BODおよびCODの除去過酸化水素

過酸化水素（H2O2）は、長年にわたって産業廃水のBODおよびCODを削減するために使用されてきました。 過酸化水素による化学酸化によるBODとCODの除去のコストは、通常、物理的または生物学的手段によるコストよりも高くなりますが、それでも過酸化水素の使用を正当化する特定の状況があります。 これらには、毒性、抑制性、または生物学的処理に抵抗性がある中程度から高レベルの化合物を含む廃水の予備消化（例えば、農薬、可塑剤、樹脂、冷却剤、染料）。

• 公営処理施設（POTW）に排出する前に、高強度/低流量の廃水の前処理（生物処理が実用的でない可能性がある場合）。

• 浮遊および沈降プロセスによる同伴有機物の分離の強化; そして

• 生物学的処理システムで一時的な過負荷または機器の故障が発生した場合の補足溶存酸素（DO）の供給。

これらの例に示されているように、H2O2はスタンドアロンの処理として、または状況に応じて既存の物理的または生物学的処理プロセスの強化として使用できます。

H2O2アプリケーションとメカニズムの説明

過酸化水素を使用した直接化学酸化

過酸化水素は、単独で、または鉄（Fe2 +またはFe3 +）、UV光、オゾン（O3）、アルカリなどの触媒と共に使用して、廃水中のBOD / CODに寄与する化合物を酸化することができます。 必要な酸化のタイプは、存在するBOD / CODのタイプによって異なります。 この関係は下図に示されています。

注：酸化剤システムが特定の汚染物質を分解する（つまり、CODに影響を与える）かどうかは、酸化剤システムと汚染物質に依存します。 タイプA酸化剤はタイプA汚染物質とのみ反応します。 一方、タイプCの酸化剤は反応性が高く、ほとんどすべての汚染物質と反応します。 ただし、タイプCの酸化剤は一般的にタイプAの汚染物質と優先的に反応します。BODとCODの大部分が硫化物、硫化物、またはチオ硫酸塩などの無機還元硫黄化合物によるものである場合、通常、過酸化水素のみが効果的です。 廃水のpHに応じて、これらの化合物のH2O2による酸化により、硫酸塩またはコロイド状硫黄が生成されますが、どちらもBODおよびCODには寄与しません。 BODとCODの主な原因が溶存有機物である場合、より反応性の高い酸化システムが必要です。 過酸化水素の適度な活性化は、次の方法で実現できます。1）アルカリ（ペルヒドロキシルイオンOOH-の生成–過酸化物漂白システムの活性剤）。 ２）その場で反応性ペルオキソ金属錯体を形成する特定の遷移金属（例えば、タングステン酸塩、バナジン酸塩、モリブデン酸塩）。 ３）ペルオキシモノ硫酸（カロ酸）などの反応性ペルオキシ酸誘導体を現場外で形成する特定の鉱酸（例えば、硫酸）。 塩素系溶剤などのより扱いにくい有機物については、非常に反応性の高いフリーラジカルシステム（高度な酸化プロセスと呼ばれる）が必要です。 フェントン試薬を使用してBODおよびCODを低減する一般化された反応は、次のように表すことができます。

酸化の程度（したがって、直接のBOD / COD還元の程度）は、通常、使用する過酸化水素の量に依存します。 理論上の過酸化水素の必要量は、酸化されたlb-BODおよびCODあたり約2.1 lbs（100％として）です。 しかし、多くの場合、有機化合物を二酸化炭素と水に完全に分解する必要はありません。 中間化合物への部分酸化により、化学物質の消費が最小限に抑えられ、BOD、 COD、および毒性が大幅に削減されることがよくあります。

過酸化水素によるBODとCODの物理分離の強化

過酸化水素によるBODとCODの物理分離の強化は、2つの方法で発生する可能性があります。 最初のケースでは、有機汚染物質の部分酸化により、凝集剤や凝集剤への吸着により影響を受けやすい極性（帯電）物質が生成されます。 以下の例に示すように、これにより、化学量論的量より少ない過酸化水素量でBODとCODの除去効率が可能になります。2番目のケースでは、H2O2によって脂肪、油、グリース（FOG）の物理分離（浮選）が強化されます。 これは、過酸化水素が酸素と水に自然に分解することによって発生します。つまり、過酸化水素は廃水を酸素で過飽和にし、均一に分散したマイクロバブルが形成され、FOG構成要素が水の表面に上昇するときにそれが除去されます。 場合によっては、これにより、溶存空気浮上分離セルによるBOD除去が、たとえば50％から90-95％に増加する可能性があります。 典型的な用量は、25-100 mg / L H2O2であり、そのコストは、多くの場合、凝固剤の使用の節約を相殺することができます。高分子電解質ポリマーが依然として必要です。

補足的な酸素源としての過酸化水素（H2O2）

好気性生物処理プロセスのBOD除去効率は、流入BOD負荷、F：M比、温度、栄養素レベル、溶存酸素（DO）濃度など、さまざまな要因に依存します（ただし、これらに限定されません）。 多くの生物学的処理施設は、曝気槽またはラグーンの酸素制限状態が不十分なBOD除去をもたらす場合に、過酸化水素を使用してDOレベルを補足します。 これらの条件は、流入BOD負荷の予期しないピークによって引き起こされる可能性があります。 BOD負荷の季節変動（例：果物と野菜の処理）; および高温–機械的曝気装置による酸素移動の効率を低下させます（つまり、O2溶解度は温度が上昇するにつれて減少します）。 これらの条件には、繊維状のバルキングが伴う場合とそうでない場合があります（地方自治体の下水アプリケーション：フィラメント状のバルキングコントロールを参照）。過酸化水素がDOを補うために使用される場合、生物学的処理システムの曝気槽に直接計量され、行う。 活性汚泥混合液中での過酸化水素のDOへの変換は、次の反応に従って進行します。

理論上の過酸化水素の必要量：0.48 lbs H2O2（100％）/ mg / L DOCatalase酵素は過酸化水素の自然分解触媒であり、ほとんどの好気性生物によって生成されるすべての活性汚泥混合液に含まれています。 この過酸化水素の酵素分解は非常に速いため、過酸化水素によって供給された酸素は好気性生物による取り込みにすぐに利用できます。上記の反応は、過酸化水素2部がDOの1部を生成することを示しています。 したがって、排水に酸素を供給するために必要な過酸化水素の量は驚くほど少ない。 たとえば、平均5 MGDフローの処理プラントでDOを1 mg / L増加させるのに必要な過酸化水素の理論量は、約17 gpd-50％です。 実際の実行では、酸素取り込みの非効率性と酸化可能な化合物との副反応のため、要件はさらに高くなる可能性があります。

注：過酸化水素処理された廃水のBODまたはCODを測定する場合、分析前に残留過酸化水素濃度（ある場合）を決定することが重要です。 これは、H2O2がこれらの分析方法の両方を妨害するためです。 標準のBODテストでは、サンプル中の残留過酸化水素がテスト期間中に酸素を放出し、「偽の低い」BOD値になります（1 mg / L H2O2 = 0.5 mg / L DO）。 標準のCODテストでは、残留過酸化水素が重クロム酸カリウム試薬と反応し、「誤って高い」COD値になります。 BODおよびCOD分析の前に残留過酸化水素を除去する方法、または残留H2O2を数学的に説明する方法については、分析方法との干渉を参照してください。

参考文献

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