מי חמצן (H2O2) משמשים להפחתת BOD ו- COD של שפכים תעשייתיים במשך שנים רבות. אמנם העלות של הסרת BOD ו- COD באמצעות חמצון כימי עם מי חמצן בדרך כלל גבוהה יותר מאשר על ידי אמצעים פיזיים או ביולוגיים, אך בכל זאת ישנם מצבים ספציפיים המצדיקים את השימוש במי חמצן. אלה כוללים: הערכה מוקדמת של שפכים המכילים רמות בינוניות עד גבוהות של תרכובות רעילות, מעכבות או מחליפות טיפול ביולוגי (למשל חומרי הדברה, פלסטייזרים, שרפים, נוזל קירור וצבעים);
טיפול מראש בשפכים בעלי חוזק גבוה / זרימה נמוכה - היכן שטיפול ביולוגי אינו יכול להיות מעשי - לפני השחרור לעבודות טיפול בבעלות ציבורית (POTW);
הפרדה משופרת של אורגנים מאומנים על ידי תהליכי הנפקה ויישוב; ו
אספקת חמצן מומס משלים (DO) כאשר מערכות טיפול ביולוגיות חוות עומס יתר או כשל בציוד.
כפי שמצוין בדוגמאות אלה, H2O2 יכול לשמש כטיפול עצמאי או כהגברה לתהליכי הטיפול הגופני או הביולוגי הקיים, בהתאם למצב.
דיון ביישומים ומנגנונים של H2O2
חמצון כימי ישיר באמצעות מי חמצן
ניתן להשתמש במי חמצן לבד או עם זרזים - כמו ברזל (Fe2 + או Fe3 +), אור UV, אוזון (O3) ואלקלי - לחמצון תרכובות התורמות BOD / COD בשפכים. סוג החמצון הדרוש תלוי בסוג ה- BOD / COD הקיים. קשר זה קיים באיור שלהלן.
| מערכת חמצון | ביקוש חמצן כימי | ||
|---|---|---|---|
| סוג א (סולפיד, תיוסולפט, סולפיט) | סוג ב (פנולים, ציאנידים, אמינים) | סוג ג (BTEX, TOCl, פרפינים) | |
| סוג א | |||
| H2O2 | איקס | ||
| סוג ב | |||
| H2O2 / OH- | איקס | איקס | |
| H2O2 / M + | איקס | איקס | |
| H2O2 / H + | איקס | איקס | |
| סוג ג | |||
| H2O2 / Fe | איקס | איקס | איקס |
| H2O2 / O3 | איקס | איקס | איקס |
| H2O2 / UV | איקס | איקס | איקס |
הערה: האם מערכת חמצון תשפיל מזהם ספציפי (כלומר משפיעה על ה- COD שלה) תלויה במערכת החמצון ובמזהם. חומרי חמצון מסוג A מגיבים רק עם מזהמים מסוג A; ואילו, חומרי חמצון מסוג C, היות שהם מגיבים יותר, מגיבים עם רוב המזהמים. עם זאת, בדרך כלל מגיבים חימצון מסוג C באופן עדיף עם מזהמים מסוג A. אם חלק גדול מה- BOD ו- COD תורמים על ידי תרכובות גופרית מופחתות אורגניות כמו סולפידים, סולפידים, או תיוסולפט, אז מי חמצן בלבד יעיל בדרך כלל. בהתאם לחומציות השפכים, חמצון תרכובות אלה על ידי H2O2 מניב גופרת או גופרית קולואידלית, ואף לא תורמים ל- BOD ו- COD. אם