Eliminación de DBO y DQO ​​peróxido de hidrógeno

- Jun 11, 2019-

El peróxido de hidrógeno (H2O2) se ha utilizado para reducir la DBO y la DQO de las aguas residuales industriales durante muchos años. Si bien el costo de eliminar la DBO y la DQO a través de la oxidación química con peróxido de hidrógeno es típicamente mayor que eso por medios físicos o biológicos, existen situaciones específicas que justifican el uso de peróxido de hidrógeno. Estos incluyen: Predigestión de aguas residuales que contienen niveles moderados a altos de compuestos que son tóxicos, inhibidores o recalcitrantes al tratamiento biológico (por ejemplo, pesticidas, plastificantes, resinas, refrigerantes y colorantes);

  • Pretratamiento de aguas residuales de alta resistencia / bajo flujo, donde el biotratamiento puede no ser práctico, antes de la descarga a una Obras de tratamiento de propiedad pública (POTW);

  • Separación mejorada de compuestos orgánicos arrastrados por flotación y procesos de asentamiento; y

  • Suministro de oxígeno disuelto suplementario (OD) cuando los sistemas de tratamiento biológico experimentan sobrecargas temporales o fallas en el equipo.

Como se indica en estos ejemplos, el H2O2 puede usarse como un tratamiento independiente o como una mejora de los procesos de tratamiento físico o biológico existentes, dependiendo de la situación.

Discusión de aplicaciones y mecanismos de H2O2


Oxidación química directa usando peróxido de hidrógeno

El peróxido de hidrógeno se puede usar solo o con catalizadores, como hierro (Fe2 + o Fe3 +), luz UV, ozono (O3) y álcali, para oxidar los compuestos que contribuyen a la DBO / DQO en las aguas residuales. El tipo de oxidación necesaria depende del tipo de DBO / DQO presente. Esta relación está presente en la figura a continuación.

Sistema oxidante Demanda química de oxígeno
Escribe un
(Sulfuro, tiosulfato, sulfito)
Tipo B
(Fenoles, cianuros, aminas)
Tipo C
(BTEX, TOCl, parafinas)
Escribe un
H2O2 X

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

Nota: Si un sistema oxidante degradará un contaminante específico (es decir, afectará su DQO) dependerá del sistema oxidante y el contaminante. Los oxidantes de tipo A reaccionan solo con contaminantes de tipo A; mientras que los oxidantes de tipo C, siendo más reactivos, reaccionan con la mayoría de los contaminantes. Sin embargo, los oxidantes de tipo C generalmente reaccionan preferentemente con contaminantes de tipo A. Si una gran fracción de la DBO y la DQO es aportada por compuestos inorgánicos de azufre reducido como sulfuros, sulfuros o tiosulfato, entonces el peróxido de hidrógeno solo es típicamente efectivo. Dependiendo del pH del agua residual, la oxidación de estos compuestos por H2O2 produce sulfato o azufre coloidal, ninguno de los cuales contribuye a la DBO y la DQO. Si los principales contribuyentes a la DBO y la DQO son compuestos orgánicos disueltos, entonces se necesita un sistema de oxidación más reactivo. La activación moderada del peróxido de hidrógeno se puede lograr mediante: 1) álcali (que genera el ion perhidroxilo, OOH-, el agente activo en los sistemas de blanqueo con peróxido); 2) ciertos metales de transición (p. Ej., Tungstato, vanadato, molibdato) que forman complejos peroxometales reactivos in situ; y 3) ciertos ácidos minerales (p. ej., sulfúrico) que forman derivados de peroxiácidos reactivos tales como el ácido peroximonosulfúrico (ácido de Caro) ex-situ. Para los compuestos orgánicos más recalcitrantes, como los disolventes clorados, se necesitan sistemas de radicales libres extremadamente reactivos (denominados Procesos de oxidación avanzados). Una reacción generalizada usando el Reactivo de Fenton para reducir la DBO y la DQO se puede expresar de la siguiente manera:

Con Fe + 2
Paso 1: DBO / DQO + H2O2 ---> especies parcialmente oxidadas
Con Fe + 2
Paso 2: especies parcialmente oxidadas + H2O2 ---> CO2 + H2O + sales inorgánicas

El grado de oxidación (y, por lo tanto, el grado de reducción directa de DBO / DQO) generalmente depende de la cantidad de peróxido de hidrógeno utilizado. El requerimiento teórico de peróxido de hidrógeno es de aproximadamente 2.1 lbs (como 100%) por lb-BOD y COD oxidado. Sin embargo, en muchos casos, no se necesita una digestión completa de los compuestos orgánicos para dióxido de carbono y agua. La oxidación parcial a compuestos intermedios minimiza el consumo de productos químicos y, a menudo, produce reducciones sustanciales de DBO y DQO y toxicidad. DBO y DQO ​​Oxidación

Separación física mejorada de DBO y DQO ​​con peróxido de hidrógeno

 

