BOD- ja COD-poisto vetyperoksidi

Vetyperoksidia (H2O2) on käytetty teollisuuden jätevesien BOD: n ja COD: n vähentämiseen monien vuosien ajan. Vaikka kustannukset BOD: n ja COD: n poistamisesta kemiallisella hapetuksella vetyperoksidilla ovat tyypillisesti suuremmat kuin fysikaalisin tai biologisin keinoin, on kuitenkin erityisiä tilanteita, jotka oikeuttavat vetyperoksidin käytön. Näitä ovat: Jätevesien ennaltaehkäisy, jotka sisältävät kohtalaisesti korkeita määriä yhdisteitä, jotka ovat myrkyllisiä, estäviä tai biologisesti puhdistamattomia (esim. Torjunta-aineet, pehmittimet, hartsit, jäähdytysnesteet ja väriaineet);

• Korkean lujuuden / matalan virtauksen jätevesien esikäsittely - jos biokäsittely ei välttämättä ole käytännöllistä - ennen jätevesien johtamista julkisesti omistamaan puhdistamoon (POTW);

• Lisääntynyt kiinnittyneiden orgaanisten aineiden erottaminen vaahdotus- ja laskeutumisprosesseilla; ja

• Täydellisen liuenneen hapen (DO) toimittaminen, kun biologisissa käsittelyjärjestelmissä ilmenee väliaikaisia ​​ylikuormituksia tai laitevika.

Kuten nämä esimerkit osoittavat, H2O2: ta voidaan käyttää itsenäisenä hoitona tai lisäyksenä olemassa oleviin fysikaalisiin tai biologisiin hoitomenetelmiin tilanteesta riippuen.

Keskustelu H2O2-sovelluksista ja -mekanismeista

Suora kemiallinen hapetus vetyperoksidilla

Vetyperoksidia voidaan käyttää yksinään tai katalyyttien - kuten raudan (Fe2 + tai Fe3 +), UV-valon, otsonin (O3) ja alkalien - kanssa hapettaakseen BOD / COD: tä edistävät yhdisteet jätevesissä. Tarvittava hapettumisen tyyppi riippuu läsnä olevan BOD / COD-tyypistä. Tämä suhde esiintyy alla olevassa kuvassa.

Huomaa: Se, hapettaako hapetinjärjestelmä tiettyä pilaavaa ainetta (ts. Vaikuttaakö sen COD), riippuu hapetinjärjestelmästä ja pilaavasta aineesta. Tyypin A hapettimet reagoivat vain tyypin A epäpuhtauksien kanssa; kun taas tyypin C hapettimet, koska ne ovat reaktiivisempia, reagoivat useimpien epäpuhtauksien kanssa. Tyypin C hapettimet reagoivat kuitenkin yleensä edullisesti tyypin A pilaavien aineiden kanssa. Jos epäorgaaniset pelkistetyt rikkiyhdisteet, kuten sulfidit, sulfidit tai tiosulfaatti, lisäävät suuren osan BOD: stä ja COD: sta, silloin vetyperoksiidi on tyypillisesti tehokas. Jäteveden pH: sta riippuen näiden yhdisteiden hapetus H2O2: lla tuottaa sulfaattia tai kolloidista rikkiä, kumpikaan ei edistä BOD: tä ja COD: ta. Jos BOD: n ja COD: n päätekijät ovat liuenneet orgaaniset yhdisteet, niin tarvitaan reaktiivisempi hapetusjärjestelmä. Vetyperoksidin maltillinen aktivointi voidaan saavuttaa: 1) alkalilla (synnyttämällä perhydroksyyli-ioni, OOH- - aktiivinen aine peroksidivalkaisujärjestelmissä); 2) tietyt siirtymämetallit (esim. Volframaatti, vanadaatti, molybdaatti), jotka muodostavat in situ reaktiivisia peroksometalikomplekseja; ja 3) tietyt mineraalihapot (esim. rikkihappo), jotka muodostavat reaktiivisia peroksihappojohdannaisia, kuten peroksimmonosulfuriinihappo (Caron happo) ex-situ. Epämieluisammille orgaanisille yhdisteille, kuten kloorattuille liuottimille, tarvitaan erittäin reaktiivisia vapaiden radikaalien järjestelmiä (nimitystä Advanced Oxidation Processes). Yleinen reaktio, jossa käytetään Fentonin reagenssia BOD: n ja COD: n vähentämiseksi, voidaan ilmaista seuraavasti:

Hapettumisen laajuus (ja siten suoran BOD / COD-pelkistyksen aste) riippuu tyypillisesti käytetyn vetyperoksidin määrästä. Teoreettinen vetyperoksidin tarve on noin 2,1 lbs (100%) per lb-BOD ja hapettunut COD. Monissa tapauksissa orgaanisten yhdisteiden täydellistä sulamista hiilidioksidiksi ja vedeksi ei kuitenkaan tarvita. Osittainen hapettuminen välituoteyhdisteiksi minimoi kemiallisen kulutuksen ja johtaa usein huomattavaan BOD: n ja COD: n sekä toksisuuden vähentymiseen .

