مدل‌سازي و بهينه‌سازي فرايند انعقاد-لخته‌سازي شيرابه لندفيل با استفاده از روش سطح پاسخ

Modelling and Optimization of Coagulation–Flocculation Process of Landfill Leachate by Response Surface Methodology

زمينه و هدف: امروزه با توجه به روش ­هاي متداول لندفيل كردن، دغدغه­ هاي محيط­ زيستي شيرابه­ هاي توليدي به يك مشكل جهاني تبديل شده است. فرايند فيزيكي-شيميايي يك راه‌­حل بالقوه و مقرون به‌­صرفه براي تصفيه شيرابه لندفيل به­­ شمار مي‌رود. به ­دليل وقت­ گير بودن آزمايشات جارتست براي دستيابي به غلظت مناسب مواد منعقدكننده، هدف اين پژوهش، بررسي تصفيه‌پذيري شيرابه لندفيل زباله مشهد با استفاده از روش سطح پاسخ به­ عنوان جايگزين روش ­هاي معمولي در فرايند انعقاد-لخته­ سازي بوده است. مواد و روش­ها: آزمايشات در جارتست 6 خانه با حجم موثر mL 500 انجام شد. توانايي كلريد آهن 6 آبه در پاسخ به چهار پارامتر COD، TSS، كدورت و قليائيت مورد بررسي قرار گرفت. براي ارزيابي مدل و بهينه­ سازي غلظت منعقدكننده و pH با توجه به بالاترين راندمان حذف، طرح مركب مركزي و روش سطح پاسخ استفاده شد. آناليزهاي فيزيكي و شيميايي بر مبناي روش‌هاي استاندارد آب و فاضلاب آمريكا انجام گرديد. يافته­ها: نتايج نشان داد كه براي سه پاسخ (COD، TSS و قليائيت) مدل درجه دوم و كدورت نيز مدل درجه دوم كاهش يافته تحت شرايط بهينه براي غلظت g/L 23/10 در pH 85/8 حاصل شده است. آزمايشات تطبيق تحت شرايط بهينه منجر به حذف COD، TSS، كدورت و قليائيت به ترتيب برابر 79/66%، 61/88%، 53/97% و 89/67% شد. بررسي­ هاي آماري (جدول ANOVA، مقادير R2 و P-value) نشان داد كه مدل­ها براي ارائه داده ­هاي تجربي مناسب و در تمامي مدل­ها، مقدار R2 بيشتر از 99/0 بود. مقادير P-value نيز نشان داد كه اثرات درجه دوم و درجه دوم كاهش يافته در غلظت كلريد آهن و pH انعقاد معني­دار بوده است. همسويي و تطابق نتايج تجربي نيز نزديك به پيش­بيني حاصل از مدل­ها بود. نتيجه­ گيري: با توجه به نتايج حاصل از اين پژوهش با روش سطح پاسخ، از فرآيند انعقاد-لخته ­سازي مي­توان به­ عنوان فرايندي موثر براي حذف تركيبات بازدارنده شيرابه به كار گرفت.

Background and Objective: Nowadays, due to the conventional methods of landfilling, the environmental concerns about generated leachate are becoming a global problem. Physical-chemical process is considered a potential and cost-effective solution for the treatment of municipal landfill leachate. Since jar-test are time-consuming experiments for obtaining the appropriate concentration of coagulants, the aim of this research was the treatment of landfill leachate using response surface methodology as a substitute for conventional methods in coagulation–flocculation process. Materials and Methods: Experiments were performed in a six-cell jar-test with effective volume of 500 mL. The ability of Ferric chloride hexahydrate to response to four parameters including COD, TSS, alkalinity and turbidity was investigated. To evaluate the model and optimization of coagulant concentration and pH, central composite design and response surface methodology were used due to the highest removal efficiency. Physical and chemical analyses were performed based on standard methods for the examination of water and wastewater. Results: The results showed that the quadratic model was achived for the three responses (COD, TSS and alkalinity) and the Reduced Quadratic model was obtained for Turbidity under the optimum conditions for the concentration of 10.23g/L at pH 8.85. Verification experiments, under optimum conditions in removal of COD, TSS, turbidity and alkalinity resulted 66.79%, 88.61%, 97.53% and 67.89%, respectively. Statistical studies (ANOVA table, the amounts of R2 and P-value) showed that the models were suitable for providing experimental data and in all models, the R2 value was greater than 0.99. P-value values also showed that the effects of quadratic model and reduced quadratic model were significant in ferric choloride dosage and coagulation pH. These experimental results were consistent with those predicted by the model.