BSB- und CSB-Entfernung Wasserstoffperoxid

- Jun 11, 2019-

Wasserstoffperoxid (H2O2) wird seit vielen Jahren zur Reduzierung des BSB und des CSB von Industrieabwässern eingesetzt. Während die Kosten für die Entfernung von BSB und CSB durch chemische Oxidation mit Wasserstoffperoxid typischerweise höher sind als die durch physikalische oder biologische Mittel, gibt es dennoch spezifische Situationen, die die Verwendung von Wasserstoffperoxid rechtfertigen. Dazu gehören: Vorverdauung von Abwässern, die mäßige bis hohe Mengen an Verbindungen enthalten, die für die biologische Behandlung toxisch, hemmend oder widerspenstig sind (z. B. Pestizide, Weichmacher, Harze, Kühlmittel und Farbstoffe);

  • Vorbehandlung von Abwässern mit hoher Festigkeit und geringem Durchfluss - wo eine Biobehandlung möglicherweise nicht praktikabel ist - vor der Einleitung in ein öffentliches Klärwerk (POTW);

  • Verbesserte Trennung von mitgerissenen organischen Stoffen durch Flotations- und Absetzprozesse; und

  • Zufuhr von zusätzlichem gelöstem Sauerstoff (DO), wenn bei biologischen Behandlungssystemen vorübergehende Überlastungen oder Geräteausfälle auftreten.

Wie aus diesen Beispielen hervorgeht, kann H2O2 je nach Situation als eigenständige Behandlung oder als Verbesserung bestehender physikalischer oder biologischer Behandlungsprozesse eingesetzt werden.

Diskussion von H2O2-Anwendungen und -Mechanismen


Direkte chemische Oxidation mit Wasserstoffperoxid

Wasserstoffperoxid kann allein oder mit Katalysatoren wie Eisen (Fe2 + oder Fe3 +), UV-Licht, Ozon (O3) und Alkali verwendet werden, um BSB / CSB-tragende Verbindungen in Abwässern zu oxidieren. Die Art der erforderlichen Oxidation hängt von der Art des vorhandenen BSB / CSB ab. Diese Beziehung ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Oxidationsmittelsystem Chemischer Sauerstoffbedarf
Tippe A
(Sulfid, Thiosulfat, Sulfit)
Typ B.
(Phenole, Cyanide, Amine)
Typ C.
(BTEX, TOCl, Paraffine)
Tippe A
H2O2 X.

Typ B.
H2O2 / OH- X. X.
H2O2 / M + X. X.
H2O2 / H + X. X.
Typ C.
H2O2 / Fe X. X. X.
H2O2 / O3 X. X. X.
H2O2 / UV X. X. X.

Hinweis: Ob ein Oxidationsmittelsystem einen bestimmten Schadstoff abbaut (dh seinen CSB beeinflusst), hängt vom Oxidationsmittelsystem und dem Schadstoff ab. Oxidationsmittel vom Typ A reagieren nur mit Schadstoffen vom Typ A; Oxidationsmittel vom Typ C reagieren reaktiver mit den meisten Schadstoffen. Oxidationsmittel vom Typ C reagieren jedoch im Allgemeinen bevorzugt mit Schadstoffen vom Typ A. Wenn ein großer Teil des BSB und des CSB durch anorganische reduzierte Schwefelverbindungen wie Sulfide, Sulfide oder Thiosulfat verursacht wird, ist Wasserstoffperoxid allein typischerweise wirksam. Abhängig vom pH-Wert des Abwassers ergibt die Oxidation dieser Verbindungen durch H2O2 Sulfat oder kolloidalen Schwefel, die weder zu BSB noch zu CSB beitragen. Wenn die Hauptverursacher von BSB und CSB gelöste organische Stoffe sind, ist ein reaktiveres Oxidationssystem erforderlich. Eine mäßige Aktivierung von Wasserstoffperoxid kann erreicht werden durch: 1) Alkali (Erzeugung des Perhydroxylions, OOH- - des Wirkstoffs in Peroxidbleichsystemen); 2) bestimmte Übergangsmetalle (z. B. Wolframat, Vanadat, Molybdat), die in situ reaktive Peroxometallkomplexe bilden; und 3) bestimmte Mineralsäuren (z. B. Schwefelsäure), die ex situ reaktive Peroxysäurederivate wie Peroxymonoschwefelsäure (Carosäure) bilden. Für die widerspenstigeren organischen Stoffe wie chlorierte Lösungsmittel werden extrem reaktive Radikalsysteme (als Advanced Oxidation Processes bezeichnet) benötigt. Eine verallgemeinerte Reaktion unter Verwendung von Fentons Reagenz zur Reduzierung von BSB und CSB kann wie folgt ausgedrückt werden:

Mit Fe + 2
Schritt 1: BSB / CSB + H2O2 ---> teilweise oxidierte Spezies
Mit Fe + 2
Schritt 2: teilweise oxidierte Spezies + H2O2 ---> CO2 + H2O + anorganische Salze

Das Ausmaß der Oxidation (und damit der Grad der direkten BSB / CSB-Reduktion) hängt typischerweise von der Menge des verwendeten Wasserstoffperoxids ab. Der theoretische Wasserstoffperoxidbedarf beträgt etwa 2,1 lbs (als 100%) pro lb-BSB und oxidiertem CSB. In vielen Fällen ist jedoch kein vollständiger Aufschluss der organischen Verbindungen zu Kohlendioxid und Wasser erforderlich. Eine teilweise Oxidation zu Zwischenverbindungen minimiert den Chemikalienverbrauch und führt häufig zu einer erheblichen Verringerung des BSB und des CSB sowie der Toxizität. BSB- und CSB-Oxidation

