Peroxid vodíka odstraňujúci BSK a COD

- Jun 11, 2019-

Peroxid vodíka (H2O2) sa už mnoho rokov používa na zníženie BSK a COD priemyselných odpadových vôd. Zatiaľ čo náklady na odstránenie BSK a CHSK chemickou oxidáciou peroxidom vodíka sú zvyčajne vyššie ako náklady na fyzikálne alebo biologické prostriedky, existujú však osobitné situácie, ktoré opodstatňujú použitie peroxidu vodíka. Patria sem: predgestácia odpadových vôd, ktoré obsahujú stredné až vysoké hladiny zlúčenín, ktoré sú jedovaté, inhibičné alebo necitlivé na biologické čistenie (napr. Pesticídy, plastifikátory, živice, chladivá a farbivá);

  • Predúprava vysokopevnostných / nízkoprietokových odpadových vôd - ak biopríprava nemusí byť praktická - pred vypustením do verejne vlastnených úpravní (POTW);

  • Zvýšená separácia unášaných organických látok pomocou flotačných a usadzovacích procesov; a

  • Dodávka doplnkového rozpusteného kyslíka (DO), keď systémy biologického spracovania zažívajú dočasné preťaženie alebo zlyhanie zariadenia.

Ako je uvedené v týchto príkladoch, H2O2 sa môže v závislosti od situácie použiť ako samostatné ošetrenie alebo ako vylepšenie existujúcich procesov fyzikálneho alebo biologického ošetrenia.

Diskusia o aplikáciách a mechanizmoch H2O2


Priama chemická oxidácia s použitím peroxidu vodíka

Peroxid vodíka sa môže používať samostatne alebo s katalyzátormi - ako je železo (Fe2 + alebo Fe3 +), UV svetlo, ozón (O3) a alkalické látky - na oxidáciu zlúčenín prispievajúcich k BSK / COD v odpadových vodách. Typ potrebnej oxidácie závisí od typu BSK / COD. Tento vzťah je uvedený na nasledujúcom obrázku.

Oxidačný systém Chemická spotreba kyslíka
Typ A
(Sulfid, tiosíran, siričitan)
Typ B
(Fenoly, kyanidy, amíny)
Typ C
(BTEX, TOCl, parafíny)
Typ A
H2O2 X

Typ B
H2O2 / OH- X X
H202 / M + X X
H202 / H + X X
Typ C
H202 / Fe X X X
H202 / 03 X X X
H202 / UV X X X

Poznámka: Či oxidačný systém degraduje špecifickú znečisťujúcu látku (tj ovplyvní jej CHSK), bude závisieť od oxidačného systému a znečisťujúcej látky. Oxidanty typu A reagujú iba so znečisťujúcimi látkami typu A; zatiaľ čo oxidanty typu C sú reaktívnejšie a reagujú s väčšinou znečisťujúcich látok. Oxidanty typu C však všeobecne reagujú prednostne so znečisťujúcimi látkami typu A. Ak veľkú časť BSK a CHSK prispievajú anorganické redukované zlúčeniny síry, ako sú sulfidy, sulfidy alebo tiosírany, potom je zvyčajne účinný iba peroxid vodíka. V závislosti od pH odpadovej vody oxidácia týchto zlúčenín pomocou H202 poskytne síran alebo koloidnú síru, ktoré neprispievajú ani k BSK a CHSK. Ak sú hlavnými prispievateľmi k BSK a CHSK rozpustené organické látky, je potrebný reaktívnejší oxidačný systém. Miernu aktiváciu peroxidu vodíka je možné dosiahnuť: 1) zásadou (generovanie perhydroxylového iónu, OOH - aktívna látka v peroxidových bieliacich systémoch); 2) určité prechodné kovy (napr. Wolfrám, vanadičnan, molybdénan), ktoré vytvárajú reaktívne peroxometálne komplexy in situ; a 3) určité minerálne kyseliny (napr. kyselina sírová), ktoré vytvárajú reaktívne deriváty peroxykyseliny, ako je kyselina peroxymonosírová (kyselina Carova) ex-situ. Pre odolnejšie organické látky, ako sú chlórované rozpúšťadlá, sú potrebné extrémne reaktívne systémy voľných radikálov (nazývané pokročilé oxidačné procesy). Všeobecná reakcia, pri ktorej sa používa Fentonovo činidlo na redukciu BSK a COD, sa môže vyjadriť takto:

S Fe + 2
Krok 1: BOD / COD + H2O2 ---> čiastočne oxidované druhy
S Fe + 2
Krok 2: čiastočne oxidované druhy + H2O2 ---> CO2 + H2O + anorganické soli

Rozsah oxidácie (a teda aj stupeň priamej redukcie BSK / COD) typicky závisí od množstva použitého peroxidu vodíka. Teoretická požiadavka na peroxid vodíka je asi 2,1 libry (ako 100%) na lb-BOD a oxidovaný CHSK. V mnohých prípadoch však nie je potrebné úplné trávenie organických zlúčenín na oxid uhličitý a vodu. Čiastočná oxidácia na medziprodukty minimalizuje chemickú spotrebu a často vedie k podstatnému zníženiu BSK a CHSK a toxicity. Oxidácia BSK a CHSK

Vylepšené fyzikálne oddelenie BSK a CHSK s peroxidom vodíka

 

