Удаление БПК и ХПК Перекись водорода

Перекись водорода (H2O2) использовалась для снижения БПК и ХПК промышленных сточных вод в течение многих лет. Хотя стоимость удаления БПК и ХПК путем химического окисления перекисью водорода обычно выше, чем при использовании физических или биологических средств, тем не менее существуют конкретные ситуации, которые оправдывают использование перекиси водорода. К ним относятся: Предотвращение сброса сточных вод, которые содержат от умеренных до высоких уровней соединений, которые являются токсичными, ингибирующими или невосприимчивыми к биологической обработке (например, пестициды, пластификаторы, смолы, охлаждающие жидкости и красители);

• Предварительная очистка сточных вод с высокой прочностью / низким расходом, где биоочистка может быть нецелесообразной, до сброса в государственные очистные сооружения (POTW);

• Усиление отделения увлеченных органических веществ процессами флотации и осаждения; и

• Поставка дополнительного растворенного кислорода (DO), когда системы биологической очистки испытывают временные перегрузки или отказ оборудования.

Как указано в этих примерах, H2O2 может использоваться в качестве отдельной процедуры лечения или в качестве дополнения к существующим процессам физической или биологической обработки, в зависимости от ситуации.

Обсуждение применения и механизмов H2O2

Прямое химическое окисление с использованием перекиси водорода

Перекись водорода может использоваться отдельно или с катализаторами, такими как железо (Fe2 + или Fe3 +), ультрафиолетовое излучение, озон (O3) и щелочь, для окисления соединений, способствующих БПК / ХПК, в сточных водах. Тип необходимого окисления зависит от типа присутствующего БПК / ХПК. Эта связь присутствует на рисунке ниже.

Примечание. Будет ли система окислителя разлагать конкретное загрязняющее вещество (т.е. влиять на его ХПК), будет зависеть от системы окислителя и загрязняющего вещества. Окислители типа А реагируют только с загрязнителями типа А; в то время как окислители типа С, будучи более реакционноспособными, вступают в реакцию с большинством любых загрязняющих веществ. Однако окислители типа С обычно реагируют преимущественно с загрязняющими веществами типа А. Если большую долю БПК и ХПК вносят неорганические восстановленные соединения серы, такие как сульфиды, сульфиды или тиосульфат, то обычно эффективен только пероксид водорода. В зависимости от pH сточных вод, окисление этих соединений H2O2 приводит к сульфату или коллоидной сере, которые не способствуют BOD и COD. Если основной причиной БПК и ХПК являются растворенные органические вещества, то необходима более реактивная система окисления. Умеренная активация перекиси водорода может быть достигнута за счет: 1) щелочи (генерирует пергидроксильный ион, OOH- - активный агент в пероксидных системах отбеливания); 2) некоторые переходные металлы (например, вольфрамат, ванадат, молибдат), которые образуют реакционноспособные пероксометаллические комплексы in-situ; и 3) определенные минеральные кислоты (например, серная), которые образуют реакционноспособные производные пероксикислоты, такие как пероксимоносерная кислота (кислота Каро) ex-situ. Для более труднорастворимых органических веществ, таких как хлорированные растворители, необходимы чрезвычайно реакционноспособные свободнорадикальные системы (называемые усовершенствованными процессами окисления). Обобщенная реакция с использованием реагента Фентона для снижения БПК и ХПК может быть выражена следующим образом:

Степень окисления (и, следовательно, степень прямого восстановления БПК / ХПК) обычно зависит от количества используемого пероксида водорода. Теоретическая потребность в перекиси водорода составляет около 2,1 фунта (как 100%) на 1 фунт-БПК и окисленную ХПК. Однако во многих случаях полное переваривание органических соединений до диоксида углерода и воды не требуется. Частичное окисление до промежуточных соединений сводит к минимуму потребление химических веществ и часто приводит к значительному снижению БПК и ХПК, а также токсичности.

