Loại bỏ BOD và COD Hydrogen Peroxide

Hydrogen peroxide (H 2 O 2) đã được sử dụng để làm giảm BOD và COD của chất thải công nghiệp trong nhiều năm. Mặc dù chi phí loại bỏ BOD và COD thông qua quá trình oxy hóa hóa học bằng hydro peroxide thường lớn hơn so với phương tiện vật lý hoặc sinh học, tuy nhiên, vẫn có những tình huống cụ thể biện minh cho việc sử dụng hydro peroxide. Chúng bao gồm: Dự đoán chất thải có chứa các hợp chất ở mức độ trung bình đến cao, độc hại, ức chế hoặc tính toán lại đối với xử lý sinh học (ví dụ: thuốc trừ sâu, chất hóa dẻo, nhựa, chất làm mát và thuốc nhuộm);

• Tiền xử lý chất thải có cường độ cao / dòng chảy thấp - nơi mà việc xử lý sinh học có thể không thực tế - trước khi thải vào Công trình xử lý thuộc sở hữu công cộng (POTW);

• Tăng cường phân tách các chất hữu cơ bị ràng buộc bởi các quá trình tuyển nổi và lắng; và

• Cung cấp oxy hòa tan bổ sung (DO) khi hệ thống xử lý sinh học gặp phải tình trạng quá tải tạm thời hoặc hỏng thiết bị.

Như được chỉ ra bởi các ví dụ này, H2O2 có thể được sử dụng như một phương pháp điều trị độc lập hoặc như một sự tăng cường cho các quá trình xử lý vật lý hoặc sinh học hiện có, tùy thuộc vào tình huống.

Thảo luận về các ứng dụng và cơ chế H2O2

Oxy hóa hóa học trực tiếp bằng hydro peroxide

Hydrogen peroxide có thể được sử dụng một mình hoặc với các chất xúc tác - như sắt (Fe2 + hoặc Fe3 +), tia UV, ozone (O3) và kiềm - để oxy hóa các hợp chất đóng góp BOD / COD trong chất thải. Loại oxy hóa cần thiết phụ thuộc vào loại BOD / COD hiện tại. Mối quan hệ này có mặt trong hình dưới đây.

Lưu ý: Việc một hệ thống oxy hóa sẽ làm giảm chất ô nhiễm cụ thể (nghĩa là ảnh hưởng đến COD của nó) sẽ phụ thuộc vào hệ thống oxy hóa và chất gây ô nhiễm. Chất oxy hóa loại A chỉ phản ứng với chất ô nhiễm loại A; trong khi đó, chất oxy hóa loại C, phản ứng mạnh hơn, phản ứng với hầu hết mọi chất gây ô nhiễm. Tuy nhiên, các chất oxy hóa loại C thường phản ứng tốt hơn với các chất gây ô nhiễm loại A. Nếu một phần lớn BOD và COD được đóng góp bởi các hợp chất lưu huỳnh khử vô cơ như sunfua, sunfua hoặc thiosulfate, thì chỉ có hydro peroxide là hiệu quả. Tùy thuộc vào độ pH của nước thải, quá trình oxy hóa các hợp chất này bằng H 2 O 2 tạo ra lưu huỳnh sunfat hoặc keo, không góp phần vào BOD và COD. Nếu những người đóng góp chính cho BOD và COD là các chất hữu cơ hòa tan, thì cần một hệ thống oxy hóa phản ứng mạnh hơn. Kích hoạt vừa phải hydro peroxide có thể đạt được bằng cách: 1) kiềm (tạo ra ion perhydroxyl, OOH- - chất hoạt động trong các hệ thống tẩy trắng peroxide); 2) một số kim loại chuyển tiếp (ví dụ, tungstate, vanadate, molybdate) tạo thành phức hợp peroxometal phản ứng tại chỗ; và 3) một số axit khoáng nhất định (ví dụ, sunfuric) tạo thành các dẫn xuất peroxyacid phản ứng như axit peroxymonosulfuric (axit của Caro). Đối với các chất hữu cơ tái sinh như dung môi clo hóa, các hệ thống gốc tự do cực kỳ phản ứng (gọi là Quá trình oxy hóa nâng cao) là cần thiết. Một phản ứng tổng quát sử dụng Thuốc thử Fenton để giảm BOD và COD có thể được trình bày như sau:

Mức độ oxy hóa (và do đó mức độ giảm BOD / COD trực tiếp) thường phụ thuộc vào lượng hydro peroxide được sử dụng. Yêu cầu hydro peroxide trên lý thuyết là khoảng 2,1 lbs (100%) trên mỗi lb-BOD và COD bị oxy hóa. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, việc tiêu hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ thành carbon dioxide và nước là không cần thiết. Oxy hóa một phần thành các hợp chất trung gian giảm thiểu tiêu thụ hóa chất và thường dẫn đến giảm đáng kể lượng BOD và COD và độc tính.

Tăng cường phân tách vật lý giữa BOD và COD với Hydrogen Peroxide

Có thể xảy ra sự phân tách vật lý giữa BOD và COD với hydro peroxide bằng hai cách. Trong trường hợp đầu tiên, quá trình oxy hóa một phần các chất ô nhiễm hữu cơ dẫn đến các chất cực (tích điện) dễ dàng hơn để hấp phụ vào chất keo tụ và chất keo tụ. Như được minh họa trong ví dụ dưới đây, điều này cho phép hiệu quả loại bỏ BOD và COD với ít hơn liều hydro peroxide cân bằng hóa học. Trong trường hợp thứ hai, sự phân tách vật lý (tuyển nổi) chất béo, dầu và mỡ (FOG) được cung cấp bởi H2O2. Điều này xảy ra do sự phân hủy tự nhiên của hydro peroxide thành oxy và nước, tức là hydro peroxide sẽ làm bão hòa nước thải bằng oxy, dẫn đến sự hình thành các vi hạt phân tán đồng đều, tạo thành các thành phần FOG khi chúng nổi lên trên bề mặt nước. Trong một số trường hợp, điều này có thể làm tăng loại bỏ BOD thông qua các tế bào tuyển nổi không khí hòa tan từ 50% đến 90-95%. Liều thông thường là 25-100 mg / L H2O2, chi phí thường có thể được bù vào khoản tiết kiệm khi sử dụng chất keo tụ - nói chung vẫn cần một loại polymer polyelectrolyte.

