23032

حذف آلاينده آلي با استفاده از فرايند اشعه ماوراءبنفش و هيدروژن‌پراكسيد در راكتور مارپيچي

كارشناسي ارشد

محيط زيست

1396

1399/09/30

دكتر مريم حسني زنوزي

عمران

با افزايش تأثير فعاليت‌هاي انساني، انواع مواد شيميايي آلي مصنوعي از طريق فاضلاب‌ها انتشار پيداكرده‌اند. با توجه به اثرات زيان‌بار ‌زيست محيطي و بهداشتي اين آلاينده‌ها، حذف آن‌ها از محيط آب و فاضلاب با استفاده از فرايندهاي مناسب ضروري است. اگرچه روش‌هاي مختلفي براي حذف آلاينده¬هاي آلي از محيط آب و فاضلاب توسعه يافته اما فرايندهاي شيميايي عموماً به دليل سرعت بالاي واكنش¬ها، بيشتر مورد توجه قرارگرفته‌اند. از ميان فرايندهاي شيميايي مختلف، فرايند اكسيداسيون پيشرفته فتوشيميايي با استفاده از نور ماوراي بنفش (UV) و هيدروژن‌پراكسيد (H2O2) يك فناوري كاملاً مناسب براي تصفيه آب و فاضلاب شناخته‌شده است. مزيت اصلي استفاده از UV/H2O2 براي سامانه‌هاي آب و فاضلاب اين است كه تابش UV مي‌تواند به‌طور هم‌زمان به اكسيد و نيز ضدعفوني‌آلاينده‌هاي آلي كمك كند. در اين پژوهش فتوراكتوري با استفاده از لامپ UVC 16 واتي ساخته‌شده است كه داخل اين راكتور جريان مارپيچ تشكيل مي¬شود. با استفاده از اين سيستم، پديده‌سيالاتي به همراه فرايند UV/H2O2، حذف آلاينده آلي متيل‌اورانژ بررسي ‌شد و مقادير بهينه عوامل مؤثر در حذف اين آلاينده (دبي، غلظت اوليه آلاينده و غلظت هيدروژن‌پراكسيد) با روش سطح پاسخ محاسبه‌شد. در انتها مقايسه¬اي بين راندمان حذف آلاينده در دوحالت راكتور بدون تيغه مارپيچ و با تيغه مارپيچ با مقايسه ثابت سينتيكي شبه مرتبه اول، طيف جذبي و درصد TOC حذف‌شده در اين دو حالت انجام شد. نتايج اين تحقيق نشان داد كه مقادير بهينه پارامترها براي رسيدن به حذف 5/99 درصدي متيل‌اورانژ در دبي 2/22 ليتر بر دقيقه، غلظت اوليه آلاينده 5/30 ميلي¬گرم بر ليتر و در غلظت هيدروژن‌پراكسيد 7/1722 ميلي¬گرم بر ليتر است. اعتبار¬سنجي شرايط بهينه توسط نرم‌افزار پيش‌بيني‌شده نشان داد كه تطابق بسيار خوبي بين داده¬هاي تجربي و داده¬هاي شرايط بهينه ارائه‌شده توسط مدل وجود داشت. استفاده از ارزيابي¬هاي MSE، RMSE، MAE، R و R2 مدل سينتيكي شبه مرتبه اول بهترين مطابقت براي تخريب آلاينده رنگي متيل‌اورانژ دارد. همچنين مشاهده شد كه ثابت سينتيكي شبه مرتبه اول در حالت با تيغه 2442/0〖min〗^(-1) و در حالت بدون تيغه 1487/0〖min〗^(-1) است و پيك طيف جذبي در زمان 20 دقيقه در حالت بدون تيغه بالاتر از پيك طيف جذبي با تيغه قرار مي¬گيرد و در آخر راندمان حذف TOC راكتور با تيغه 6/92 درصد و راكتور بدون تيغه 43/89 درصد به دست آمد كه اين نتايج نشان‌دهنده عملكرد بهتر راكتور مارپيچ در فرايند UV/H2O2 در حذف متيل‌اورانژ بود.

1399/10/22

Removal of Organic Pollutants by Using the UV/H2O2 Process in a Helical Reactor

12/21/2021 12:00:00 AM

With the increasing impact of human activities, various synthetic organic chemicals have been released through wastewater. Considering the harmful effects of these pollutants to environment and health, their removal from the water and wastewater resources using appropriate processes is very essential. Various methods have been developed to remove organic pollutants from the water and wastewater environment, and chemical processes have generally received more attention due to the high rate of reactions. Among the various chemical processes, the advanced photochemical oxidation process using UV light and hydrogen peroxide (H2O2) is a well-known technology for water and wastewater treatment. The main advantage of using UV/H2O2 systems is that UV radiation can simultaneously help oxidize and disinfect organic pollutants. In this research, a photoreactor with a 16 W low pressure mercury lamp was made so that a helical current is formed inside it. Using the made photoreactor, synergic of this fluid phenomenon and the UV/H2O2 process, the removal of organic contaminants methyl orange was investigated. By response surface methodology, the optimal values of the factors affecting removing this contaminant (discharge, initial contaminant concentration, and hydrogen peroxide concentration) were calculated. Finally, a comparison between the pollutant removal efficiency in two modes of reactor without helical blade and with a helical blade was made with a comparison of the quasi-first-order kinetic constant, absorption spectrum, and percentage of TOC removed. The results showed that the optimal values of the parameters to achieve 99.5% removal of methyl orange was happened in the flow of 22.2 liters per minute, the initial concentration of the pollutant 30.5 mg/l, and the concentration of hydrogen peroxide 1722.7 mg/l. Validation of the predicted software's optimal conditions showed a perfect agreement between the experimental data and the model's optimal condition data. Using MSE, RMSE, MAE, R, and R2 evaluations, the quasi-first-order kinetic model, is best suited for the degradation of methyl orange dye contaminants. Finally, it was observed that the quasi-first-order kinetic constant is 0.2442 min-1 in the blade state and 0.1487 min-1 in the bladeless state, with the absorption spectrum's peak at 20 minutes. The absorption spectrum peak was higher in the reactor without the helical. Finally, the TOC removal percentage of the reactor with the helical was 92.6% and without the helical 89.43%, which shows better performance of the helical reactor's in UV/H2O2 process of methyl orange removal.

راكتور مارپيچي , حذف متيل‌اورانژ , حذف آلاينده¬هاي آلي , فرايند اكسيداسيون پيشرفته (AOP) , UV/H2O2

Helical reactor , methyl orange removal , removal of organic pollutants , (Advanced Oxidation Process (AOP , UV/H2O2