استفاده از فرایند الکتروفنتون به عنوان پیش‌تصفیه پساب اولفینی و تجزیه و تحلیل با روش آماری تاگوچی

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، دانشکده نفت، گاز و پتروشیمی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر، ایران

چکیده

 امروزه با توجه به چالش‌های زیست‌محیطی پساب‌های صنعتی دارای مواد سمی و خطرناک، نیاز به فناوری‌های نوین و کارآمد برای تصفیه این پساب‌ها دارای اهمیت ویژه‌ای می‌باشد. روش‌های الکتروشیمیایی به عنوان یکی از فرایندهای اکسایش پیشرفته به طور مؤثری برای تجزیه مواد آلی در محلول های آبی استفاده شده است. فرایند الکتروفنتون یکی از انواع این فرایندهاست که در آن با اعمال برق به الکترودهای آند و کاتد، طی واکنش‌های الکتروشیمیایی، رادیکال‌های هیدروکسیل تولید شده و با حمله به آلاینده‌ها، باعث حذف آن‌ها می‌شوند. هدف از این مطالعه بررسی کارایی فرایند الکتروفنتون در شرایط محیطی به عنوان پیش‌تصفیه پساب صنعتی واحد  اولفینی است. در این مطالعه، یک راکتور منقطع الکتروفنتون در مقیاس آزمایشگاهی مجهز به دو الکترود آهن و منبع برق DC به منظور حذف ترکیب­ های سمی، مقاوم و آلی مورد استفاده قرار گرفت.عملکرد پارامترهای عملیاتی در 5 سطح با استفاده از آرایه‌‌های عمود بر هم 25 مورد بررسی قرار گرفت، و سرانجام شرایط بهینه هر عامل توسط روش آماری تاگوچی به صورت غلظت 2O2H، mM 160 (سطح 4)، فاکتور pH، 3 (سطح1)، زمان واکنش 15 دقیقه (سطح 1) و غلظت +2Fe، mg/L  40 (سطح 5) به­دست آمد. همچنین داده‌های آزمایشگاهی با مدل سنتیک درجه 1 و 2 برازش داده شد، و دیده شد که مدل درجه 2 با داده‌های آزمایشگاهی مطابقت دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] یزدانبخش، احمدرضا؛ منشوری، محمد؛ شیخ محمدی، امیر؛ سردار، مهدیه؛ فرایند ترکیبی انعقاد و اکسیداسیون پیشرفته با فنتون در حذف COD آنتی‌بیوتیک کلاریترومایسین، فصلنامه علمی ـ پژوهشی آب و فاضلاب، (2)23: 22 تا 29 (2012).

[2] Ruiz E.J.,  Arias C., Brillas E.,  Hernández-Ramírez A.,  Peralta-Hernández J.M., Mineralization of Acid Yellow 36azo Dye by Electro-Fenton and Solar Photoelectro-Fenton Processes with a Boron-Doped Diamond Anode, Chemosphere, 82(4): 495-501(2011).

[3] کریمی، بهروز؛ احرامپوش، محمد حسن؛ ابراهیمی، اصغر؛ مختاری، مهدی؛ بررسی استفاده از فرایند اکسایش پیشرفته در حذف ترکیب‌های نیتروژن دار از شیرابه کارخانه کمپوت اصفهان، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3) 31: 33 تا 38 (2012).

[4] رحمانی، علیرضا؛ شعبانلو، امیر؛ مهرعلی پور، جمال؛ مبارکیان، اعظم؛ بررسی کارایی فرایند الکتروفنتون در تجزیه رنگ‌های اسید بلک 1 و اسید بلو 113 در محیط‌های آبی، دو ماهنامه علمی ـ پژوهشی آب و فاضلاب، (5) 26: 75 تا 83 (2015).

[5] Babuponnusami A., Muthukumar K., Degradation of Phenol in Aqueous Solution by Fenton, Sono-Fenton and Sono-Photo-Fenton Methods, Clean–Soil, Air, Water, 39(2): 142-147 (2011).

[6] رحمانی، علیرضا؛ مهرعلی پور، جمال؛ شعبانلو، امیر؛ بررسی کارایی فرآیند الکتروفنتون در تجزیه فنل از محیط‌های آبی، فصلنامه سلامت و محیط زیست، (2) 7: 253 تا 264 (2014).

[7] Rosales E., Pazos M., Sanroman M.A., Advances in the Electro-Fenton Process for Remediation of Recalcitrant Organic Compounds, Chemical Engineering & Technology, 35(4): 609-617 (2012).