Улучшенное физическое разделение БПК и ХПК перекисью водорода

Усиление физического разделения БПК и ХПК с перекисью водорода может происходить двумя способами. В первом случае частичное окисление органических загрязнителей приводит к появлению более полярных (заряженных) веществ, которые более подвержены адсорбции на коагулянты и флокулянты. Как показано в приведенном ниже примере, это позволяет повысить эффективность удаления БПК и ХПК при меньших, чем стехиометрических дозах перекиси водорода. Во втором случае улучшенное физическое разделение (флотация) жиров, масел и смазок (FOG) обеспечивается H2O2. Это происходит путем естественного разложения перекиси водорода на кислород и воду, то есть перекись водорода будет перенасыщать сточные воды кислородом, что приводит к образованию равномерно диспергированных микропузырьков, которые удаляют составляющие FOG по мере их подъема к поверхности воды. В некоторых случаях это может увеличить удаление БПК через флотационные камеры с растворенным воздухом, например, с 50% до 90-95%. Типичными дозами являются 25-100 мг / л H2O2, стоимость которых часто может быть компенсирована экономией при использовании коагулянта - полиэлектролитный полимер обычно все еще необходим.

Перекись водорода (H2O2) в качестве дополнительного источника кислорода

Эффективность удаления БПК в процессах аэробной биологической очистки зависит от ряда факторов, включая (но не ограничиваясь ими): загрузку БПК, отношение F: M, температуру, уровни питательных веществ и концентрации растворенного кислорода (DO). Многие биологические очистные сооружения используют перекись водорода для повышения уровня DO, когда ограниченные кислородом условия в аэротенках или лагунах приводят к плохому удалению БПК. Эти условия могут быть вызваны неожиданными пиками при входной нагрузке БПК; сезонные колебания загрузки БПК (например, переработка фруктов и овощей); и жаркая погода - которая снижает эффективность переноса кислорода с помощью оборудования для механической аэрации (т. е. растворимость O2 уменьшается при повышении температуры). Эти условия могут сопровождаться или не сопровождаться накоплением нитевидных частиц (см. Применение муниципальных сточных вод: контроль нитчатого наполнения). Когда перекись водорода используется для дополнения DO, она дозируется непосредственно в аэротенк системы биологической очистки, чтобы обеспечить немедленный источник ДЕЛАТЬ. Превращение перекиси водорода в DO в смеси с активным илом происходит в соответствии со следующей реакцией:

Теоретическая потребность в перекиси водорода: 0,48 фунта H2O2 (100%) на мг / л. Фермент DOCatalase является естественным катализатором разложения перекиси водорода и содержится во всех растворах, смешанных с активным илом, которые вырабатываются большинством аэробных организмов. Поскольку это ферментативное разложение перекиси водорода происходит очень быстро, кислород, поступающий с перекисью водорода, сразу же становится доступным для поглощения аэробными организмами. Вышеприведенная реакция показывает, что две части перекиси водорода дают одну часть DO. Следовательно, количество перекиси водорода, необходимое для насыщения кислородом сточных вод, удивительно мало. Например, теоретическое количество перекиси водорода, необходимое для увеличения DO на 1 мг / л на очистной установке, которая в среднем составляет 5 MGD, составляет около 17 галлонов в день-50%. На практике это требование может быть выше из-за неэффективности поглощения кислорода и побочных реакций с окисляемыми соединениями.

Примечание. При измерении БПК или ХПК сточных вод, обработанных перекисью водорода, важно определить остаточную концентрацию перекиси водорода (если есть) до проведения анализа. Это потому, что H2O2 будет мешать обоим из этих аналитических методов. В стандартном тесте БПК остаточная перекись водорода в образце высвобождает кислород в течение периода испытания, что приводит к «ложно низкому» значению БПК (1 мг / л H2O2 = 0,5 мг / л DO). В стандартном тесте ХПК остаточная перекись водорода вступит в реакцию с реагентом дихромата калия, что приведет к «ложно высокой» величине ХПК. Для методов удаления остаточной перекиси водорода перед анализом БПК и ХПК или для математического учета остаточной Н2О2 см. Взаимодействие с аналитическими методами.

использованная литература

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

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

• Houtmeyers, J. et.al. «Перекись водорода как дополнительный источник кислорода для активного ила: микробиологические исследования», European. J. Appl. Microbiol. 4: 295-305 (1977).

• Штайнер, Норберт и др. «Опыт использования пероксида водорода для улучшенной флотации жира и удаления БПК», Environ. Прогресс 11 (4): 261-264 (ноябрь 1992 г.).

• Perley, William J., et.al. «Использование перекиси водорода для борьбы с расстройствами при обработке комбинированного рафинирования сахара и санитарных сточных вод», представленный в Калифорнии. Загрязнение воды. Contr. Федеральное правительство, 64-я ежегодная конференция, Сакраменто, Калифорния (9 апреля 1992 г.).