BOD en COD verwijderen van waterstofperoxide

Waterstofperoxide (H2O2) wordt al vele jaren gebruikt om de BOD en COD van industrieel afvalwater te verminderen. Hoewel de kosten voor het verwijderen van BZV en CZV door chemische oxidatie met waterstofperoxide doorgaans hoger zijn dan die met fysische of biologische middelen, zijn er toch specifieke situaties die het gebruik van waterstofperoxide rechtvaardigen. Deze omvatten: Predigestie van afvalwater dat matige tot hoge gehaltes aan verbindingen bevat die giftig, remmend of weerbarstig zijn voor biologische behandeling (bijv. Pesticiden, weekmakers, harsen, koelmiddelen en kleurstoffen);

• Voorbehandeling van afvalwater met hoge sterkte / lage stroming - waar biologische behandeling mogelijk niet praktisch is - voordat het wordt geloosd bij een openbare zuiveringsinstallatie (POTW);

• Verbeterde scheiding van meegevoerde organische stoffen door flotatie- en bezinkingsprocessen; en

• Levering van aanvullende opgeloste zuurstof (DO) wanneer biologische behandelingssystemen tijdelijke overbelasting of defecte apparatuur ervaren.

Zoals aangegeven door deze voorbeelden, kan H2O2 worden gebruikt als een op zichzelf staande behandeling of als een verbetering van bestaande fysieke of biologische behandelingsprocessen, afhankelijk van de situatie.

Bespreking van H2O2-toepassingen en -mechanismen

Directe chemische oxidatie met waterstofperoxide

Waterstofperoxide kan alleen worden gebruikt of met katalysatoren - zoals ijzer (Fe2 + of Fe3 +), UV-licht, ozon (O3) en alkali - om BOD / COD-bijdragende verbindingen in afvalwater te oxideren. Het type oxidatie dat nodig is, hangt af van het type BZV / COD dat aanwezig is. Deze relatie is aanwezig in onderstaande figuur.

Opmerking: Of een oxidatiesysteem een ​​specifieke verontreinigende stof zal afbreken (dwz de CZV aantasten), hangt af van het oxiderende systeem en de verontreinigende stof. Type A oxidanten reageren alleen met Type A vervuilers; terwijl oxidanten van het type C, die reactiever zijn, met vrijwel elke verontreinigende stof reageren. Type C-oxidanten reageren echter over het algemeen bij voorkeur met verontreinigende stoffen van type A. Als een groot deel van de BZV en CZV wordt bijgedragen door anorganische gereduceerde zwavelverbindingen zoals sulfiden, sulfiden of thiosulfaat, dan is alleen waterstofperoxide doorgaans effectief. Afhankelijk van de pH van het afvalwater levert de oxidatie van deze verbindingen door H2O2 sulfaat of colloïdale zwavel op, die niet bijdragen aan BZV en CZV. Als de belangrijkste bijdragers aan BZV en CZV opgeloste organische stoffen zijn, is een reactiever oxidatiesysteem nodig. Matige activering van waterstofperoxide kan worden bereikt door: 1) alkali (het genereren van het perhydroxylion, OOH- - het actieve middel in peroxide-bleeksystemen); 2) bepaalde overgangsmetalen (bijv. Wolframaat, vanadaat, molybdaat) die in situ reactieve peroxometale complexen vormen; en 3) bepaalde minerale zuren (bijvoorbeeld zwavelzuur) die reactieve peroxyzuurderivaten vormen, zoals peroxymonosulfurinezuur (Caro's zuur) ex-situ. Voor de meer recalcitrante organische stoffen zoals gechloreerde oplosmiddelen, zijn extreem reactieve systemen met vrije radicalen (geavanceerde oxidatieprocessen genoemd) nodig. Een gegeneraliseerde reactie met Fenton's Reagent voor het verminderen van BZV en CZV kan als volgt worden uitgedrukt:

De mate van oxidatie (en dus de mate van directe BOD / COD-reductie) hangt typisch af van de hoeveelheid waterstofperoxide die wordt gebruikt. De theoretische behoefte aan waterstofperoxide is ongeveer 2,1 lbs (als 100%) per lb-BZV en COD geoxideerd. In veel gevallen is een volledige vertering van de organische verbindingen tot kooldioxide en water echter niet nodig. Gedeeltelijke oxidatie tot intermediaire verbindingen minimaliseert het chemisch verbruik en resulteert vaak in substantiële verlagingen van BZV en CZV en toxiciteit.

Verbeterde fysieke scheiding van BZV en CZV met waterstofperoxide

Verbeterde fysieke scheiding van BZV en CZV met waterstofperoxide kan op twee manieren plaatsvinden. In het eerste geval resulteert gedeeltelijke oxidatie van organische verontreinigingen in meer polaire (geladen) stoffen die beter vatbaar zijn voor adsorptie aan coagulantia en flocculantia. Zoals geïllustreerd in het onderstaande voorbeeld, maakt dit het verwijderen van BZV en CZV mogelijk met minder dan stoichiometrische doses waterstofperoxide. In het tweede geval zorgt H2O2 voor een verbeterde fysieke scheiding (flotatie) van vetten, oliën en vetten (FOG). Dit gebeurt door de natuurlijke afbraak van waterstofperoxide in zuurstof en water, dwz waterstofperoxide zal het afvalwater oververzadigen met zuurstof, wat resulteert in de vorming van gelijkmatig gedispergeerde microbellen die de FOG-bestanddelen opruimen wanneer ze naar het wateroppervlak stijgen. In sommige gevallen kan dit de verwijdering van BZV door flotatiecellen in opgeloste lucht verhogen van bijvoorbeeld 50% tot 90-95%. Typische doses zijn 25-100 mg / L H2O2, waarvan de kosten vaak kunnen worden gecompenseerd door besparingen bij gebruik van coagulantia - over het algemeen is een polyelektrolytpolymeer nog steeds nodig.

