Control de DBO y DQO con

Peróxido de Hidrógeno

Introducción

El Peroxido de Hidrógeno se ha utilizado para reducir la DBO y la DQO de las aguas residuales industriales por muchos años. Mientras que el coste de eliminar DBO/DQO con la oxidación química es típicamente mayor que con medios físicos o biológicos, hay no obstante situaciones específicas que claramente justifican su uso. Éstos incluyen:

Predigestión de las aguas residuales que contienen niveles medios a altos de compuestos tóxicos, inhibitorios, o recalcitrantes al tratamiento biológico (e.g., pesticidas, plastificantes, resinas, líquidos refrigerados, y colorantes);

Pre-Tratamiento de las aguas residuales donde el biotratamiento puede no ser práctico - antes de la descarga a un tratamiento público

Ayuda en la separación de organicos arrastrados por la flotación y otros procesos

Fuente de oxígeno disuelto cuando los sistemas de tratamiento biológicos experimentan sobrecargas o faltas temporales de equipo.

Según lo indicado en estos ejemplos, el H2O2 se puede utilizar como tratamiento independiente o para mejorar los procesos físicos o biológicos del tratamiento, dependiendo de la situación.

Usos y Mecanismos

1. Oxidación química directa

El H2O2 se puede utilizar solo o con los catalizadores - tales como hierro (Fe2+ o Fe3+), luz UV, ozono (O3) y álcali - para oxidar compuestos que contribuyen a la DBO/DQO

en aguas residuales. El tipo de oxidación necesitado depende del tipo de DBO/DQO. Esta relación está presente en la figura abajo.

Eliminación de DQO y DBO con distintos tipos de contaminantes

Si un sistema de Cada oxidante degradará un agente contaminante específico (es decir, afecta la DQO) Esto dependerá del sistema oxidante y del contaminante. Los oxidantes Tipo A reaccionan solamente con los contaminantes tipo A; mientras que, los oxidantes tipo C, reaccionan con cualquier contaminante. Sin embargo, el oxidante C reacciona generalmente en forma preferencial con los contaminantes A.

Si los compuestos de sulfuro inorgánicos tales como sulfuros, sulfitos o tiosulfatos forman una parte importante de la DQO, entonces el Peróxido de Hidrógeno será efectivo sin la necesidad de un catalizador. Dependiendo del pH de las aguas residuales, la oxidación de estos compuestos a sulfato o sulfuro coloidal contribuirá a disminuir la DQO.

Para los organicos más recalcitrantes tales como solventes tratados con cloro hacen falta sistemas extremadamente reactivos de radicales libres. Una reacción general que usa el reactivo de Fenton para reducir DBO/DQO puede ser expresada como sigue:

Oxidante TIPO A TIPO B TIPO C(Sulfuro, Tiosulfatos,

sulfito)

(Fenoles, cianuros,

aminas) (BTEX, Parafina)

TIPO A

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

(con Fe+2)

Paso-1: DBO/DQO + H2O2 ---> especie parcialmente oxidada

(con Fe+2)

Paso-2: especie parcialmente oxidada + H2O2 ---> CO2 + H2O + sales inorgánicas

El grado de la oxidación (y por lo tanto el grado de reducción directa de DBO/DQO) depende típicamente de la cantidad de H2O2 usado. El requisito teórico de H2O2 es cerca de 2.1 kg (como 100%) por kg de DBO/DQO oxidado. En muchos casos, sin embargo, la mineralización completa de estos compuestos orgánicos a CO2 y agua no es necesaria. La oxidación parcial a los compuestos intermedios reduce al mínimo la consumición química y da lugar a menudo a reducciones substanciales en DBO/DQO y toxicidad.

Toxicidad

DQO

Sustrato

2. Mejora en los procesos físicos de separación

La separación física aumentada de DBO/DQO con H2O2 puede ocurrir de dos maneras. En el primer caso, la oxidación parcial de contaminantes orgánicos da lugar a sustancias (cargadas) más polares que sean más favorables a la adsorción sobre coagulantes y floculantes. Según lo ilustrado en el ejemplo abajo, esto permite eficacias del retiro de DBO/DQO con dosis menores que las estequiometricas del H2O2.