Verbesserte physikalische Trennung von BSB und CSB mit Wasserstoffperoxid

 

Eine verbesserte physikalische Trennung von BSB und CSB mit Wasserstoffperoxid kann auf zwei Arten auftreten. Im ersten Fall führt die partielle Oxidation organischer Verunreinigungen zu polareren (geladenen) Substanzen, die für die Adsorption an Koagulantien und Flockungsmitteln besser geeignet sind. Wie im folgenden Beispiel dargestellt, ermöglicht dies eine Effizienz der BSB- und CSB-Entfernung bei weniger als stöchiometrischen Wasserstoffperoxiddosen. Im zweiten Fall wird durch H2O2 eine verbesserte physikalische Trennung (Flotation) von Fetten, Ölen und Fetten (FOG) bereitgestellt. Dies geschieht durch die natürliche Zersetzung von Wasserstoffperoxid zu Sauerstoff und Wasser, dh Wasserstoffperoxid übersättigt das Abwasser mit Sauerstoff, was zur Bildung gleichmäßig verteilter Mikrobläschen führt, die FOG-Bestandteile abfangen, wenn sie an die Wasseroberfläche aufsteigen. In einigen Fällen kann dies die BSB-Entfernung durch Flotationszellen mit gelöster Luft von z. B. 50% auf 90-95% erhöhen. Typische Dosen sind 25-100 mg / l H2O2, deren Kosten häufig mit Einsparungen bei der Verwendung von Gerinnungsmitteln verrechnet werden können - ein Polyelektrolytpolymer wird im Allgemeinen immer noch benötigt. BSB- und CSB-Entfernung

Wasserstoffperoxid (H2O2) als zusätzliche Sauerstoffquelle

 

Die BSB-Entfernungseffizienz von aeroben biologischen Behandlungsprozessen hängt von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich (aber nicht beschränkt auf): Einfluss der BSB-Beladung, F: M-Verhältnis, Temperatur, Nährstoffgehalt und Konzentration an gelöstem Sauerstoff (DO). Viele biologische Behandlungsanlagen verwenden Wasserstoffperoxid, um die Sauerstoffkonzentration zu erhöhen, wenn sauerstoffbegrenzte Bedingungen in Belüftungsbecken oder Lagunen zu einer schlechten BSB-Entfernung führen. Diese Bedingungen können durch unerwartete Spitzen der BSB-Belastung verursacht werden. saisonale Schwankungen der BSB-Belastung (z. B. Obst- und Gemüseverarbeitung); und heißes Wetter - was die Effizienz der Sauerstoffübertragung durch mechanische Belüftungsgeräte verringert (dh die O2-Löslichkeit nimmt mit steigender Temperatur ab). Diese Bedingungen können mit einem filamentösen Aufblähen einhergehen oder nicht (siehe Kommunale Abwasseranwendungen: Kontrolle des filamentösen Aufblasens). Wenn Wasserstoffperoxid zur Ergänzung von DO verwendet wird, wird es direkt in das Belüftungsbecken eines biologischen Behandlungssystems dosiert, um eine unmittelbare Quelle für dieses bereitzustellen MACHEN. Die Umwandlung von Wasserstoffperoxid zu DO in einer Belebtschlamm-Mischlauge erfolgt nach folgender Reaktion:

(Katalaseenzym)
2 H2O2 ---> O2 + 2 H2O

Theoretischer Wasserstoffperoxidbedarf: 0,48 lbs H2O2 (100%) pro mg / l DOCatalase-Enzym ist ein natürlicher Zersetzungskatalysator für Wasserstoffperoxid und kommt in allen Belebtschlamm-Mischlaugen vor, die von den meisten aeroben Organismen produziert werden. Da diese enzymatische Zersetzung von Wasserstoffperoxid sehr schnell erfolgt, steht der von Wasserstoffperoxid gelieferte Sauerstoff sofort zur Aufnahme durch die aeroben Organismen zur Verfügung. Die obige Reaktion zeigt, dass zwei Teile Wasserstoffperoxid einen Teil DO ergeben. Daher ist die Menge an Wasserstoffperoxid, die zur Sauerstoffanreicherung des Abwassers erforderlich ist, überraschend gering. Beispielsweise beträgt die theoretische Menge an Wasserstoffperoxid, die erforderlich ist, um den Sauerstoffgehalt in einer Kläranlage mit einem durchschnittlichen Fluss von 5 MGD um 1 mg / l zu erhöhen, etwa 17 gpd-50%. In der Praxis kann der Bedarf aufgrund von Ineffizienzen bei der Sauerstoffaufnahme und Nebenreaktionen mit oxidierbaren Verbindungen höher sein.


Hinweis: Bei der Messung des BSB oder CSB von mit Wasserstoffperoxid behandelten Abwässern ist es wichtig, vor der Analyse die verbleibende Wasserstoffperoxidkonzentration (falls vorhanden) zu bestimmen. Dies liegt daran, dass H2O2 diese beiden Analysemethoden stört. Im Standard-BSB-Test setzt restliches Wasserstoffperoxid in der Probe während des Testzeitraums Sauerstoff frei, was zu einem "falsch niedrigen" BSB-Wert führt (1 mg / l H2O2 = 0,5 mg / l DO). Im Standard-CSB-Test reagiert restliches Wasserstoffperoxid mit dem Kaliumdichromat-Reagenz, was zu einem "falsch hohen" CSB-Wert führt. Methoden zur Entfernung von restlichem Wasserstoffperoxid vor der BSB- und CSB-Analyse oder zur mathematischen Berücksichtigung des restlichen H2O2 finden Sie unter Interferenzen mit analytischen Methoden.



Verweise

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