تم استخدام بيروكسيد الهيدروجين (H2O2) لتقليل الطلب الأوكسجيني البيولوجي و COD من مياه الصرف الصناعي لسنوات عديدة. في حين أن تكلفة إزالة BOD و COD من خلال الأكسدة الكيميائية مع بيروكسيد الهيدروجين عادة ما تكون أكبر من تلك التي من خلال الوسائل الفيزيائية أو البيولوجية ، إلا أن هناك حالات محددة تبرر استخدام بيروكسيد الهيدروجين. وهي تشمل: مقدمات الهضم المسبقة لمياه الصرف التي تحتوي على مستويات معتدلة إلى عالية من المركبات السامة أو المثبطة أو المعادية للمعالجة البيولوجية (مثل المبيدات الحشرية والملدنات والراتنجات والمبردات والأصباغ) ؛
المعالجة المسبقة لمياه الصرف الصحي ذات القوة العالية / التدفق المنخفض - حيث قد لا يكون العلاج البيولوجي عمليًا - قبل تصريفه إلى محطات المعالجة المملوكة للجمهور (POTW) ؛
فصل محسن للمواد العضوية المحبوسة عن طريق التعويم وعمليات الترسيب ؛ و
توريد الأكسجين المذاب التكميلي (DO) عندما تعاني أنظمة المعالجة البيولوجية من حمولة زائدة مؤقتة أو تعطل المعدات.
كما هو موضح في هذه الأمثلة ، يمكن استخدام H2O2 كعلاج قائم بذاته أو كتعزيز لعمليات المعالجة الفيزيائية أو البيولوجية القائمة ، اعتمادًا على الحالة.
مناقشة تطبيقات وآليات H2O2
الأكسدة الكيميائية المباشرة باستخدام بيروكسيد الهيدروجين
يمكن استخدام بيروكسيد الهيدروجين بمفرده أو مع المحفزات - مثل الحديد (Fe2 + أو Fe3 +) ، ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، الأوزون (O3) والقلويات - لأكسدة المركبات المساهمة BOD / COD في مياه الصرف الصحي. يعتمد نوع الأكسدة المطلوب على نوع BOD / COD الموجود. هذه العلاقة موجودة في الشكل أدناه.
| نظام الأكسدة | الطلب على الاكسجين الكيميائي | ||
|---|---|---|---|
| نوع أ (كبريتيد ، ثيوسلفات ، كبريت) | النوع ب (الفينول والسيانيد والأمينات) | اكتب ج (BTEX ، TOCl ، البارافينات) | |
| نوع أ | |||
| H2O2 | X | ||
| النوع ب | |||
| H2O2 / OH- | X | X | |
| H2O2 / M + | X | X | |
| H2O2 / H + | X | X | |
| اكتب ج | |||
| H2O2 / Fe | X | X | X |
| H2O2 / O3 | X | X | X |
| H2O2 / UV | X | X | X |
ملحوظة: يعتمد ما إذا كان نظام الأكسدة على تحلل ملوث معين (أي يؤثر على COD) على نظام الأكسدة والملوث. تتفاعل مؤكسدات النوع أ فقط مع الملوثات من النوع أ ؛ بينما ، تكون تفاعلات الأكسدة من النوع C أكثر تفاعلًا مع أي ملوث. ومع ذلك ، تتفاعل مؤكسدات النوع C بشكل عام بشكل تفضيلي مع الملوثات من النوع A ، إذا كان جزء كبير من BOD و COD يُسهم بمركبات كبريتية مخفضة غير عضوية مثل الكبريتيدات أو الكبريتيدات أو الثيوسلفات ، فإن بيروكسيد الهيدروجين وحده فعال عادة. اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني لمياه الصرف الصحي ، فإن أكسدة هذه المركبات بواسطة H2O2 ينتج كبريتات أو كبريتات غروانية ، والتي لا تساهم في BOD و