התורמים העיקריים ל- BOD ו- COD הם אורגניים מומסים, יש צורך במערכת חמצון תגובית יותר. ניתן להשיג הפעלה בינונית של מי חמצן על ידי: 1) אלקלי (יצירת יון פרהידרוקסיל, OOH- הסוכן הפעיל במערכות הלבנת חמצן); 2) מתכות מעבר מסוימות (למשל, טונגסטאט, וניידאט, מוליבאדט) היוצרים קומפלקסים פרוקסומטלים תגוביים במקום; ו- 3) חומצות מינרליות מסוימות (למשל, גופרתיות) היוצרות נגזרות פרוקסיואידות תגוביות כמו חומצה פרוקסימונוסולפורית (חומצה של קארו) מחוץ לסיטואציה. למען האורגניזמים החולניים יותר כמו ממיסים עם כלור, יש צורך במערכות רדיקלים חופשיים מאוד מגיבים (המכונים תהליכי חמצון מתקדמים). תגובה כללית באמצעות מגיב של פנטון להפחתת BOD ו- COD יכולה להתבטא באופן הבא:
| עם Fe + 2 | |
|---|---|
| שלב 1: | BOD / COD + H2O2 ---> מינים מחומצנים חלקית |
| עם Fe + 2 | |
| שלב 2: | מינים מחומצנים חלקית + H2O2 ---> CO2 + H2O + מלחים אורגניים |
מידת החמצון (ולכן מידת הפחתה ישירה של BOD / COD) תלויה בדרך כלל בכמות מי חמצן המשמשת. הדרישה התיאורטית של מי חמצן היא כ- 2,1 פאונד (כ- 100%) לכל קובץ ה- BOD וחמצון COD. אולם במקרים רבים אין צורך בעיכול מוחלט של התרכובות האורגניות לפחמן דו חמצני ומים. חמצון חלקי לתרכובות ביניים ממזער את הצריכה הכימית ולעיתים קרובות מביא להפחתה משמעותית ב- BOD ו- COD ורעילות. 
הפרדה פיזית משופרת של BOD ו- COD עם מי חמצן
הפרדה פיזית משופרת של BOD ו- COD עם מי חמצן עשויה להתרחש הן שתי דרכים. במקרה הראשון, חמצון חלקי של מזהמים אורגניים מביא לחומרים קוטביים יותר (טעונים), אשר מועילים יותר לספיחה על גבי קרישיות חומרים ופלוקולנטים. כפי שמודגם בדוגמה להלן, הדבר מאפשר יעילות להסרת BOD ו- COD עם פחות ממינון מי חמצן stoochiometric. במקרה השני, הפרדה פיזית משופרת (הנפקה) של שומנים, שמנים ושמנים (FOG) מסופקת על ידי H2O2. זה מתרחש על ידי פירוק טבעי של מי חמצן לחמצן ומים, כלומר מי חמצן יעלו מחדש את מי השפכים בחמצן, מה שגורם להיווצרות של מיקרו-בולות מפוזרות באופן שווה, אשר מאגרים את מרכיבי ה- FOG עם עלייתם אל פני המים. במקרים מסוימים זה יכול להגדיל את הסרת ה- BOD דרך תאי הנפקה של אוויר מומסים בין 50% ל- 90-95%. מינונים אופייניים הם 25-100 מ"ג / ל H2O2, העלות שלגביהם ניתן לעיתים קרובות לקזז כנגד חיסכון בשימוש בקרישה - פולימר פוליאלקטרוליט בדרך כלל עדיין נחוץ. 