Hydrogen Peroxide (H 2 O 2) là nguồn oxy bổ sung

Hiệu quả loại bỏ BOD của các quá trình xử lý sinh học hiếu khí phụ thuộc vào một số yếu tố bao gồm (nhưng không giới hạn): tải lượng BOD có ảnh hưởng, tỷ lệ F: M, nhiệt độ, mức độ dinh dưỡng và nồng độ oxy hòa tan (DO). Nhiều cơ sở xử lý sinh học sử dụng hydro peroxide để bổ sung nồng độ DO khi điều kiện hạn chế oxy trong lưu vực sục khí hoặc đầm phá dẫn đến việc loại bỏ BOD kém. Những điều kiện này có thể được đưa ra bởi các đỉnh bất ngờ trong tải BOD có ảnh hưởng; sự thay đổi theo mùa trong tải lượng BOD (ví dụ, chế biến rau quả); và thời tiết nóng - làm giảm hiệu quả truyền oxy bằng thiết bị sục khí cơ học (nghĩa là độ hòa tan của O2 giảm khi nhiệt độ tăng). Những điều kiện này có thể có hoặc không kèm theo bulkingous dạng sợi (xem Ứng dụng nước thải thành phố: Kiểm soát Bulking dạng sợi). Khi hydro peroxide được sử dụng để bổ sung DO, nó được đưa trực tiếp vào bể sục khí của hệ thống xử lý sinh học để cung cấp nguồn ngay lập tức LÀM. Việc chuyển đổi hydro peroxide thành DO trong dung dịch hỗn hợp bùn hoạt tính tiến hành theo phản ứng sau:

Yêu cầu về lý thuyết hydro peroxide: 0,48 lbs H2O2 (100%) mỗi mg / L Enzyme DOCancyase là chất xúc tác phân hủy tự nhiên cho hydro peroxide, và được tìm thấy trong tất cả các chất lỏng hỗn hợp bùn hoạt tính, được sản xuất bởi hầu hết các sinh vật hiếu khí. Do quá trình phân hủy enzyme của hydrogen peroxide rất nhanh, oxy được cung cấp bởi hydro peroxide ngay lập tức có sẵn để hấp thụ bởi các sinh vật hiếu khí. Phản ứng trên cho thấy hai phần của hydrogen peroxide sẽ tạo ra một phần DO. Do đó, lượng hydro peroxide cần thiết để oxy hóa nước thải là nhỏ đáng ngạc nhiên. Ví dụ, lượng hydro peroxide trên lý thuyết cần thiết để tăng DO thêm 1 mg / L trong nhà máy xử lý, trung bình lưu lượng 5 MGD là khoảng 17 gpd-50%. Trong thực tế, yêu cầu có thể cao hơn do sự thiếu hiệu quả trong việc hấp thụ oxy và phản ứng phụ với các hợp chất oxy hóa.

Lưu ý: Khi đo BOD hoặc COD của chất thải được xử lý bằng hydro peroxide, điều quan trọng là phải xác định nồng độ hydro peroxide còn lại (nếu có) trước khi phân tích. Điều này là do H2O2 sẽ can thiệp vào cả hai phương pháp phân tích này. Trong thử nghiệm BOD tiêu chuẩn, hydro peroxide dư trong mẫu sẽ giải phóng oxy trong thời gian thử nghiệm, dẫn đến giá trị BOD "thấp giả" (1 mg / L H2O2 = 0,5 mg / L DO). Trong thử nghiệm COD tiêu chuẩn, hydro peroxide dư sẽ phản ứng với thuốc thử kali dicromat, dẫn đến giá trị COD "cao giả". Để biết các phương pháp loại bỏ hydro peroxide dư trước khi phân tích BOD và COD, hoặc tính toán một cách toán học cho H2O2 còn lại, xem phần Can thiệp với Phương pháp phân tích.

Người giới thiệu

• Cole, CA, et.al., J.Water Pollut. Ngược lại. Đã nuôi. 46: 2579-2592 (1974).

• Cole, CA, et.al., J.Water Pollut. Ngược lại. Đã nuôi. 45: 829-836 (1973).

• Houtmeyers, J. et.al. "Hydrogen Peroxide như một nguồn oxy bổ sung cho bùn hoạt tính: Điều tra vi sinh", Châu Âu. J. Appl. Microbiol. 4: 295-305 (1977).

• Steiner, Norbert, et.al. "Trải nghiệm thực vật sử dụng Hydrogen Peroxide để tăng cường chất béo và loại bỏ chất béo", Môi trường. Tiến trình 11 (4): 261-264 (tháng 11 năm 1992).

• Perley, William J., et.al. "Sử dụng Hydrogen Peroxide để kiểm soát sự khó chịu trong việc xử lý nước thải kết hợp tinh chế và nước thải vệ sinh", được trình bày tại Calif. Ô nhiễm nước. Ngược lại. Fed., Liên minh thường niên lần thứ 64, Sacramento, California (ngày 9 tháng 4 năm 1992).