Перекис водню з видаленням БПК та ХПК

Перекис водню (H2O2) багато років застосовується для зменшення БПК та КОД промислових стічних вод. Незважаючи на те, що витрати на видалення БПК та ХПК шляхом хімічного окислення пероксидом водню, як правило, вищі, ніж за допомогою фізичних чи біологічних засобів, проте існують конкретні ситуації, які виправдовують використання перекису водню. До них належать: передбачення стічних вод, які містять середній та високий вміст сполук, які є токсичними, інгібуючими або непомітними до біологічної обробки (наприклад, пестициди, пластифікатори, смоли, охолоджуючі речовини та барвники);

• Підготовка стічних вод з високою міцністю / малим потоком - там, де біоочистка не є практичною - до скидання на очисні споруди, що належать до громадських організацій (POTW);

• Посилене розділення захопленої органіки процесами флотації та осідання; і

• Постачання додаткового розчиненого кисню (DO), коли у системах біологічної очистки виникають тимчасові перевантаження або вихід з ладу обладнання.

Як зазначено в цих прикладах, H2O2 може використовуватися як самостійне лікування або як доповнення до існуючих фізичних або біологічних процесів лікування, залежно від ситуації.

Обговорення програм та механізмів H2O2

Пряме хімічне окислення за допомогою перекису водню

Пероксид водню можна використовувати окремо або з каталізаторами - такими як залізо (Fe2 + або Fe3 +), УФ-світло, озон (O3) та луг - для окислення сполук, що сприяють БПК / ХПК, у стічних водах. Тип необхідного окислення залежить від типу БПК / ХПК. Цей взаємозв'язок присутній на малюнку нижче.

Примітка: чи буде система окислювачів погіршувати конкретний забруднювач (тобто впливати на його ХПК), залежатиме від окислювальної системи та забруднювача. Окислювачі типу А реагують лише із забруднювачами типу А; тоді як окислювачі типу С, будучи більш реакційноздатними, реагують з більшістю будь-якого забруднювача. Однак окислювачі типу С переважно реагують із забруднювачами типу А. Якщо велика частка БПК та ХПК сприяє неорганічних сполук з відновленою сіркою, таких як сульфіди, сульфіди або тіосульфати, тоді пероксид водню, як правило, є ефективним. Залежно від рН стічних вод, окислення цих сполук H2O2 дає сульфат або колоїдну сірку, які не сприяють БПК та ХПК. Якщо первинними фігурами БПК та ХПК є розчинені органічні речовини, тоді потрібна більш реактивна система окислення. Помірна активація перекису водню може бути досягнута: 1) лугом (генеруючий пергідроксильний іон, OOH- - активний агент у системах відбілювання пероксиду); 2) певні перехідні метали (наприклад, вольфрамат, ванадат, молібдат), які утворюють реактивні комплекси пероксометалу in situ; 3) певні мінеральні кислоти (наприклад, сірчана), які утворюють реакційноздатні похідні пероксикислоти, такі як пероксимоносірна кислота (кислота карону) ex-situ. Для більш непокірних органічних речовин, таких як хлоровані розчинники, потрібні надзвичайно реакційноздатні системи вільних радикалів (названі вдосконаленими процесами окислення). Узагальнену реакцію з використанням реагенту Фентона для зниження БПК та ХПК можна виразити так:

Ступінь окислення (а отже, ступінь прямого зниження БПК / ХПК) зазвичай залежить від кількості використовуваного перекису водню. Теоретична потреба перекису водню становить приблизно 2,1 фунта (як 100%) на фунт-БПК та окислений ХПК. Однак у багатьох випадках повне засвоєння органічних сполук вуглекислотою та водою не потрібно. Часткове окислення до проміжних сполук мінімізує споживання хімічних речовин і часто призводить до значного зниження БПК та ХПК та токсичності.

Посилене фізичне розділення БПК та ХПК з перекисом водню

Посилене фізичне розділення БПК та ХПК з перекисом водню може відбуватися двома способами. У першому випадку часткове окислення органічних забруднень призводить до отримання більш полярних (заряджених) речовин, які більше піддаються адсорбції на коагулянти та флокулянти. Як показано у наведеному нижче прикладі, це дозволяє ефективність видалення БПК та ХПК з меншими, ніж стехіометричними дозами пероксиду водню. У другому випадку, H2O2 забезпечується посиленим фізичним поділом (флотацією) жирів, олій та жирів (FOG). Це відбувається шляхом природного розкладання перекису водню на кисень та воду, тобто перекис водню перенасичує стічні води киснем, що призводить до утворення рівномірно диспергованих міхурців, які очищають складові FOG, коли вони піднімаються на поверхню води. У деяких випадках це може збільшити видалення БПК через осередки флотації розчиненого повітря, наприклад, від 50% до 90-95%. Типові дози - 25-100 мг / л H2O2, витрати на які часто можна компенсувати економією при використанні коагулянта - поліелектролітний полімер, як правило, все ще потрібен.