En el segundo caso, la separación física aumentada (por flotación) de grasas y aceites es proporcionada por el H2O2. Esto ocurre por la descomposición natural del H2O2 en oxígeno y agua, es decir, sobresaturar con Oxigeno disuelto mediante el H2O2, lo que da lugar a la formación de microburbujas uniformemente dispersadas que limpian constitutents de grasas y aceites haciendo que se levanten a la superficie del agua.

En algunos casos, esto puede aumentar el retiro de la DBO a través de las células disueltas de flotación de aire e.g., del 50% a 90-95%. Las dosis típicas son 25-100 mg/l del H2O2, el coste para el cual se puede compensar a menudo contra ahorros en uso del coagulante o polímero.

DQO Sin H2O2

DBO Sin H2O2

DQO con H2O2 y activado TOC con H2O2

DQO con H2O2

3. Fuente adicional de oxígeno

La eficacia del retiro de la DBO de los procesos biológicos aerobios de tratamiento depende de un número de factores incluyendo (pero no limitado a): carga de DBO del afluente, masa, temperatura, niveles de nutrientes, y concentraciones de oxígeno disuelto. Muchas instalaciones de tratamiento biologico utilizan el H2O2 para el agregado de Oxigeno Disuelto (DO). Puede ser necesario aumentar la dosificación debido a picos inesperados de carga de DBO en el efluente o variaciones estacionales de temperatura en el tiempo, lo cual afecta la transferencia de oxígeno al líquido por el equipo mecánico de aireación (es decir, la solubilidad O2 disminuye con los aumentos de temperatura). Estas condiciones pueden traer aparejadas tambíen problemas de bulking por las bacterias filamentosas.

Cuando el H2O2 se utiliza como forma de apore de Oxigeno disuelto, este se mide directamente en el la zona de aireación del sistema de tratamiento biológico. La conversión del H2O2 a Oxigeno Disuelto en un fango activado procede de acuerdo a la siguiente reacción.

(Enzima de Catalasa)

2 H2O2 ---> O2 + 2 H2O

Requisito teórico del H2O2: 0.48 kg de H2O2 (100%) por mg/l

La enzima Catalasa es un catalizador natural de descomposición para H2O2, y se encuentra en todos los licores mezclados de fango activado, siendo producido por la mayoría de los organismos aerobios. Dado que esta descomposición enzimática del H2O2 es muy rápida, el oxígeno proveído por H2O2 está inmediatamente disponible parar los organismos aerobios.

La reacción antedicha demuestra que dos porciones de H2O2 rendirán una porción de Oxigeno Disuelto. Por lo tanto, la cantidad de H2O2 requerida para oxigenar las aguas residuales es asombrosamente pequeña. Por ejemplo, la cantidad teórica de H2O2 requerida para aumentar Oxigeno Disuelto por 1 mg/l en una planta de tratamiento en la que el flujo promedio es 800 m3/h sera cerca de 70 lt/d Peróxido 50% (o sobre €40/día). En práctica real, el requisito puede ser más alto debido a las reacciones ineficaces con otros compuestos orgánicos u oxidables.

Nota: Al medir la DBO o la DQO de muestras que se han tratado con H2O2, es importante determinar la concentración residual de H2O2 antes del análisis. Esto es porque el H2O2 interferirá con ambos métodos analíticos. En la prueba estándar de

DBO, el H2O2 residual en la muestra liberará el oxígeno sobre el período de la prueba, dando por resultado un valor “bajo” falso de la DBO (1 mg/l de H2O2 = 0.5 mg/l). En la prueba estándar de la DQO, el H2O2 residual reaccionará con el reactivo del dicromato de potasio, dando por resultado un “alto” valor falso de la DQO.

Referencias

Cole, C.A., et.al., J.Water Pollut. Contr. Fed. 46:2579-2592 (1974). Cole, C.A., et.al., J.Water Pollut. Contr. Fed. 45:829-836 (1973). Houtmeyers, J. et.al. "Hydorgen Peroxide as a Supplemental Oxygen Source for

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Steiner, Norbert, et.al. "Plant Experience using Hydrogen Peroxide for Enhanced Fat Flotation and BOD Removal", Environ. Progress 11(4):261-264 (Nov. 1992).

Perley, William J., et.al. "Use of Hydrogen Peroxide to Control Upsets in the Treatment of Combined Sugar Refining and Sanitary Wastewater", presented at Calif. Water Pollut. Contr. Fed., 64th Annual Conf., Sacramento, Calif. (Apr. 9, 1992).