22811

بررسي فرآيند انعقاد الكتريكي براي حذف آنتي بيوتيك از محيط آبي

كارشناسي ارشد

محيط زيست

1396

1399/07/08

دكتر حسني زنوزي - دكتر محسن سعيدي

عمران

آنتي‌بيوتيك‌ها گروهي از آلاينده‌هاي نوظهور به شمار مي روند كه به‌دليل تخليه مستمر به محيط‌هاي آبي منجر به اثرات سوء طولاني مدت بر حيات آبزيان و سلامت انسان مي‌شوند؛ بنابراين حذف آن‌ها از محيط‌هاي آبي داراي اهميت بالايي است. علاوه‌بر حذف موثر آنتي‌بيوتيك‌ها، مديريت لجن توليدي حاصل از فرآيند حذف آن‌ها مهم است. بنابراين هدف اصلي اين پژوهش، بررسي عملكرد فرآيند انعقاد الكتريكي براي حذف آنتي‌بيوتيك ريفامپين از محيط‌هاي آبي و بهبود قابليت آبگيري لجن شناور شده توسط فرآيند انعقاد و لخته‌سازي بود. فرآيند انعقاد الكتريكي دريك سيستم ناپيوسته (Batch) بر روي فاضلاب مصنوعي بررسي شد. بدين منظور ابتدا در آزمايش‌هاي مقدماتي فرآيند انعقاد الكتريكي توسط روش تك عاملي (OFAT)، اثر پارامترهاي pH اوليه، فاصله الكترودها، ولتاژ، سرعت اختلاط، غلظت اوليه آلاينده، مدت زمان فرآيند و چيدمان الكترودهاي آلومينيومي در داخل راكتور و شكل آن‌ها بر راندمان حذف ريفامپين و هزينه عملياتي بررسي شد. سپس براساس آزمايش‌هاي مقدماتي پارامترهاي مهم جهت بررسي، مدلسازي و بهينه‌سازي فرآيند در آزمايش‌هاي اصلي توسط روش رويه‌ي پاسخ (RSM) انتخاب شدند. براي ارزيابي تاثير فرآيند انعقاد و لخته‌سازي بر بهبود قابليت آبگيري لجن شناور شده، لجن فريك كلرايد و فريك كلرايد به‌عنوان منعقدكننده مورد بررسي قرار گرفتند. جهت ارزيابي دقيق‌تر در اين زمينه، آناليز ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، پردازش تصاوير SEM و آناليز طيف‌سنجي پراش انرژي اشعه ايكس (EDX) نيز انجام شد. براساس آزمايش‌هاي مقدماتي پارامترهاي pH اوليه، ولتاژ، غلظت اوليه ريفامپين و مدت زمان فرآيند به عنوان پارامترهاي مهم جهت بررسي توسط RSM انتخاب شدند. در شرايط بهينه توسط RSM، راندمان حذف ريفامپين 90/41 درصد، راندمان حذف كل كربن آلي (TOC) 67/53 درصد، هزينه عملياتي 62/38 دلار آمريكا بر كيلوگرم ريفامپين حذف شده، كل جامدات معلق (TSS) سرباره 5766 ميلي‌گرم بر ليتر، pH نهايي 8/45، دماي نهايي 30/8 درجه سانتي‌گراد و درصد حجم لجن توليد شده 3/69 درصد در زمان واكنش 10/96 دقيقه، غلظت اوليه ريفامپين 5 ميلي‌گرم بر ليتر، ولتاژ 19/83 ولت و pH اوليه 9 بدست آمد. در شرايط بهينه قابليت آبگيري لجن شناور شده توسط لجن فريك كلرايد (pH=7 و دوز منعقدكننده 100mg/g DS) و فريك كلرايد (pH=11 و دوز منعقدكننده 20mg/g DS) مشاهده شد كه مقدارCST از 40/36 ثانيه به‌ترتيب به 28/08 ثانيه و 16/08 ثانيه كاهش يافت. علاوه‌بر آن، پردازش تصاوير SEM توسط نرم‌افزار ImageJ نشان داد كه استفاده از لجن فريك كلرايد و فريك كلرايد سبب ايجاد ساختارهاي متخلخل در لجن شناور شده، مي‌شود و قابليت آبگيري آن را بهبود مي‌دهد. براساس آناليز EDX مشاهده شد كه بخش عمده‌اي از عناصر موجود در سرباره در شرايط بهينه آبگيري توسط لجن فريك كلرايد و فريك كلرايد پس از عبور از فيلتر نيز حضور داشتند؛ در نتيجه عمده عناصر در ساختار فلاك مستقر بودند.

1399/08/19

Investigating of the electrocoagulation process for antibiotics removal from aqueous environment

9/30/2021 12:00:00 AM

Antibiotics are considered as emerging contaminants which due to continuous discharge into aquatic environments can lead to long-term adverse effects on aquatic life and human health; therefore, it is very important to remove them from aquatic environments. In addition to effective removal of antibiotics, it is important to manage the sludge produced by their removal processes. Therefore, main purposes of this study were to investigate performance of electrocoagulation (EC) process for removal of rifampin (RIF) antibiotic from aquatic environments and to improve floated sludge (FS) dewaterability by coagulation and flocculation process. The EC process in a batch system on synthetic wastewater was investigated. For this purpose, in pre-tests of EC process by one-factor-at-a-time (OFAT) method, effects of parameters including initial pH, spacing between electrodes, voltage, stirring speed, initial RIF concentration, reaction time, shapes of aluminum electrodes and their arrangement inside reactor were evaluated on RIF removal efficiency and operating costs of the process. Then, based on the pre-tests, important parameters were selected for study, process modeling and optimization in main tests by Response surface methodology (RSM). To evaluate the effect of coagulation and flocculation process on improving dewaterability of FS, ferric chloride (FeCl3) and ferric chloride sludge (FCS) were studied as coagulants. To have a more precise evaluation in this regard, scanning electron microscopy (SEM), SEM images processing and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) were also performed. Based on the pre-tests, parameters of initial pH, voltage, initial RIF concentration and reaction time were selected as important parameters for evaluation by RSM. Under optimal conditions by RSM, RIF removal (%) of 90.41%, TOC removal (%) of 67.53%, operating costs of 62.38 US$/(kg RIF removal), TSS of FS of 5766 mg/l, final pH of 8.45, final temperature of 30.8 ℃ and FSproduced (%) of 3.69% were obtained at reaction time of 10.96 min, initial RIF concentration of 5 mg/l, voltage of 19.83 volt and initial pH of 9. It was observed, in optimal FS dewaterability conditions by FCS (pH=7, FCS dose=100 mg/g DS) and FeCl3 (pH=11, FeCl3 dose= 20 mg/g DS), CST was reduced from 40.36 s to 28.08 s and 16.08 s, respectively. In addition, SEM images and their analysis by ImageJ software showed that porous structures as a result of use of FCS and FeCl3, have improved dewaterability of FS. According to result of EDX analysis, it was observed that most of the elements present in optimal FS dewaterability conditions by FeCl3 and FCS were also present after filtering; therefore, there were most of the elements in the structure of flocs.