מי חמצן (H2O2) כמקור חמצן משלים
יעילות הסרת ה- BOD בתהליכי טיפול אירובי ביולוגי תלויה במספר גורמים הכוללים (אך לא מוגבלים): עומס BOD משפיע, יחס F: M, טמפרטורה, רמות תזונה וריכוזי חמצן מומסים (DO). מתקני טיפול ביולוגיים רבים משתמשים במי חמצן כדי להוסיף את רמות DO כאשר תנאים מוגבלים בחמצן באגני אוורור או בלגונות גורמים להסרת BOD לקויה. ניתן להביא לתנאים אלה על ידי פסגות בלתי צפויות בעומס ה- BOD המשפיע. וריאציות עונתיות בעומס ה- BOD (למשל, עיבוד פירות וירקות); ומזג אוויר חם - מה שמפחית את היעילות של העברת החמצן על ידי ציוד אוורור מכני (כלומר, מסיסות ה- O2 יורדת עם עליית הטמפרטורה). תנאים אלה עשויים להיות לא מלווים בתפזורת נימה (ראה יישומי מי שפכים עירוניים: בקרת תצפית נימה). כאשר מי חמצן משמשים להשלמת DO, הוא מועבר ישירות לאגן האוורור של מערכת טיפול ביולוגית בכדי לספק מקור מיידי של עשה. ההמרה של מי חמצן ל- DO בתוך משקאות בוצה מעורבת מופעלת מתבצעת בהתאם לתגובה הבאה:
| (אנזים קטלז) |
|---|
| 2 H2O2 ---> O2 + 2 H2O |
דרישת מי חמצן תיאורטית: 0.48 ק"ג H2O2 (100%) לכל אנזים DOCatalase למ"ג / ל"ל הוא זרז פירוק טבעי למי חמצן, ונמצא בכל נוזלים מעורבבים של בוצה מופעלת, המיוצרים על ידי מרבית האורגניזמים האירוביים. מכיוון שפירוק אנזימטי זה של מי חמצן מהיר מאוד, החמצן המסופק על ידי מי חמצן זמין באופן מיידי לספיגה על ידי האורגניזמים האירוביים. התגובה לעיל מראה ששני חלקים של מי חמצן יניבו חלק אחד מ- DO. לפיכך כמות מי החמצן המתחייבת להחמצת מי השפכים קטנה באופן מפתיע. לדוגמא, הכמות התיאורטית של מי חמצן הנחוצה כדי להגדיל את ה- DO ב- 1 מ"ג לליטר במפעל טיפול שממוצע זרימת MGD היא כ -17% gpd-50%. בפועל בפועל, הדרישה עשויה להיות גבוהה יותר בגלל חוסר יעילות בספיגת החמצן ותגובות לוואי עם תרכובות ניתנות לחמצון.
הערה: בעת מדידת ה- BOD או COD של שפכים שטופלו במי חמצן, חשוב לקבוע את ריכוז השיא המימן (אם בכלל) לפני הניתוח. הסיבה לכך היא ש- H2O2 יפריע לשתי שיטות ניתוח אלה. בבדיקת BOD הסטנדרטית, מי חמצן שיורית במדגם ישחררו חמצן לאורך תקופת הבדיקה, וכתוצאה מכך ערך BOD "נמוך" (1 mg / L H2O2 = 0.5 mg / L DO). בבדיקת COD הסטנדרטית, מי חמצן שיורי יגיבו עם המגיב של אשלגן דיכרומט, וכתוצאה מכך ערך COD "שגוי גבוה". לשיטות להסרת מי חמצן שיורי לפני ניתוח BOD ו- COD, או לחשבון מתמטי של H2O2 הנותר, ראה הפרעות לשיטות אנליטיות.
הפניות
קול, קליפורניה, et.al., J.Water Pollut. Contr. האכיל. 46: 2579-2592 (1974).
קול, קליפורניה, et.al., J.Water Pollut. Contr. האכיל. 45: 829-836 (1973).
Houtmeyers, J. et.al. "מי חמצן כמקור חמצן משלים לבוצה מופעלת: חקירות מיקרוביולוגיות", אירופאי. ג 'אפל. מיקרוביול. 4: 295-305 (1977).
שטיינר, נורברט, et.al. "ניסיון צמחי בשימוש במי חמצן לייצור שומן מוגבר והסרת BOD", Environ. התקדמות 11 (4): 261-264 (נובמבר 1992).
פרלי, ויליאם ג'יי, et.al. "שימוש במי חמצן כדי לשלוט במצבים בטיפול בזיקוק סוכר משולב ושפכים סניטריים", שהוצג בזיהום המים בקליפורניה. Contr. פד., חבר השנתי ה -64, סקרמנטו, קליפורניה (9 באפריל 1992).