Zvýšená fyzická separácia BSK a COD peroxidom vodíka môže nastať dvoma spôsobmi. V prvom prípade vedie čiastočná oxidácia organických kontaminantov k polárnejším (nabitým) látkam, ktoré sú lepšie absorbovateľné na koagulanty a flokulanty. Ako je ilustrované v príklade nižšie, umožňuje to účinnosť odstraňovania BSK a COD pri nižších ako stechiometrických dávkach peroxidu vodíka. V druhom prípade poskytuje H2O2 zvýšenú fyzikálnu separáciu (flotáciu) tukov, olejov a mazadiel (FOG). K tomu dochádza prirodzeným rozkladom peroxidu vodíka na kyslík a vodu, to znamená, že peroxid vodíka nahradí odpadovú vodu kyslíkom, čo vedie k tvorbe rovnomerne dispergovaných mikrobubliniek, ktoré zachytávajú zložky FOG pri ich stúpaní na povrch vody. V niektorých prípadoch to môže zvýšiť odstránenie BSK prostredníctvom flotačných buniek rozpusteného vzduchu, napríklad z 50% na 90-95%. Typické dávky sú 25 - 100 mg / l H2O2, náklady, ktoré sa môžu často vyrovnať úsporám pri použití koagulantu - je všeobecne potrebný polyelektrolytový polymér. Odstránenie BOD a COD

Peroxid vodíka (H2O2) ako doplnkový zdroj kyslíka

 

Účinnosť odstránenia BSK pri procesoch aeróbneho biologického spracovania závisí od mnohých faktorov vrátane (ale nielen): zaťaženia pôsobením BSK, pomeru F: M, teploty, hladín živín a koncentrácií rozpusteného kyslíka (DO). Mnoho zariadení na biologické spracovanie používa peroxid vodíka na doplnenie hladín DO, keď podmienky s obmedzeným obsahom kyslíka v aeračných nádržiach alebo lagónoch vedú k zlému odstráneniu BSK. Tieto podmienky môžu byť spôsobené neočakávanými vrcholmi pri ovplyvňovanom zaťažení BSK; sezónne výkyvy v zaťažení BSK (napr. spracovanie ovocia a zeleniny); a horúce počasie - ktoré znižuje účinnosť prenosu kyslíka pomocou mechanického prevzdušňovacieho zariadenia (tj rozpustnosť O2 klesá so zvyšovaním teploty). Tieto podmienky môžu alebo nemusia byť sprevádzané vláknitým objemom (pozri Mestské aplikácie odpadových vôd: Kontrola vláknitého hromadenia). Keď sa peroxid vodíka používa na doplnenie DO, dávkuje sa priamo do prevzdušňovacej nádrže biologického čistiaceho systému, aby poskytol okamžitý zdroj DO. Konverzia peroxidu vodíka na DO v zmesi aktivovaného kalu sa uskutočňuje podľa nasledujúcej reakcie:

(Katalázový enzým)
2 H2O2 ---> 02 + 2 H2O

Teoretická požiadavka na peroxid vodíka: 0,48 libier H2O2 (100%) na mg / l DOCatalázový enzým je prírodný katalyzátor rozkladu peroxidu vodíka a nachádza sa vo všetkých aktivovaných kaloch zmiešaných v kvapalinách, ktoré produkuje väčšina aeróbnych organizmov. Pretože tento enzymatický rozklad peroxidu vodíka je veľmi rýchly, kyslík dodávaný peroxidom vodíka je okamžite k dispozícii pre absorpciu aeróbnym organizmom. Uvedená reakcia ukazuje, že dve časti peroxidu vodíka poskytnú jednu časť DO. Preto je množstvo peroxidu vodíka potrebné na okysličenie odpadovej vody prekvapivo malé. Napríklad teoretické množstvo peroxidu vodíka potrebné na zvýšenie DO o 1 mg / l v čističke s priemerným prietokom 5 MGD je asi 17 gpd-50%. V skutočnej praxi môže byť požiadavka vyššia z dôvodu neúčinnosti absorpcie kyslíka a vedľajších reakcií s oxidovateľnými zlúčeninami.


Poznámka: Pri meraní BSK alebo CHSK odpadových vôd ošetrených peroxidom vodíka je dôležité pred analýzou určiť zvyškovú koncentráciu peroxidu vodíka. Je to preto, lebo H2O2 bude interferovať s oboma týmito analytickými metódami. Pri štandardnom teste BSK zvyškový peroxid vodíka vo vzorke uvoľní kyslík počas skúšobného obdobia, čoho výsledkom bude „falošne nízka“ hodnota BSK (1 mg / l H2O2 = 0,5 mg / l DO). Pri štandardnom teste COD bude zvyškový peroxid vodíka reagovať s reagentom dichrómanu draselného, ​​čo vedie k „falošne vysokej“ hodnote CHSK. Metódy na odstránenie zvyškového peroxidu vodíka pred analýzou BSK a COD alebo na matematické vyjadrenie zvyškového H2O2 pozri v časti Interferencie s analytickými metódami.



Referencie

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

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

  • Houtmeyers, J. a kol. "Peroxid vodíka ako doplnkový zdroj kyslíka pre aktivovaný kal: mikrobiologické vyšetrenia", európsky. J. Appl. Microbiol. 4: 295 - 305 (1977).

  • Steiner, Norbert, et.al. "Skúsenosti rastlín s použitím peroxidu vodíka na vylepšené odtučnenie tukov a odstránenie BSK", Environ. Progress 11 (4): 261 - 264 (november 1992).

  • Perley, William J., a kol. "Použitie peroxidu vodíka na kontrolu ťažkostí pri úprave kombinovanej rafinácie cukru a sanitárnej odpadovej vody", prezentované na konferencii Calif. Water Pollut. Contr. Fed., 64. výročná konf., Sacramento, Kalifornia (9. apríla 1992).