Perossido di idrogeno di rimozione di BOD e COD

Il perossido di idrogeno (H2O2) è stato usato per molti anni per ridurre il BOD e il COD delle acque reflue industriali. Mentre il costo di rimozione di BOD e COD attraverso l'ossidazione chimica con perossido di idrogeno è in genere maggiore di quello attraverso mezzi fisici o biologici, ci sono comunque situazioni specifiche che giustificano l'uso del perossido di idrogeno. Questi includono: Predigestione di acque reflue che contengono livelli da moderati a elevati di composti tossici, inibitori o recalcitranti per il trattamento biologico (ad es. Pesticidi, plastificanti, resine, refrigeranti e coloranti);

• Pretrattamento di acque reflue ad alta resistenza / bassa portata - laddove il biotrattamento potrebbe non essere pratico - prima dello scarico in un impianto di trattamento di proprietà pubblica (POTW);

• Migliore separazione delle sostanze organiche trascinate da processi di galleggiamento e sedimentazione; e

• Fornitura di ossigeno disciolto supplementare (DO) supplementare quando i sistemi di trattamento biologico presentano sovraccarichi temporanei o guasti alle apparecchiature.

Come indicato da questi esempi, H2O2 può essere utilizzato come trattamento autonomo o come potenziamento dei processi di trattamento fisico o biologico esistenti, a seconda della situazione.

Discussione su applicazioni e meccanismi di H2O2

Ossidazione chimica diretta mediante perossido di idrogeno

Il perossido di idrogeno può essere usato da solo o con catalizzatori - come ferro (Fe2 + o Fe3 +), luce UV, ozono (O3) e alcali - per ossidare i composti che contribuiscono al BOD / COD nelle acque reflue. Il tipo di ossidazione necessario dipende dal tipo di BOD / COD presente. Questa relazione è presente nella figura seguente.

Nota: se un sistema ossidante degraderà un inquinante specifico (cioè, influenzerà il suo COD) dipenderà dal sistema ossidante e dall'inquinante. Gli ossidanti di tipo A reagiscono solo con gli inquinanti di tipo A; mentre gli ossidanti di tipo C, essendo più reattivi, reagiscono con la maggior parte degli inquinanti. Tuttavia, gli ossidanti di tipo C generalmente reagiscono preferenzialmente con gli inquinanti di tipo A. Se una grande frazione di BOD e COD è fornita da composti inorganici di zolfo ridotti come solfuri, solfuri o tiosolfato, allora il solo perossido di idrogeno è tipicamente efficace. A seconda del pH delle acque reflue, l'ossidazione di questi composti da parte di H2O2 produce solfato o zolfo colloidale, nessuno dei quali contribuisce a BOD e COD. Se i principali contribuenti a BOD e COD sono composti organici disciolti, è necessario un sistema di ossidazione più reattivo. L'attivazione moderata del perossido di idrogeno può essere ottenuta mediante: 1) alcali (generazione dello ione peridrossile, OOH- - l'agente attivo nei sistemi di sbiancamento del perossido); 2) alcuni metalli di transizione (ad es. Tungstato, vanadato, molibdato) che formano in situ complessi perossometrici reattivi; e 3) alcuni acidi minerali (ad es. solforici) che formano derivati ​​perossiacidi reattivi come l'acido perossimonosolfurico (acido di Caro) ex-situ. Per i composti organici più recalcitranti come i solventi clorurati, sono necessari sistemi di radicali liberi estremamente reattivi (denominati Processi di ossidazione avanzati). Una reazione generalizzata usando il reagente di Fenton per ridurre BOD e COD può essere espressa come segue:

L'entità dell'ossidazione (e quindi il grado di riduzione diretta di BOD / COD) dipende in genere dalla quantità di perossido di idrogeno utilizzata. Il fabbisogno teorico di perossido di idrogeno è di circa 2,1 libbre (pari al 100%) per libbra-BOD e COD ossidati. In molti casi, tuttavia, non è necessaria la completa digestione dei composti organici in anidride carbonica e acqua. L'ossidazione parziale a composti intermedi riduce al minimo il consumo di sostanze chimiche e spesso comporta riduzioni sostanziali di BOD, COD e tossicità.