Waterstofperoxide (H2O2) als aanvullende zuurstofbron

De efficiëntie van BOD-verwijdering van aërobe biologische behandelingsprocessen hangt af van een aantal factoren, waaronder (maar niet beperkt tot): influent BOD-belasting, F: M-verhouding, temperatuur, nutriëntenniveaus en concentraties opgeloste zuurstof (DO). Veel biologische behandelingsinstallaties gebruiken waterstofperoxide om de DO-niveaus aan te vullen wanneer zuurstofarme omstandigheden in beluchtingsbekkens of lagunes resulteren in een slechte verwijdering van BZV. Deze omstandigheden kunnen worden veroorzaakt door onverwachte pieken in de invloedrijke BZV-belasting; seizoensgebonden variaties in BZV-belading (bijv. verwerking van groenten en fruit); en warm weer - wat de efficiëntie van zuurstofoverdracht door mechanische beluchtingsapparatuur vermindert (dwz de oplosbaarheid van O2 neemt af naarmate de temperatuur stijgt). Deze omstandigheden kunnen al dan niet gepaard gaan met filamenteuze bulking (zie Gemeentelijke afvalwatertoepassingen: Filamentous Bulking Control) .Wanneer waterstofperoxide wordt gebruikt als aanvulling op DO, wordt het rechtstreeks in het beluchtingsbassin van een biologisch behandelingssysteem gedoseerd om een ​​onmiddellijke bron van DOEN. De omzetting van waterstofperoxide in DO in een mengvloeistof met actief slib verloopt volgens de volgende reactie:

Theoretisch waterstofperoxidevereiste: 0,48 lbs H2O2 (100%) per mg / l DOCatalase-enzym is een natuurlijke ontledingskatalysator voor waterstofperoxide en wordt aangetroffen in alle gemengde vloeistoffen met actief slib, geproduceerd door de meeste aërobe organismen. Omdat deze enzymatische afbraak van waterstofperoxide zeer snel is, is de door waterstofperoxide geleverde zuurstof direct beschikbaar voor opname door de aërobe organismen. Bovenstaande reactie laat zien dat twee delen waterstofperoxide één deel DO opleveren. Daarom is de hoeveelheid waterstofperoxide die nodig is om het afvalwater te oxygeneren verrassend klein. De theoretische hoeveelheid waterstofperoxide die nodig is om de DO met 1 mg / L te verhogen in een zuiveringsinstallatie met een gemiddelde doorstroming van 5 MGD is bijvoorbeeld ongeveer 17 gpd-50%. In de praktijk kan de behoefte hoger zijn vanwege inefficiëntie in de zuurstofopname en nevenreacties met oxideerbare verbindingen.

Opmerking: Bij het meten van de BZV of CZV van met waterstofperoxide behandeld afvalwater is het belangrijk om de resterende waterstofperoxideconcentratie (indien aanwezig) vóór analyse te bepalen. Dit komt omdat H2O2 beide analytische methoden zal verstoren. Bij de standaard BZV-test zal het resterende waterstofperoxide in het monster gedurende de testperiode zuurstof vrijmaken, wat resulteert in een "vals lage" BZV-waarde (1 mg / L H2O2 = 0,5 mg / L DO). Bij de standaard CZV-test zal het resterende waterstofperoxide reageren met het kaliumdichromaatreagens, wat resulteert in een "vals hoge" CZV-waarde. Zie Interferenties met analytische methoden voor methoden om residuaal waterstofperoxide te verwijderen voorafgaand aan BZV- en CZV-analyse, of om wiskundig rekening te houden met de resterende H2O2.

Referenties

• Cole, CA, et al., J. Water Pollut. Contr. Gevoed. 46: 2579-2592 (1974).

• Cole, CA, et al., J. Water Pollut. Contr. Gevoed. 45: 829-836 (1973).

• Houtmeyers, J. et.al. "Waterstofperoxide als aanvullende zuurstofbron voor geactiveerd slib: microbiologische onderzoeken", Europees. J. Appl. Microbiol. 4: 295-305 (1977).

• Steiner, Norbert, et.al. "Plantervaring met waterstofperoxide voor verbeterde vetflotatie en verwijdering van BZV", Environ. Progress 11 (4): 261-264 (november 1992).

• Perley, William J., et.al. "Gebruik van waterstofperoxide om verstoringen te beheersen bij de behandeling van gecombineerde suikerraffinage en sanitair afvalwater", gepresenteerd in Calif. Water Pollut. Contr. Fed., 64th Annual Conf., Sacramento, Californië (9 april 1992).