ispitivanju, zaostali vodikov peroksid reagirat će s kalijevim dikromatnim reagensom, rezultirajući "lažno visokom" vrijednosti COD-a. Za metode uklanjanja zaostalog vodikovog peroksida prije BOD i COD analize ili za matematički obračun zaostalog H2O2, pogledajte Interference s analitičkim metodama.

Reference

• Cole, CA, i dr., J.Water Pollut. Contr. Fed. 46: 2579-2592 (1974).

• Cole, CA, i dr., J.Water Pollut. Contr. Fed. 45: 829-836 (1973).

• Houtmeyers, J. et.al. "Vodikov peroksid kao dodatni izvor kisika za aktivirani mulj: mikrobiološka ispitivanja", Europska. J. Appl. Microhiol. 4: 295-305 (1977).

• Steiner, Norbert, et.al. "Iskustvo biljaka u korištenju vodikovog peroksida za poboljšanu flotaciju masti i uklanjanje BPK", okruženje. Napredak 11 (4): 261-264 (studeni 1992.).

• Perley, William J., et.al. "Upotreba vodikovog peroksida za suzbijanje uznemirjenja u obradi kombinirane rafinerije šećera i sanitarnih otpadnih voda", predstavljena u Kaliforniji. Contr. Fed., 64. godišnja konf., Sacramento, Kalifornija (9. travnja 1992).