Migliore separazione fisica di BOD e COD con perossido di idrogeno

La separazione fisica migliorata di BOD e COD con perossido di idrogeno può verificarsi in due modi. Nel primo caso, l'ossidazione parziale dei contaminanti organici provoca sostanze più polari (cariche) che sono più suscettibili di adsorbimento su coagulanti e flocculanti. Come illustrato nell'esempio seguente, ciò consente efficienze di rimozione di BOD e COD con dosi di perossido di idrogeno stechiometriche inferiori. Nel secondo caso, H2O2 fornisce una maggiore separazione fisica (flottazione) di grassi, oli e grassi (FOG). Ciò si verifica con la decomposizione naturale del perossido di idrogeno in ossigeno e acqua, vale a dire che il perossido di idrogeno sovrasaturerà le acque reflue con l'ossigeno, il che si traduce nella formazione di microbolle uniformemente disperse che eliminano i costituenti FOG mentre salgono sulla superficie dell'acqua. In alcuni casi, ciò può aumentare la rimozione di BOD attraverso le celle di galleggiamento dell'aria disciolta, ad esempio dal 50% al 90-95%. Le dosi tipiche sono 25-100 mg / L H2O2, il cui costo può spesso essere compensato dai risparmi nell'uso di coagulanti - in genere è ancora necessario un polimero polielettrolita.

Perossido di idrogeno (H2O2) come fonte supplementare di ossigeno

L'efficienza di rimozione del BOD nei processi di trattamento biologico aerobico dipende da una serie di fattori tra cui (ma non limitato a): carico BOD influente, rapporto F: M, temperatura, livelli di nutrienti e concentrazioni di ossigeno disciolto (DO). Molte strutture di trattamento biologico utilizzano il perossido di idrogeno per integrare i livelli di DO quando condizioni limitate di ossigeno nei bacini di aerazione o nelle lagune provocano una scarsa rimozione del BOD. Queste condizioni possono essere provocate da picchi imprevisti nell'influente caricamento del BOD; variazioni stagionali nel caricamento del BOD (ad es. lavorazione di frutta e verdura); e clima caldo - che riduce l'efficienza del trasferimento di ossigeno da parte delle apparecchiature di aerazione meccanica (ovvero, la solubilità di O2 diminuisce all'aumentare della temperatura). Queste condizioni possono o meno essere accompagnate da bulking filamentoso (vedi Applicazioni municipali di acque reflue: controllo del bulking filamentoso). Quando il perossido di idrogeno viene utilizzato per integrare DO, viene misurato direttamente nel bacino di aerazione di un sistema di trattamento biologico per fornire una fonte immediata di FARE. La conversione del perossido di idrogeno in DO in un liquore misto a fanghi attivi procede secondo la seguente reazione:

Fabbisogno teorico di perossido di idrogeno: 0,42 libbre di H2O2 (100%) per mg / L L'enzima DOCatalase è un catalizzatore di decomposizione naturale per il perossido di idrogeno ed è presente in tutti i liquori misti di fanghi attivi, prodotto dalla maggior parte degli organismi aerobici. Poiché questa decomposizione enzimatica del perossido di idrogeno è molto rapida, l'ossigeno fornito dal perossido di idrogeno è immediatamente disponibile per l'assorbimento da parte degli organismi aerobici. La reazione sopra mostra che due parti del perossido di idrogeno produrranno una parte di DO. Pertanto, la quantità di perossido di idrogeno richiesta per ossigenare le acque reflue è sorprendentemente piccola. Ad esempio, la quantità teorica di perossido di idrogeno richiesta per aumentare il DO di 1 mg / L in un impianto di trattamento che media un flusso di 5 MGD è di circa il 17 gpd-50%. Nella pratica, il requisito può essere più elevato a causa delle inefficienze nell'assorbimento di ossigeno e delle reazioni collaterali con composti ossidabili.

Nota: quando si misura il BOD o COD di acque reflue trattate con perossido di idrogeno, è importante determinare la concentrazione residua di perossido di idrogeno (se presente) prima dell'analisi. Questo perché H2O2 interferirà con entrambi questi metodi analitici. Nel test BOD standard, il perossido di idrogeno residuo nel campione libererà ossigeno durante il periodo del test, determinando un valore BOD "falso basso" (1 mg / L H2O2 = 0,5 mg / L DO). Nel test COD standard, il perossido di idrogeno residuo reagirà con il reagente di bicromato di potassio, ottenendo un valore COD "falso alto". Per i metodi per rimuovere il perossido di idrogeno residuo prima dell'analisi BOD e COD o per tenere conto matematicamente del residuo di H2O2, vedere Interferenze con i metodi analitici.

Riferimenti

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