به‌كارگيري روش سطح پاسخ در مدل‌سازي حذف كادميوم از محيط‌هاي آبي توسط فرايند انعقاد الكتريكي

Application of response surface methodology in the modeling of cadmium removal from aqueous environment by electrocoagulation process

زمينه: تخليه پساب‌هاي حاوي فلزات سنگين به محيط زيست به­ دليل خاصيت تجمع ­پذيري و عدم تجزيه­ پذيري زيستي اين عناصر داراي اثرات بهداشتي و زيست محيطي زيان­ باري است. فرايند انعقاد الكتريكي به­ دليل بهره‌برداري آسان و مصرف كم مواد شيميايي، براي حذف فلزات سنگين از محيط‌هاي آبي مورد توجه است. هدف: اثرات متغيرهاي مؤثر در حذف كادميوم از محيط‌هاي آبي و ارائه مدلي براي پيش‌بيني نتايج فرايند انعقاد الكتريكي بررسي شد. مواد و روش‌ها: اين مطالعه تجربي در يك راكتور ناپيوسته انعقاد الكتريكي با الكترودهاي آلومينيم انجام شد. منبع انرژي الكتريكي، جريان مستقيم بود. غلظت كادميوم مطابق روش‌هاي استاندارد براي آزمايش‌هاي آب و فاضلاب اندازه‌گيري شد. روش سطح پاسخ و طرح مركب مركزي جهت طراحي آزمايش‌ها، تعيين اثرات متغيرهاي مورد مطالعه (pH، غلظت اوليه كادميوم، دانسيته جريان الكتريكي، زمان واكنش و فاصله بين الكترودها) روي حذف كادميوم، تهيه مدل پيش‌بيني حذف كادميوم و بهينه‌سازي متغيرها استفاده شد. يافته‌ها: راندمان بهينه حذف كادميوم در 8/32=pH، دانسيته جريان 2/965 ميلي ­آمپر بر سانتي ­متر مربع، غلظت اوليه كادميوم 65/5 ميلي­ گرم بر ليتر، زمان واكنش 54 دقيقه و فاصله بين الكترود 0/723 سانتي‌متر برابر با 97/5 درصد بود. همچنين ضريب تعيين، ضريب تعيين تعديل شده و ضريب تعيين پيش­ بيني به­ ترتيب؛ 0/98، 0/97 و 0/96 بود كه نشان‌دهنده برازش خوب داده‌ها بر معادله درجه دوم است. برهم‌كنش كليه متغيرها در حذف كادميوم توسط انعقاد الكتريكي معني‌دار بود و معادله درجه دوم آماري، مدل مناسبي براي پيش‌بيني راندمان حذف كادميوم به روش انعقاد الكتريكي است. نتيجه‌گيري: فرايند انعقاد الكتريكي براي حذف كادميوم از فاضلاب ­هاي صنعتي داراي كارايي بالايي است. از اين فرايند مي­ توان براي تصفيه مقدماتي و يا تصفيه تكميلي فاضلاب ­هاي صنعتي حاوي اين فلز استفاده نمود.

Background: Discharging effluents containing heavy metals is very harmful due to accumulative property and non-biodegradability of them. Electrocoagulation, due to easy operation and less chemical consumption, is being considered as a process for removal of heavy metals from aqueous environments. Objective: The aim of the study was to evaluate the effects of variables influencing the removal of cadmium from aqueous environment during electrocoagulation and to develop a model for predicting the results. Methods: This experimental study was performed in a batch electrocoagulation reactor using aluminum electrodes. Direct current was supplied using D.C power supply. Cadmium concentrations were measured using standard methods for the examination of water and wastewater. Response surface methodology and central composite design were used to determine the effects of variables (pH, initial concentration of cadmium, electric current density, reaction time and distance between electrodes) on the removal of cadmium, to design the experiments, to prepare the prediction model for cadmium removal and to optimize the variables. Findings: The optimal removal efficiency in the conditions of pH; 8.32, current density; 2.965mA/cm2, initial concentration; 65.5 mg/L, reaction time; 54 min and distance between electrodes: 0.723cm was 97.5%. Also R2, Adj.R2 and Pred. R2 were 0.98, 0.97 and 0.96, respectively, which indicates a good fit of the data on quadratic equations. The interactions of all variables were significant in the removal of cadmium by electrocoagulation. The quadratic model is a suitable model for predicting the removal of cadmium using electrocoagulation. Conclusion: Electrocoagulation equipped with aluminum electrodes has high performances in cadmium removal from aqueous environment. This process can be used in primary or supplementary treatment of industrial wastewater containing this heavy metal.