بررسی حذف مواد هیومیکی آب از طریق فرایند اکسیداسیون پیشرفته با فنّاوری فوتوکاتالیتیکی UV/TiO2

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی گروه بهداشت محیط دانشگاه علوم پزشکی ارومیه

2 استاد مهندسی بهداشت محیط، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان

3 استادیار مهندسی بهداشت محیط، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان

چکیده

ترکیبات هیومیکی به عنوان یکی از پیش‌سازهای اصلی محصولات جانبی گندزدایی شناخته شده‌اند، که با عنایت به عدم حصول استانداردهای محصولات جانبی گندزدایی با فرایندهای متداول تصفیه آب، استفاده از روشهای نوین از جمله فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته برای حذف پیش‌سازهای آنها، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته اند. فرایند UV/TiO2 به عنوان یکی از روشهای اکسیداسیون پیشرفته با فنّاوری فوتوکاتالیتیکی است که پایداری و راندمان بالا از امتیازات مهم این فرایند محسوب می‌شود. از اینرو در این مطالعه، راندمان حذف مواد هیومیکی با این فرایند مورد ارزیابی قرار گرفته است. این تحقیق به صورت تجربی- مداخله‌ای با استفاده از یک راکتور در مقیاس آزمایشگاهی با شرایط ناپیوسته انجام شد. راکتور فوتوکاتالیتیکی مورد استفاده، به شکل استوانه‌ای از جنس استیل بسیار صاف به حجم مفید 2/8 لیتر ساخته شده بود و پرتو UVC توسط یک لامپ جیوه‌ای کم فشار 55 واتی حاوی پوشش کوارتز در امتداد مرکزی کل طول راکتور تأمین می‌شد و شرایط لازم جهت اختلاط کامل و عمل هوادهی محتویات راکتور نیز فراهم شده بود. برای هر یک از نمونه‌های برداشتی در طی فرایند UV/TiO2 و سایر فرایندهای ارزیابی شده، پارامترهای کربن آلی محلول، جذب و جذب مخصوص اشعه ماوراء بنفش در طول موج 254 نانومتر مورد اندازه‌گیری قرار گرفتند. طبق نتایج حاصله، فرایند فوتوکاتالیتیکی UV/TiO2 در شرایط TiO2 برابر با 0/1 گرم بر لیتر و pH برابر با 5، از بیشترین کارایی در حذف ترکیبات هیومیکی منابع آبی برخوردار بوده و قادر است کربن آلی محلول اولیه 5 میلی‌گرم بر لیتر را بعد از 1/5 ساعت واکنش فوتوکاتالیتیکی درجه اول با ضریب سرعت  min-10/0261 به 0/394میلی‌گرم بر لیتر کاهش دهد و به جذب مخصوص اشعه ماوراء بنفش در طول موج 254 نانومتر برابر با L/mg.m 2/79 نائل گردد. بنابراین فرایند  UV/TiO2قادر است کیفیت مطلوب آب آشامیدنی را از لحاظ ترکیبات هیومیکی تأمین کند.  

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Removal of Humic Substances from Water by Advanced Oxidation Process Using UV/TiO2 Photo Catalytic Technology

نویسندگان [English]

  • Hassan Khorsandi 1
  • Bijan Bina 2
  • Mohammad mehdi Amin 3
1 Faculty Member of Environmental Health Dept., Urmia University of Medical Sciences
2 Prof. of Environmental Health, Isfahan University of Medical Sciences
3 Assist. Prof. of Environmental Health, Isfahan University of Medical Sciences
چکیده [English]

 Humic substances have been known as precursors to disinfection by-products. Because conventional treatment processes cannot meet disinfection by-product standards, novel methods have been increasingly applied for the removal of disinfection by-products precursors. The UV/TiO2 process is one of the advanced oxidation processes using the photocatalytic technology. The most important advantages of this process are its stability and high efficiency removal. The present study aims to investigate the effect of UV/TiO2 photo-catalytic technology on removal of humic substances. The study was conducted in a lab-scale batch photo-catalytic reactor using the interval experimental method. The UV irradiation source was a low pressure mercury vapor lamp 55w that was axially centered and was immersed in a humic acids solution within a stainless steel tubular 2.8 L reaction volume. Each of the samples taken from the UV/TiO2 process and other processes studied were analyzed for their dissolved organic carbon, UV absorbance at 254nm, and specific UV254 absorbance. The results indicated the high efficiency of the UV/TiO2 photo-catalytic process (TiO2=0.1 g/L and pH=5), compared to other processes, for humic substances removal from water sources. The process was also found to be capable of decreasing the initial dissolved organic carbon from 5 to 0.394 mg/L. The Specific UV254 Absorbance of 2.79 L/mg.m was attained after 1.5 hr. under photo-catalytic first order reaction (k= 0.0267 min-1). It may be concluded that the UV/TiO2 process can provide desirable drinking water quality in terms of humic substance content.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Humic substances
  • Drinking Water
  • Advanced oxidation
  • Photo Catalytic Process
  • Ultraviolet light
1- Valoon, G. W., and Duffy, S. J. (2005). Environmental chemistry, 1stEd., Oxford Uni. Press/UK, 258-259.

2- EPA. (1999). “Alternative disinfectants and oxidants guidance manuals.” Office of Water (4607), EPA 815-R-99-014.

3- Weber, W. J. (2007). “Properties of humic substances.”

(Nov. 15, 2007).

4- Christine, A., Murray, C. A., and Parson, S. A. (2006). “Preliminary laboratory investigation of disinfection by-product precursor removal using an advanced oxidation process.” J. Water and Environmental, 20(3), 123-129.

5- USEPA. (1999). Enhanced coagulation and enhanced precipitative softening guidance manual, EPA 815-R99-012, Office of Water, Washington DC.

6- USEPA. (2006). Initial distribution system evaluation guidance manual for the final stage disinfectants and disinfection by products rule, EPA-Office of Water,WashingtonDC.

7- USEPA. (1998). Handbook advanced photochemical oxidation processes, EPA/625/R-98/004, Office of Research and Development,WashingtonDC.

8- Le-Clech, P. Lee, E. K., and Chen, V. (2006). “Hybrid photocatalysis/membrane treatment for surface waters containing low concentration of natural organic matters.” Water Research, 40 (2),
323-330.

9- Murray, C. A., and Parsons, S. A. (2004). “Advanced oxidation processes: flosheet options for bulk natural organic matter removal. Water science and Technology .” Water Supply, 4(4), 113-119.

10- Sanly, L., Chiang, K., and Amal, R. (2005). “Advanced oxidation processes for the removal of humic substances.” Proc., 1st Australian Young Water Professionals Conference, The Seientia, UNSW,Sydney, 2006.

11- APHA, AWWA, WEF. (1999). Standard methods for the examination of water and wastewater, 21st Ed.,New York.

12- Doll, T. E., and Frimmel, F. H. (2005). “Photocatalytic degradation of carbamazepine, clofibric acid and imeprol with P25 and hombikat UV100 in the presence of NOM and other organic water constituents.” J. Water Research, 39 (2-3), 403-411.