COD. إذا كان المساهمون الأساسيون في BOD و COD عبارة عن مواد عضوية مذابة ، فستكون هناك حاجة إلى نظام أكسدة أكثر تفاعلية. يمكن تحقيق التنشيط المعتدل لبيروكسيد الهيدروجين عن طريق: 1) قلوي (توليد أيون بيروكسيدروكسيل ، OOH- - العامل النشط في أنظمة تبييض البيروكسيد) ؛ 2) بعض المعادن الانتقالية (على سبيل المثال ، التنغستات ، الفانات ، الموليبدات) التي تشكل معقدات بيروكسوميتال تفاعلية في الموقع ؛ و 3) بعض الأحماض المعدنية (على سبيل المثال ، الكبريتيك) التي تشكل مشتقات حمض البيروكسي التفاعلي المتفاعل مثل حمض البيروكسيمونوسلفوريك (حمض كارو) خارج الموقع. بالنسبة للمواد العضوية الأكثر تمردًا مثل المذيبات المكلورة ، هناك حاجة إلى أنظمة الجذور الحرة شديدة التفاعل (تسمى عمليات الأكسدة المتقدمة). يمكن التعبير عن رد فعل معمم باستخدام كاشف Fenton لتقليل BOD و COD على النحو التالي:
| مع Fe + 2 | |
|---|---|
| الخطوة 1: | BOD / COD + H2O2 ---> الأنواع المؤكسدة جزئيا |
| مع Fe + 2 | |
| الخطوة 2: | الأنواع المؤكسدة جزئيًا + H2O2 ---> CO2 + H2O + أملاح غير عضوية |
عادة ما يعتمد مدى الأكسدة (وبالتالي درجة الاختزال المباشر لأكسجين الأكسجين البيولوجي / COD) على كمية بيروكسيد الهيدروجين المستخدم. متطلبات بيروكسيد الهيدروجين النظرية حوالي 2.1 رطل (100٪) لكل رطل- BOD و COD مؤكسد. ومع ذلك ، في كثير من الحالات ، لا يلزم الهضم الكامل للمركبات العضوية لثاني أكسيد الكربون والماء. الأكسدة الجزئية للمركبات الوسيطة تقلل من استهلاك المواد الكيميائية وغالبًا ما تؤدي إلى انخفاضات كبيرة في BOD و COD. 
الفصل المادي المحسن بين BOD و COD مع بيروكسيد الهيدروجين
قد يحدث فصل مادي محسن بين BOD و COD مع بيروكسيد الهيدروجين بطريقتين. في الحالة الأولى ، ينتج عن الأكسدة الجزئية للملوثات العضوية المزيد من المواد القطبية (المشحونة) التي تكون أكثر قابلية للامتصاص على التخثرات والمواد الندفية. كما هو موضح في المثال أدناه ، يسمح هذا بكفاءة إزالة BOD و COD بأقل من جرعات بيروكسيد الهيدروجين المتكافئة في الحالة الثانية ، يتم توفير الفصل المادي المعزز (التعويم) للدهون والزيوت والشحوم (FOG) بواسطة H2O2. يحدث هذا من خلال التحلل الطبيعي لبيروكسيد الهيدروجين إلى الأكسجين والماء ، أي أن بيروكسيد الهيدروجين سوف يشبع مياه الصرف بالأكسجين ، مما يؤدي إلى تكوين فقاعات ميكروية متفرقة بشكل متساوٍ تتخلص من مكونات الضباب أثناء ارتفاعها إلى سطح الماء. في بعض الحالات ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة إزالة الطلب الأوكسجيني البيولوجي من خلال خلايا تعويم الهواء المذاب من 50٪ إلى 90-95٪ مثلاً. الجرعات النموذجية هي 25-100 ملغم / لتر H2O2 ، والتي يمكن تعويض تكلفتها في الغالب مقابل التوفير في استخدام تجلط الدم - لا تزال هناك حاجة عامة إلى بوليمر متعدد الإلكتروليتات. 