Parannettu BOD: n ja COD: n fysikaalinen erottelu vetyperoksidilla

BOD: n ja COD: n tehostettua fysikaalista erotusta vetyperoksidilla voi tapahtua kahdella tavalla. Ensimmäisessä tapauksessa orgaanisten epäpuhtauksien osittainen hapettuminen johtaa polaarisempiin (varautuneisiin) aineisiin, jotka ovat paremmin adsorboitavissa koagulantteihin ja flokkulantteihin. Kuten alla olevassa esimerkissä havainnollistetaan, tämä sallii BOD: n ja COD: n poistotehokkuuden pienemmillä kuin stökiometrisillä vetyperoksidiannoksilla. Toisessa tapauksessa H2O2 tarjoaa rasvojen, öljyjen ja rasvojen (FOG) tehostetun fyysisen erottelun (vaahdotuksen) (FOG). Tämä tapahtuu vetyperoksidin luonnollisen hajoamisen kautta happea ja vettä varten, ts. Vetyperoksiidi kyllästää jäteveden hapolla, mikä johtaa tasaisesti hajaantuneiden mikrokuplien muodostumiseen, jotka poistavat FOG-aineosat, kun ne nousevat veden pintaan. Joissakin tapauksissa tämä voi lisätä BOD: n poistumista liuenneiden ilman vaahdotuskennojen kautta esimerkiksi 50%: sta 90-95%: iin. Tyypilliset annokset ovat 25 - 100 mg / l H2O2, joiden kustannukset voidaan usein korvata säästöillä koagulanttien käytössä - polyelektrolyyttipolymeeriä tarvitaan yleensä edelleen.

Vetyperoksidia (H2O2) lisähapen lähteenä

Aerobisten biologisten käsittelyprosessien BOD-poistoteho riippuu monista tekijöistä, mukaan lukien (mutta ei rajoittuen niihin): vaikuttava BOD-kuormitus, F: M-suhde, lämpötila, ravinteiden pitoisuudet ja liuenneen hapen (DO) pitoisuudet. Monet biologiset käsittelylaitokset käyttävät vetyperoksidia täydentämään DO-tasoja, kun happea rajoittavat olosuhteet ilmastusaltaissa tai laguuneissa johtavat huonoon BOD-poistoon. Nämä olosuhteet voivat saada aikaan odottamattomat huiput vaikuttavassa BOD-kuormituksessa; kausivaihtelut BOD-kuormituksessa (esim. hedelmien ja vihannesten käsittely); ja kuuma sää - mikä vähentää hapen siirron tehokkuutta mekaanisilla ilmastuslaitteilla (ts. O2: n liukoisuus laskee lämpötilan noustessa). Näihin olosuhteisiin voi liittyä tai ei välttämättä liittyä rihmassasta (katso yhdyskuntajätevesisovellukset: rihmasäiliön hallinta) .Kun vetyperoksidia käytetään DO: n täydentämiseen, se annostellaan suoraan biologisen käsittelyjärjestelmän ilmastusaltaaseen välittömän lähteen tuottamiseksi. TEHDÄ. Vetyperoksidin muutos DO: ksi aktiiviliettesekoitetussa liuoksessa etenee seuraavan reaktion mukaisesti:

Teoreettinen vetyperoksidin tarve: 0,48 lbs H2O2 (100%) / mg / L DOCatalase -entsyymi on luonnollinen vetyperoksidin hajoamiskatalyytti, ja sitä löytyy kaikista aktiiviliettesekoitteista, joita suurin osa aerobisista organismeista tuottaa. Koska tämä vetyperoksidin entsymaattinen hajoaminen on erittäin nopeaa, vetyperoksidin toimittama happi on heti saatavissa aerobisten organismien imeytymistä varten. Yllä oleva reaktio osoittaa, että kaksi osaa vetyperoksidia tuottaa yhden osan DO: sta. Siksi vetyperoksidin määrä, joka tarvitaan jäteveden hapettamiseen, on yllättävän pieni. Esimerkiksi vetyperoksidin teoreettinen määrä, jota tarvitaan DO: n lisäämiseksi 1 mg / l käsittelylaitoksessa, jonka keskimääräinen virtaus on 5 MGD, on noin 17 gpd-50%. Varsinaisessa käytännössä vaatimus voi olla suurempi johtuen hapenotonoton tehottomuudesta ja sivureaktioista hapettuvien yhdisteiden kanssa.

Huomaa: Mittaamalla vetyperoksidilla käsiteltyjen jätevesien BOD- tai COD-arvoa on tärkeää määrittää vetyperoksidijäännöspitoisuus (jos sellainen on) ennen analyysiä. Tämä johtuu siitä, että H2O2 häiritsee molempia näitä analyyttisiä menetelmiä. Tavanomaisessa BOD-testissä näytteessä oleva vetyperoksidijäännös vapauttaa happea koeajanjakson aikana, mikä johtaa "väärin alhaiseen" BOD-arvoon (1 mg / L H2O2 = 0,5 mg / L DO). Tavanomaisessa COD-testissä jäännösvetyperoksidi reagoi kaliumdikromaattireagenssin kanssa, mikä johtaa "väärin korkeaan" COD-arvoon. Menetelmistä jäännösvetyperoksidin poistamiseksi ennen BOD- ja COD-analyysejä tai H2O2-jäännösten matemaattiseksi laskemiseksi, katso Interferenssit analyyttisten menetelmien kanssa.

Viitteet

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

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

• Houtmeyers, J. et.al. "Vetyperoksidi lisähappilähteenä aktivoidulle lietteelle: mikrobiologiset tutkimukset", eurooppalainen. J. Appi. Microbiol. 4: 295 - 305 (1977).

• Steiner, Norbert, et al. "Kasvikokemus vetyperoksidin käytöstä tehostetussa rasvan vaahdottamisessa ja BOD: n poistamisessa", Environ. Edistyminen 11 (4): 261 - 264 (marraskuu 1992).

• Perley, William J., et.al. "Vetyperoksidin käyttö häiriöiden hallitsemiseksi sokerin jalostuksen ja saniteettijätevesien käsittelyssä", esitelty Kaliforniassa. Contr. Fed., 64. vuosittaiset konf., Sacramento, Kalifornia (9. huhtikuuta 1992).