[8] Wang Y., Zhao H., Chai S., Wang Y., Zhao G., Li D., Electrosorption Enhanced Electro-Fenton Process for Efficient Mineralization of Imidacloprid Based on Mixed-Valence Iron Oxide Composite Cathode at Neutral pH, Chemical engineering journal, 223: 524-535 (2013).

[9] Nidheesh P., Gandhimathi R., Trends in Electro-Fenton Process for Water and Wastewater Treatment: an Overview, Desalination, 299: 1-15 (2012).

[10] اسلامی، اکبر؛ مسعودی نژاد، محمدرضا؛ قنبری، فرشید؛ مرادی، مهسا؛ بررسی تصفیه‌پذیری فاضلاب واقعی صنعت نساجی به وسیله فرایند تولید الکتروشیمیایی واکنش‌گر فنتون با استفاده از کاتد گرافیت فلت، فصلنامه سلامت و محیط زیست، (3) 5: 273 تا 282 (2012).

[11] Poyatos J.M., Muñio M.M., Almecija M.C., Torres J.C., Hontoria E., Osorio F., Advanced Oxidation Processes for Wastewater Treatment: State of the Art, Water, Air, and Soil Pollution, 205: 187-204 (2010).

[12] Zhang T., Yu S.R., Feng H.X., Fenton-Like Mineralization of Anion Surfactant by Fe2O3/Attapulgite Catalyst, in “Advanced Materials Research”, Trans Tech Publ (2012).

[13] Gümüş D., Akbal F., Comparison of Fenton and Electro-Fenton Processes for oxidation of Phenol, Process Safety and Environmental Protection, 103: 252-258 (2016).

[14] Asgari G., Feradmal J., Poormohammadi A., Sadrnourmohamadi M., Akbari S., Taguchi Optimization for the Removal of High Concentrations of Phenol from Saline Wastewater Using Electro-Fenton Process, Desalination and Water Treatment, 57(56): 27331-27338 (2016).

[15] Heidari Z., Motevasel M., Jaafarzadeh N.A., Application of Electro-Fenton (EF) Process
to the Removal of Pentachlorophenol from Aqueous Solutions
, Iranian Journal of Oil & Gas Science andTechnology, 4(4):  76-87 (2016).

[16] Gameel, A., Malash G., Mubarak A.A., Hussein M., Treatment of Spent Caustic from Ethylene Plant Using Electro-Fenton Technique, American Journal of Environmental Engineering and Science, 2(4): 37 (2015).

[17] De Graaff M., Bijmans M.F.M., Abbas B., Euverink G.J.W., Muyzer G., Janssen A.J.H., Biological Treatment of Refinery Spent Caustics under Halo-Alkaline Conditions, Bioresource Technology, 102(15): 7257-7264 (2011).

[18] حقیقی اصل، علی؛ احمدپور، امین؛ فلاح، نرگس؛ سنتز نانو دی اکسید تیتانیم دوپ شده با نیتروژن به منظور مدلسازی تصفیه فتوکاتالیستی پساب اسپنت کاستیک صنایع پتروشیمی در نور مرئی با استفاده از روش طراحی آزمایش، شیمى کاربردى، (42) 12: 253 تا 286 (2017).

[19] اربابی، محسن؛ احمدی، محمد علی؛ سدهی، مرتضی؛ بهینه سازی حذف COD و رنگ حاصل از فاضلاب خمیر مایه با استفاده از اکسیداسیون فنتون، سلامت و محیط زیست، (3) 7: 375 تا 383 (2014).

[20] Davarnejad, R., Bakhshandeh M., Olefin Plant Spent Caustic Wastewater Treatment Using Electro-Fenton Technique, Egyptian Journal of Petroleum, in Press, (2017).

[21] Rodriguez, N., Hansen H. K., Munez P., Guzman J., Spent Caustic Oxidation Using Electro-Generated Fenton's Reagent in a Batch Reactor, Journal of Environmental Science and Health Part A, 43(8): 952-960 (2008).

[22] بهزادی، شاهین؛ دهقانی، منصوره؛ سخاوتجو، محمد صادق؛ هاشمی، حسن؛ بهینه سازی فرایند فنتون جهت حذف کل کربن آلی از محیط آبی حاوی آنتی بیوتیک آموکسی سیلین با استفاده از روش آماری تاگوچی. تحقیقات نظام سلامت، (11) 9: 1186 تا 1200 (2012).

