AOT/AOP Avancerade OxidationsProcesser Klas Hedman, Sweco Environment 1 H 2 HO 2 O/O 2 /O 3 /UV 3 H 2 O 2 /UV Fenton OH O 3 /UV Superkritisk vattenoxidation Fotokatalytisk oxidation H 2 O 2 /O 3 /UV 1987 definierade Glaze et al. AOP som vattenreningsprocesser nära omgivningstryck och temperatur som involverar hydroxylradikaler i tillräcklig mängd för att ha effekt på vattenrening. 2 1
Vad är en hydroxylradikal? OH En fri radikal är en molekyl med en oparad elektron, vilket starkt driver molekylen att reagera med eller stjäla från annan molekyl. I det senare fallet bildas ny radikal: A+ B A + B B+ C B + C A+ B A B 3 Element/förening Oxidationspotential E (V) Potential reaktiv fri klor (Cl 2 ) Fluor 3,1 2,3 Hydroxylradikal 2,8 2,1 Ozon 2,1 1,5 Väteperoxid 1,8 1,3 Kaliumpermanganat 1,7 1,2 Klordioxid 1,5 1,1 Klor 1,4 1 Syre 1,2 0,9 Superoxidjon (O - 2 ) -2,4 4 2
Fentons reagens (H 2 O 2 /Fe 2+ ) Ozon/UV Väteperoxid/UV Ozon/vp/(UV) 5 Hur attackerar hydroxidradikaler organiska molekyler? Enklare föreningar som alkaner, alkoholer, etc. Oxidation enligt ovan sker genom en typ av kedjereaktioner 6 3
Ozon attackerar 2,3- och 3,4 atomerna i fenol och producerar initialt molozonider (1,2,3-trioxolan (M23/34), som omedelbart ombildas till ozonider (O23/34). De instabila ozoniderna sönderfaller till zwitterionfunktionella ringklyvningsprodukter (Z23/34). Hydrolys ger sedan hydroxyalkylhydroperoxidefunktionella ringklyvningsprodukter (H23/34) Efter W.F.L.M. Hoeben 7 Oxidation av MEK-peroxid, DMP, IPA och EDTA med Fentons reagens (10 m 3 /d) Reaktionstid COD-halt mg/l 0 tim 31 000 4 tim 5 200 8 tim 7 500 20 tim 2 700 4
Oxidation av MEK-peroxid, DMP med Fentons reagens Prov COD mg/l Microtox EC50 15 min, % Rödalg EC50, 1 vecka, % 1a Samlingsprov 19 000 0,17 1b. Samlingsprov, katalasbehandlat, EDTA komplexbundet 1 7 500 6,1 0,25 2b1 Samlingsprov, oxiderat, 8 h 2 500 38 2b2 Samlingsprov, oxiderat, 8 h 3 400 5 10 2 9 Oxidation av MEK-peroxid, DMP med Fentons reagens Reningsprocess Reningseffekt % Investering kkr Årskostnad 1 kkr/år Kommentar Fenton 80 1 200 580 EDTA bryts sannolikt ned delvis Indunstning + avdrivning 80 3 200 940 Utsläpp till luft, ca 6 ton/år Aktiverat kol 60 1 200 1 050 4 800 Biologisk rening 60-80 2 600 830 Utsläpp av MEK och IPA till luft 10 5
Avloppsvatten från tillverkning av fogmassor, betongtillsatser, m.m. ÄMNE VATTEN Polykaroxilater Polykarboxilater Ligninsulfonat Sulforicinate NATRONLUT-32% M-kval. Silan/siloxandispersion Natriummetahexafosfat Kiselsyrasol N-VINYLPYRROLIDINE Syntetisk ester kg ÄMNE Styren/butadiensampolymerdispersion SULFANILSYRA Polyakrylatdispersion Fosfonbutantrikarboxylsyra VINSOL RESIN Fettalkoholetoxisulfat Natriumglykonat MALEINSYRAANHYDRID Fumarsyra Na cumolsulfonat Kaliumkarbonat 99% kg Latex Kiseldioxid Att tänka på : Vid oxidation av större och mer komplexa föreningar erhålls ingen eller endast ringa TOC/COD-reduktion vid måttlig dosering Långa uppehållstider och höga doser kan krävas! Alkalinitet inaktiverar bildningen av OH-radikaler (hydroxidradikal- scavengers ) genom bildning av CO 3 /HCO 3 -radikaler TOC (även NOM) inaktiverar bildningen av OH-radikaler Nitrit inaktiverar bildningen av OH-radikaler Även andra joner som PO 3-4 och SO 2-4 minskar effekten av OH p.g.a den låga reaktiviteten hos dessa radikaler 12 6
Mer att tänka på : Oxidation av bromid (Br - ) till bromat (BrO - 3) NO 3 /NO 2 absorberar uv-ljus Fri olja sätter ned uv-lampornas effekt Metallhalter över 10 mg/l ökar risken för transmissionsminskning Turbiditet minskar effekten av uv-strålning (transmissionsminskning) 13 Tänk också på: Vilka oxidationsprodukter bildas? Fortsatta reaktioner? Toxicitet? För vad? Persistens? Bioackumulerbarhet?? 14 7