بيروكسيد الهيدروجين (H2O2) كمصدر الأكسجين التكميلي
تعتمد كفاءة إزالة الطلب الأوكسجيني البيولوجي لعمليات المعالجة البيولوجية الهوائية على عدد من العوامل بما في ذلك (على سبيل المثال لا الحصر): تحميل الطلب الأوكسجيني البيولوجي المؤثر ، ونسبة F: M ، ودرجة الحرارة ، ومستويات المغذيات ، وتركيزات الأكسجين المذاب (DO). تستخدم العديد من مرافق المعالجة البيولوجية بيروكسيد الهيدروجين لتكملة مستويات ثاني أكسيد الكربون عندما تؤدي ظروف الأكسجين المحدودة في أحواض التهوية أو البحيرات إلى ضعف إزالة الطلب الأوكسجيني البيولوجي. يمكن أن تحدث هذه الظروف من خلال قمم غير متوقعة في تحميل الطلب الأوكسجيني البيولوجي المؤثر ؛ التغيرات الموسمية في تحميل الطلب الأوكسجيني البيولوجي (مثل معالجة الفاكهة والخضروات) ؛ والطقس الحار - مما يقلل من كفاءة نقل الأكسجين عن طريق معدات التهوية الميكانيكية (أي انخفاض قابلية ذوبان الأكسجين مع زيادة درجة الحرارة). قد تكون هذه الظروف مصحوبة أو لا تكون مصحوبة بكميات خيطية (انظر تطبيقات مياه الصرف الصحي البلدية: التحكم في الكميات الخيطية) .عندما يتم استخدام بيروكسيد الهيدروجين لتكملة دو ، يتم قياسه مباشرة في حوض التهوية لنظام معالجة بيولوجية لتوفير مصدر فوري لـ فعل. يستمر تحويل بيروكسيد الهيدروجين إلى DO في الحمأة المنشطة المختلطة وفقا للتفاعل التالي:
| (إنزيم كاتالاز) |
|---|
| 2 H2O2 ---> O2 + 2 H2O |
متطلبات بيروكسيد الهيدروجين النظري: 0.48 رطل H2O2 (100٪) لكل ملغم / إنزيم DOCatalase هو محفز تحلل طبيعي لبيروكسيد الهيدروجين ، ويوجد في جميع أنواع السوائل المختلطة الحمأة ، التي تنتجها معظم الكائنات الحية الهوائية. لأن هذا التحلل الإنزيمي لبيروكسيد الهيدروجين سريع جدًا ، فإن الأكسجين الذي يوفره بيروكسيد الهيدروجين متاح على الفور لامتصاص الكائنات الهوائية ، ويظهر التفاعل أعلاه أن جزأين من بيروكسيد الهيدروجين سينتج جزءًا واحدًا من DO. لذلك ، فإن كمية بيروكسيد الهيدروجين المطلوبة لأكسجين مياه الصرف صغيرة بشكل مدهش. على سبيل المثال ، الكمية النظرية لبيروكسيد الهيدروجين المطلوب لزيادة DO بمقدار 1 ملغم / لتر في محطة معالجة يبلغ متوسط تدفق 5 MGD فيها حوالي 17 gpd-50٪. في الممارسة الفعلية ، قد يكون المتطلب أعلى بسبب عدم الكفاءة في امتصاص الأكسجين والتفاعلات الجانبية مع المركبات القابلة للأكسدة.
ملاحظة: عند قياس الطلب الأوكسجيني البيولوجي أو COD لمياه الصرف المعالجة ببيروكسيد الهيدروجين ، من المهم تحديد تركيز بيروكسيد الهيدروجين المتبقي (إن وجد) قبل التحليل. وذلك لأن H2O2 سوف تتداخل مع كل من هذه الأساليب التحليلية. في اختبار الطلب الأوكسجيني البيولوجي القياسي ، سيحرر بيروكسيد الهيدروجين المتبقي في العينة الأكسجين خلال فترة الاختبار ، مما يؤدي إلى قيمة BOD "منخفضة كاذبة" (1 ملغم / لتر H2O2 = 0.5 ملغم / لتر DO). في اختبار COD القياسي ، سوف يتفاعل بيروكسيد الهيدروجين المتبقي مع كاشف ثنائي كرومات البوتاسيوم ، مما يؤدي إلى قيمة COD عالية "خاطئة". لمعرفة طرق إزالة بيروكسيد الهيدروجين المتبقي قبل تحليل الطلب الأوكسجيني البيولوجي و COD ، أو لحساب رياضي لما تبقى من H2O2 ، انظر التداخلات مع الطرق التحليلية.
المراجع
كول ، كاليفورنيا ، وآخرون ، J.Water Pollut. كونتر. تغذيها. 46: 2579-2592 (1974).
كول ، كاليفورنيا ، وآخرون ، J.Water Pollut. كونتر. تغذيها. 45: 829-836 (1973).
Houtmeyers ، J. et.al. "بيروكسيد الهيدروجين كمصدر أكسجين تكميلي للحمأة المنشطة: التحقيقات الميكروبيولوجية" ، أوروبي. جيه. ميكروبيول. 4: 295-305 (1977).
شتاينر ، نوربرت ، وآخرون "تجربة النبات باستخدام بيروكسيد الهيدروجين لتعويم الدهون وإزالة الطلب الأوكسجيني البيولوجي" ، Environ. التقدم 11 (4): 261-264 (نوفمبر 1992).
Perley ، William J. ، et.al. "استخدام بيروكسيد الهيدروجين للتحكم في الاضطرابات في معالجة تكرير السكر المشترك ومياه الصرف الصحي" ، المقدمة في كاليفورنيا. كونتر. الاحتياطي الفيدرالي ، المؤتمر السنوي الرابع والستون ، ساكرامنتو ، كاليفورنيا (9 أبريل 1992).
