Exploring the role of hydrogen peroxide in the microwave advanced oxidation process: solubilization of ammonia and phosphates

摘要

The focus of this study was to investigate the combined effects of hydrogen peroxide concentration and acid hydrolysis on ammonia and ortho-phosphate solubilization for subsequent struvite formation. A lower microwave temperature regime between 60 and 120 °C was of interest in this study because of the greater amount of polyphosphates found in the treated secondary sludge at these temperatures. At microwave-heating temperatures of 100 °C and 120 °C, it was found that increasing the hydrogen peroxide concentration resulted in an increased phosphorus and ammonia solubilization. At a reaction time of only 5 min, the combination of hydrogen peroxide and acid hydrolysis resulted in up to 61% of total phosphorus and 36% of TKN released into solution, as soluble ortho-phosphate and ammonia, respectively. The amount of soluble nitrogen in solution after microwave treatment was found to increase with the hydrogen peroxide concentration. Up to 39% of the total soluble nitrogen could be released into solution. Furthermore, the addition of hydrogen peroxide resulted in a dramatic decrease in the PO₄:NH₃ molar ratio, an important factor controlling struvite formation. In terms of facilitating poly-P breakdown into ortho-phosphate in the acid hydrolysis process, hydrogen peroxide was found to be the most effective at 80 °C and at a concentration of 1.5 wt% H₂O₂. At temperatures of 100 and 120 °C, the amount of soluble ortho-phosphate increased with the hydrogen peroxide concentration. Key words: advanced oxidation process, ammonia nitrogen, hydrogen peroxide, microwave, phosphorus release, sludge, struvite.Cette étude portait sur l'examen des effets combinés de la concentration en peroxyde d'hydrogène et de l'hydrolyse de l'acide sur la solubilisation de l'ammoniaque et de l'orthophosphate pour la formation subséquente de la struvite. Un régime thermique d'hyperfréquences inférieures, entre 60 et 120 °C, était intéressant dans cette étude en raison de la plus grande quantité de polyphosphates dans les boues secondaires traitées à ces températures. À des températures de chauffage aux micro-ondes de 100 et 120 °C, nous avons découvert qu'une diminution de la concentration en peroxyde d'hydrogène engendrait une solubilisation accrue du phosphore et de l'ammoniaque. À des temps de réaction de seulement 5 minutes, la combinaison du peroxyde d'hydrogène et de l'hydrolyse de l'acide libérait jusqu'à 61 % du phosphore total et de 36 % ATK dans la solution, respectivement sous forme d'orthophosphate et d'ammoniaque. La quantité d'azote soluble en solution après le traitement aux micro-ondes augmentait avec la concentration en peroxyde d'hydrogène. Jusqu'à 39 % de l'azote soluble total pouvait être libéré en solution. De plus, l'ajout de peroxyde d'hydrogène a entraîné une diminution remarquable du rapport molaire PO₄:NH₃, un facteur important contrôlant la formation de struvite. Il a été trouvé que, pour faciliter la décomposition poly-P en orthophosphate dans le procédé d'hydrolyse de l'acide, le peroxyde d'hydrogène était plus efficace à 80 °C et à une concentration de 1,5 % poids H₂O₂. À des températures de 100 et de 120 °C, la quantité d'orthophosphate soluble augmentait avec la concentration en peroxyde d'hydrogène. Mots clés : procédé d'oxydation avancée, azote ammoniacal, peroxyde d'hydrogène, micro-onde, libération du phosphore, boues, struvite. [Traduit par la rédaction]