مقایسه کارایی فرآیندهای سونوفنتون و سونوپرسولفات در حذف اسیدهیومیک از محلول های آبی به روش سطح پاسخ (RSM) با طرح آزمایش BBD

خلاصه فارسی

مقدمه و هدف: امروزه تامین آب سالم و بهداشتی به علت افزایش تقاضای مصرف آب ناشی از رشد فزاینده جمعیت و ورود آلاینده های متعدد به آن با چالش های فراوانی مواجه شده است. در این میان ترکیبات آلی طبیعی یکی از مهم ترین عوامل تاثیر گذار در کاهش کیفیت آب های سطحی می باشند. مواد آلی طبیعی نه تنها باعث تاثیر بر روی رنگ، بو و مزه آب شده بلکه باعث مشکلات وسیعی نظیر افزایش نیاز به عوامل گندزدا، خورندگی و رشد باکتریایی در سیستم توزیع و فرآیند های تصفیه آب آشامیدنی می شوند. مواد هیومیکی (اسیدهیومیک و اسیدفولیک) مهم ترین بخش از مواد آلی طبیعی را در آب تشکیل می دهند وجود ترکیبات هیومیکی در آب علاوه بر افزایش میزان مصرف مواد گندزدا ها، موجب تشکیل فرآورده های جانبی گندزدایی از قبیل تری هالومتان ها و هالواستیک اسیدها که عمدتا سمی و سرطان زا می باشند. لذا این مطالعه جهت بهینه سازی حذف اسید هیومیک در فرآیند های سونو پرسولفات و سونو فنتون با استفاده از روش سطح پاسخ بر مبنای مدل باکس بنکن انجام گرفت. مواد و روش ها: این مطالعه به صورت تجربی و در مقیاس آزمایشگاهی جهت حذف هیومیک-اسید توسط فرآیند های سونو پرسولفات و سونو فنتون صورت گرفت و تاثیر پارامتر های عملیاتی مهم از جمله pH محلول، غلظت پرسولفات، غلظت یون فرو، غلظت پراکسید هیدروژن و زمان واکنش در سه سطح (1+، 0 و 1-) و با شدت ثابت امواج فراصوت به میزان 37 کیلو هرتز و نیز غلظت اولیه اسید هیومیک به مقدار 25 میلی گرم در لیتر مورد بررسی قرار گرفت. بهینه سازی و آنالیز نتایج توسط نرم افزار های Design expert 10 و Statgraphics 18 انجام و باقی مانده اسید-هیومیک با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر مورد اندازه گیری قرار گرفت. یافته ها: نتایج نشان داد که در فرآیند سونو پرسولفات، مدل درجه دوم برای داده ها مناسب بوده (0.0001 >Pvalue) و مدل پیشنهادی (Quadratic) با میزان بالای ضریب همبستگی ((0.9966 = R2) و (0.9932 = R2Adj)) تایید شد. در شرایط بهینه حاصل برای فرایند سونو پرسولفات (3 = pH، غلظت بهینه پرسولفات 0.514 میلی گرم در لیتر و زمان واکنش 32.29 دقیقه) کارایی حذف مشاهده شده در حدود 87.59 درصد به دست آمد. برای فرآیند US/PS هم¬افزایی تجزیه در شرایط بهینه در حدود 42.63 درصد بود. حذف COD در شرایط بهینه برای فرآیند مذکور برابر 81.2 درصد به دست آمد. همچنین در فرآیند سونو فنتون به مانند روش سونو پرسولفات مدل پیشنهادی (Quadratic) با میزان ضریب همبستگی ((0.9856 = R2) و (0.9729 = R2Adj)) تایید شد. در شرایط بهینه حاصل برای فرایند سونو فنتون (3 = pH، غلظت بهینه پراکسید-هیدروژن 49.5 میلی گرم در لیتر، غلظت یون فرو 9.63 میلی گرم در لیتر و زمان واکنش 60 دقیقه) کارایی حذف مشاهده شده در حدود 100 درصد و COD حذف برابر 89.65 درصد به دست آمد نتیجه گیری: با توجه به نتایج حاصل از ، این مطالعه کارایی قابل قبول فرآیند های سونو پرسولفات و سونو فنتون در تجزیه اسید هیومیک تایید شد و نتایج نشان داد کارایی فرآیند سونو فنتون در حذف هیومیک اسید از فرآیند سونو پرسولفات بالاتر بوده و همچنین مشخص گردید طرح باکس بنکن نیز به عنوان یک ابزار مناسب برای بهینه سازی شرایط فرآیند در حذف اسید هیومیک قابل استفاده می باشد.

عنوان انگليسی

Comparison of the efficiency by Sono-fenton and Sono-persulphate Processes removal of Humic Acid from aqueous solutions by Response Surface Methodology (RSM) base on Box-Behnken design (BBD)

خلاصه انگلیسی

Background and Objectives:Today, the supply of safe water has faced many challenges due to the increase in water consumption due to the growing population and the entry of various pollutants into water.Among these, natural organic matters (NOMS) are one of the most important factors in reducing the quality of surface water. Natural organic matters (NOMS) not only affects the color, odor, and taste of water, but also causes wide range of problems such as increasing the demand for disinfectants, corrosion, and bacterial growth in the distribution system and drinking water treatment processes. Humic substances (humic acid and folic acid) are the most important part of natural organic matters in water. The presence of humic compounds in the water, in addition to increasing the use of disinfectants, leads to the formation of disinfectant by-products such as Trihalomethanes and Halo acetic Acids, which are mainly toxic and carcinogenic. this study was the optimization of the HA removal in the sono-persulfate and sono-fenton process using the response surface methodology based on the box-Behnken model combined. Materials and Methods: This study was an experimental study and was conducted on a laboratory scale to removal humic acid by sonopressulfate and sonofenton processes and the effect of important operational parameters such as solution pH, persulfate concentration, ferrous ions, hydrogen peroxide concentration and reaction time at three levels (+1, 0 and -1) was studied using a constant intensity of ultrasonic waves of 37 kHz and the initial concentration of HA at 25 mg/L. Optimization and analysis of the results were performed by Design Expert 10 and Statgraphics 18 software, and the residual-humic acid was measured using a spectrophotometer. Results:The results showed that the quadratic model was suitable for the data (Pvalue>0.0001) and the proposed model was confirmed with a high correlation coefficient ((0.9966 = R2) and (0.9932 = R2Adj)). Under the optimal conditions for the process (pH = 3, optimal persulfate concentration of 0.514 mg/L and reaction time of 39.29 min), the observed elimination efficiency was about 87.59%. The synergetic degradation of the sono-persulfate process and COD removal in optimal conditions was 42.63% and 81.2%, respectively. Also in the sonofenton process, like the sonopressulfate method, the proposed model (Quadratic) was confirmed with a correlation coefficient ((R2 = 0.9856) and (R2Adj = 0.9729)).Under the optimal conditions for the sonofenton process (PH = 3, optimal concentration of hydrogen peroxide 49.5 mg / l, concentration of ferro ions 9.63 mg / l and reaction time 60 minutes) the observed removal efficiency was about 100% and the COD removal was 89.65%. Conclusion: According to the results of this study, efficiency of sonofenton process in removing humic acid from sonopresulfate process was higher and also the box design was determined. Bacon can also be used as a suitable tool to optimize process conditions in the removal of humic acid.

Document Downloads