مقايسه كارايي فرآيند الكتروكواگولاسيون و الكتروفنتون در تصفيه فاضلاب شور حاوي فنل: طراحي آزمايشات بر پايه مدل آماري تاگوچي

The comparison of the electrocuagulation and electro-Fenton Processes Performance in Phenolic Saline Wastewater Treatment by Taguchi method

زمينه و هدف: توسعه صنعت و شهرنشيني علاوه بر افزايش مصرف آب، باعث آلودگي آبها در اثر تخليه پساب صنايع با محتواي شوري بالا و تركيبات آروماتيك از قبيل فنل شده است. مطالعه حاضر با هدف ارزيابي فرآيند الكتروكواگولاسيون و الكتروفنتون در تصفيه فاضلاب شور حاوي فنل با بهرهگيري از مدل آماري تاگوچي انجام شد. مواد و روشها: در اين مطالعه تجربي - آزمايشگاهي از يك ظرف واكنش به حجم يك ليتر حاوي نمونههاي سنتتيك فنل استفاده شد. فرآيند الكتروكواگولاسيون با 5 عامل در 4 سطح شامل زمان واكنش ( 1500،1000،500،250) فنل اوليه غلظت)، 9،7،5،3) pH ،(درصد 1-4 ) شوري غلظت )، دقيقه 20-80 ميليگرم بر ليتر ) و دانسيته جريان ( 16-4 ميليآمپر بر سانتيمتر مربع) به كمك طرح ماتريكس تركيبي L_16 و فرآيند الكتروفنتون نيز با 6 عامل در 5 سطح شامل زمان واكنش (40-20 دقيقه)، ،500 ،1000 ،1500 ، 2000) فنل اوليه غلظت)، 2، 3، 4، 6، 8) pH ،( درصد 0-4 ) شوري غلظت 250 ميليگرم بر ليتر)، دانسيته جريان ( 16-0 ميلي آمپر بر سانتيمتر مربع)، غلظت پراكسيد هيدروژن ( 300، 225، 150، 75، 50 ميليگرم بر ليتر ) به كمك طرح ماتريكس تركيبي L-25 روش تاگوچي مورد بررسي قرار گرفت. غلظت فنل طبق روش استاندارد متد با استفاده از اسپكتروفتومتر در طول موج 500 نانومتر اندازهگيري شد. يافته ها: در مطالعه حاضر شرايط بهينه حذف در فرآيند الكتروكواگولاسيون شامل غلظت فنل 250 ميليگرم بر ليتر، pH برابر 5 ،دانسيته جريان 8 ميليآمپر بر سانتيمتر مربع، شوري 3 درصد و زمان 60 دقيقه داراي راندمان 58 درصد بود. بيشترين ميزان تاثير مربوط به غلظت اوليه 63/2 درصد و كمترين تاثير مربوط به شوري 4/2 درصد بود. اين شرايط در فرآيند الكتروفنتون برابر با غلظت فنل 250 ميليگرم بر ليتر، pH برابر 3 و دانسيته جريان 8 ميليآمپر بر سانتيمتر مربع، شوري 2 درصد، غلظت پراكسيد هيدروژن 150 ميليگرم بر ليتر و زمان 20 دقيقه داراي راندمان 97 درصد بود. بيشترين تاثير مربوط به دانسيته جريان 29/12 درصد و كمترين مقدار مربوط به زمان واكنش 3/08 درصد بود. نتيجه گيري: فرآيند الكتروفنتون فرآيند موثرتري در حذف فنل ميباشد كه ميتواند به عنوان يك فرآيند مناسب در تصفيه فاضلاب بهكار گرفته شود.

Background & objective: Industrialization has led not only to an increase in water demand, but also to an increase in water pollution due to the discharge of polluted industrial wastewaters with high salt content, and the organic compounds such as phenol into the water bodies. This study aimed to investigate the efficiency of electrocuagulation and electro-Fenton processes in phenol removal from saline wastewater using Taguchi exprimental design method. Material & methods: This experimental study was performed in a reactor (1 liter) with synthetic phenolic saline wastewater. In this study for electrocoagulation process, the effects of five operation parameters on phenol removal effi- ciency including reaction time (20-80 min), electrolyte (1-4%), pH (3-5-7-9), initial phenol concentration (500-1000-1500-250 mg/L) and current density (4-16 mA/cm2) were investigated in four levels by Taguchi L16 orthogonal array. Also for electro-Fenton process, the effects of six operation parameters on removal efficiency in five levels including reaction time (20-80 min), electrolyte (0-4%), pH (2-3-4-6-8), initial phenol concentration (250-500-1000-1500-2000), current density ( 0-16mA/cm2) and hydrogen peroxide (50-300mg/L) were evaluated by Taguchi L25 orthogonal array. The concentration of phenol was determined according to the estandard method in spectrophotometric wavelength of 500 nm. Results: Experimental data showed that the optimum phenol elimination condition in electrocuagulation process was initial phenol concentration of 250 mg/L, pH = 5, electrolyt = 3%, curent density of 8 mA/cm2 and reaction time of 60 min. The most influential factor in removal efficiency was the initial concentration (63.2%), and the lowest effect belonged to the electrolyt (4.2%). The optimum phenol removal condition for electro-Fenton process was initial concentration of 250 mg/L, pH:3, electrolyt:2%, hydrogen peroxide:150 mg/L, current density of 8 mA/cm2 and 20 mine contact time. The most influential factor in elimination efficiency was the curent density (29.12%), and the lowest influence on response variable belonged to the reaction time (3.08%). Conclusion: This study showed the electro-Fenton process was effective in the removal of phenolthat can be used as an appropriate process in wastewater treatment