Перекис водню (H2O2) як додаткове джерело кисню

Ефективність видалення БПК у процесах аеробної біологічної обробки залежить від ряду факторів, включаючи (але не обмежуючись ними): впливає навантаження БПК, відношення F: М, температура, рівень поживних речовин та концентрація розчиненого кисню (ДО). Багато біологічних очисних споруд використовують перекис водню для доповнення рівнів ДО, коли обмежені умови кисню в басейнах аерації або лагунах призводять до поганого видалення БПК. Ці умови можуть бути спричинені несподіваними піками при впливі навантаження БПК; сезонні коливання завантаження БПК (наприклад, переробка фруктів та овочів); та спекотна погода - що знижує ефективність передачі кисню механічним апаратом аерації (тобто розчинність O2 зменшується зі збільшенням температури). Ці умови можуть або не супроводжуються нитчастою сипучістю (див. Застосування муніципальних стічних вод: Контроль набивання нитки). Коли перекис водню використовується для доповнення ДО, він вимірюється безпосередньо в басейні аерації системи біологічної очистки, щоб забезпечити негайне джерело ДО. Перетворення перекису водню в DO в змішаному розчині з активованим мулом протікає відповідно до наступної реакції:

Теоретична потреба в перекисі водню: фермент D2-кататалази 0,48 фунтів (100%) на мг / л - це природний каталізатор розкладання перекису водню, і він міститься у всіх змішаних рідинах з активним мулом, що виробляється більшістю аеробних організмів. Оскільки це ферментативне розкладання перекису водню відбувається дуже швидко, кисень, що надходить перекисом водню, негайно доступний для поглинання аеробними організмами. Наведена вище реакція показує, що дві частини перекису водню дають одну частину DO. Тому кількість перекису водню, необхідна для оксигенації стічних вод, напрочуд мала. Наприклад, теоретична кількість перекису водню, необхідна для збільшення DO на 1 мг / л на очисній установці, що в середньому становить 5 MGD, становить приблизно 17 gpd-50%. Насправді ця потреба може бути вищою через неефективність поглинання кисню та побічні реакції з окислювальними сполуками.

Примітка. Під час вимірювання БПК або ХПК стічних вод, що обробляються перекисом водню, важливо визначити залишкову концентрацію перекису водню (якщо така є) перед аналізом. Це тому, що H2O2 буде перешкоджати обом цим аналітичним методам. У стандартному випробуванні на БПК залишковий перекис водню у зразку буде звільняти кисень протягом періоду випробування, в результаті чого «БЛД» (1 мг / л Н2О2 = 0,5 мг / л ДО) призведе до «хибно низького» значення. У стандартному випробуванні на ХПК залишковий перекис водню вступатиме в реакцію з реагентом дихромату калію, що призводить до "помилково високого" значення КПК. Способи видалення залишкового перекису водню до аналізу БПК та ХПК або математичного обліку залишкового H2O2 див. Втручання з аналітичними методами.

Список літератури

• Коул, Каліфорнія та ін., Дж. Уотер Поллут. Контр. Годували. 46: 2579-2592 (1974).

• Коул, Каліфорнія та ін., Дж. Уотер Поллут. Контр. Годували. 45: 829-836 (1973).

• Houtmeyers, J. et.al. "Перекис водню як додаткове джерело кисню для активованого мулу: мікробіологічні дослідження", європейський. J. Appl. Мікробіол. 4: 295-305 (1977).

• Штайнер, Норберт та ін. "Досвід рослин з використанням перекису водню для посиленої флотації жирів та видалення БПК", середовище. Прогрес 11 (4): 261-264 (листопад 1992).

• Перлі, Вільям Дж. Та ін. "Використання перекису водню для боротьби зі спалахами при обробці комбінованого цукрового рафінування та санітарних стічних вод", представленому в Каліфорнії. Контр. ФРС, 64-а щорічна конф., Сакраменто, Каліфорнія (9 квітня 1992 р.).