La separación física mejorada de DBO y DQO ​​con peróxido de hidrógeno puede ocurrir de dos maneras. En el primer caso, la oxidación parcial de contaminantes orgánicos da como resultado sustancias más polares (cargadas) que son más susceptibles de adsorción en coagulantes y floculantes. Como se ilustra en el ejemplo a continuación, esto permite eficiencias de eliminación de DBO y DQO ​​con dosis de peróxido de hidrógeno menos que estequiométricas. En el segundo caso, H2O2 proporciona una separación física mejorada (flotación) de grasas, aceites y grasas (FOG). Esto ocurre por la descomposición natural del peróxido de hidrógeno en oxígeno y agua, es decir, el peróxido de hidrógeno sobresaturará las aguas residuales con oxígeno, lo que da como resultado la formación de microburbujas dispersas uniformemente que eliminan los componentes de FOG a medida que suben a la superficie del agua. En algunos casos, esto puede aumentar la eliminación de DBO a través de celdas de flotación de aire disuelto, por ejemplo, del 50% al 90-95%. Las dosis típicas son de 25-100 mg / L de H2O2, cuyo costo a menudo se puede compensar con los ahorros en el uso de coagulantes; en general, todavía se necesita un polímero de polielectrolito. Eliminación de DBO y DQO

Peróxido de hidrógeno (H2O2) como fuente suplementaria de oxígeno

 

La eficiencia de eliminación de la DBO de los procesos de tratamiento biológico aeróbico depende de una serie de factores que incluyen (entre otros): carga de DBO influyente, relación F: M, temperatura, niveles de nutrientes y concentraciones de oxígeno disuelto (OD). Muchas instalaciones de tratamiento biológico usan peróxido de hidrógeno para complementar los niveles de OD cuando las condiciones limitadas de oxígeno en las cuencas de aireación o lagunas provocan una eliminación deficiente de DBO. Estas condiciones pueden ser provocadas por picos inesperados en la carga de DBO influyente; variaciones estacionales en la carga de DBO (p. ej., procesamiento de frutas y verduras); y clima cálido, que reduce la eficiencia de la transferencia de oxígeno mediante equipos de aireación mecánica (es decir, la solubilidad del O2 disminuye a medida que aumenta la temperatura). Estas condiciones pueden o no estar acompañadas de un volumen filamentoso (ver Aplicaciones municipales de aguas residuales: Control de volumen filamentoso). Cuando se usa peróxido de hidrógeno para complementar el OD, se dosifica directamente en el depósito de aireación de un sistema de tratamiento biológico para proporcionar una fuente inmediata de HACER. La conversión de peróxido de hidrógeno a OD en un licor mezclado de lodo activado se realiza de acuerdo con la siguiente reacción:

(Enzima catalasa)
2 H2O2 ---> O2 + 2 H2O

Requisito teórico de peróxido de hidrógeno: 0.48 lbs H2O2 (100%) por mg / L La enzima DOCatalasa es un catalizador de descomposición natural para el peróxido de hidrógeno, y se encuentra en todos los licores mezclados de lodos activados, producidos por la mayoría de los organismos aeróbicos. Debido a que esta descomposición enzimática del peróxido de hidrógeno es muy rápida, el oxígeno suministrado por el peróxido de hidrógeno está inmediatamente disponible para su absorción por los organismos aeróbicos. La reacción anterior muestra que dos partes de peróxido de hidrógeno producirán una parte de OD. Por lo tanto, la cantidad de peróxido de hidrógeno requerida para oxigenar las aguas residuales es sorprendentemente pequeña. Por ejemplo, la cantidad teórica de peróxido de hidrógeno requerida para aumentar el OD en 1 mg / L en una planta de tratamiento que promedia el flujo de 5 MGD es aproximadamente 17 gpd-50%. En la práctica real, el requisito puede ser mayor debido a ineficiencias en la absorción de oxígeno y reacciones secundarias con compuestos oxidables.


Nota: Al medir la DBO o DQO de las aguas residuales tratadas con peróxido de hidrógeno, es importante determinar la concentración residual de peróxido de hidrógeno (si existe) antes del análisis. Esto se debe a que el H2O2 interferirá con ambos métodos analíticos. En la prueba estándar de DBO, el peróxido de hidrógeno residual en la muestra liberará oxígeno durante el período de prueba, dando como resultado un valor de DBO "falso bajo" (1 mg / L H2O2 = 0.5 mg / L DO). En la prueba estándar de DQO, el peróxido de hidrógeno residual reaccionará con el reactivo de dicromato de potasio, dando como resultado un valor de DQO "falso alto". Para conocer los métodos para eliminar el peróxido de hidrógeno residual antes del análisis de DBO y DQO, o para explicar matemáticamente el H2O2 residual, consulte Interferencias con métodos analíticos.



Referencias

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

  • Houtmeyers, J. y col. "Peróxido de hidrógeno como fuente de oxígeno suplementaria para lodos activados: investigaciones microbiológicas", europeo. J. Appl. Microbiol 4: 295-305 (1977).

  • Steiner, Norbert, y col. "Experiencia de la planta usando peróxido de hidrógeno para mejorar la flotación de grasas y la eliminación de DBO", Environ. Progress 11 (4): 261-264 (noviembre de 1992).

  • Perley, William J., y col. "Uso de peróxido de hidrógeno para controlar las alteraciones en el tratamiento de la refinación combinada de azúcar y las aguas residuales sanitarias", presentado en Calif. Water Pollut. Contr. Fed., 64th Conf. Anual, Sacramento, California (9 de abril de 1992).