[23] Umar M., Aziz H.A., Yusoff M.S., Trends in the use of Fenton, Electro-Fenton and Photo-Fenton for the Treatment of Landfill Leachate, Waste Management, 30(11): 2113-2121 (2010).

[24] Akyol A., Can O.T., Demirbas E., Kobya M., A Comparative Study of Electrocoagulation and Electro-Fenton for Treatment of Wastewater from Liquid Organic Fertilizer Plant, Separation and Purification Technology, 112: 11-19 (2013).

[25] Hariz I.B., Halleb A., Adhoum N., Monser L., Treatment of Petroleum Refinery Sulfidic Spent Caustic Wastes by Electrocoagulation, Separation and Purification Technology, 107: 150-157 (2013).

[26] Bagheri A., Moussavi G., Khavanin A., Investigating the Electro-Fenton (EF) Process Performance in Treating Highly formaldehyde-Polluted Industrial Wastewater, Iranian Journal of Health and Environment, 5(2): 143-156 (2012).

[27] Masomboon N., Ratanatamskul C., Lu M.-C., Chemical Oxidation of 2, 6-dimethylaniline
by Electrochemically Generated Fenton's Reagent
, Journal of Hazardous Materials, 176(1): 92-98 (2010).

[28] Rahmani A.R., Shabanloo A., Degradation of Acid Blue 113 in Aqueous Solutions
by the Electrochemical Advanced Oxidation in the Presence of Persulfate
, Desalination and Water Treatment, 59: 202-209 (2017).

[29] Metcalf & Eddy, Burton F.L., Stensel H.D., “Wastewater Engineering: Treatment and Reuse”, McGraw-Hill Education (2002).

[30] Miranzadeh, M. B., Mazaheri Tehrani A., Tavakoli Z., Gilasi H., Comparing the Efficiency
of Fenton and Ozonation with Fento-Ozonation Process in Excess Sludge Reduction
, Journal of Mazandaran University of Medical Sciences, 25(132): 166-176 (2016).

[31] Altin A., Altin S., Yildirim O., Treatment of Kraft Pulp and Paper Mill Wastewater by Electro-Fenton/Electro-Coagulation Process. Journal of Environmental Protection and Ecology, 18(2): 652-661 (2017).

[32] Asgari G., Maleki S., seidmohammadi A., Faradmal J., Removal of Furfural from Industrial Wastewater Using Electrocoaugulation Process: A Taguchi Experimental Design, Journal of Mazandaran University of Medical Sciences, 27(147): 306-321 (2017).

[33] دیوبند، سارا؛ شیرازی، پویا؛ دیوبند، لاله؛ آزادی، سمیرا؛ تیشه زن، پروانه؛ بررسی مدل­های غیر خطی سینتیک و ایزوترم جذب برای نیترات توسط نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم، آب وتوسعه پایدار، (1)1: 35 تا 41 (2014).

[34] موسوی، غلامرضا؛ ژیانی، فاطمه؛ آله آبادی، احمد؛ کاربرد کربن فعال شده با کلرید آمونیوم (NAC) در حذف کروم شش ظرفیتی از آب های آلوده: بررسی سینتیک و ایزوترم جذب، تحقیقات نظام سلامت، (2) 11: 398 تا 410 (2015).

[35] الماسی، علی؛ یوسفی، یونس؛ سلطانیان، محمد؛ هاشمیان، امیرحسین؛ موسوی، علیرضا؛ بررسی کارایی روش فنتون/اولتراسونیک در حذف رنگ راکتیوقرمز 2 از محلول‌های آبی، دو ماهنامه علمی ـ پژوهشی آب و فاضلاب، (4)26: 11 تا 21 (2015).

[36] امامی، فرزانه؛ تهرانی‌بقا، علی‌رضا؛ قرنجیگ، کمال‌الدین؛ بررسی عوامل موثر بر رنگبری یک رنگزای آزو راکتیو (C.I. Reactive Red 120) به روش فنتون، مجله علمی ـ پژوهشی علوم و فناوری رنگ، (4) 26: 105 تا 114 (2010).

[37] Jingang W., Yunleiyu G., Peiquan G., Jiemei Yu., Weilin G., Xikui W., Degradation of Reactive Brilliant Red K-2BP in Water Using a Combination of Swirling Jet-Induced Cavitation and Fenton Process, J. of Separation and Purification Technology, (130): 1-6 (2014).