بررسی تأثیر عوامل مختلف بر کارآیی روش اولتراسونیک در تصفیـه پساب ثانویه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران

2 استاد دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران

3 دانشیار دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران

4 استادیار دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران

چکیده

تصفیه سونوشیمیایی که باعث تجزیه ترکیبات از طریق واکنش با رادیکال‌های هیدروکسیل و تجزیه حرارتی می‌شود، یکی از فرآیندهای جدید اکسیداسیون پیشرفته است که می‌تواند کارآیی مطلوبی در حذف مقادیر جزئی اغلب مواد آلی از محیط‌های آبی داشته باشد. فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته شامل تولید و استفاده از رادیکال هیدروکسیل به عنوان یک اکسیدان قوی برای تجزیه ترکیبات است. سرعت تجزیه ترکیبات به وسیله اولتراسوند متأثر از عوامل مختلف است. در این تحقیق اثر غلظت اولیه مواد آلی، pH، غلظت آب اکسیژنه و میزان ذرات معلق بر تجزیه مواد آلی پساب ثانویه به وسیله اولتراسوند مورد بررسی قرار گرفت و آزمایش COD به عنوان اندیس تعیین مواد آلی در نظر گرفته شد. برای انجام این پژوهش از حمام اولتراسوند در دو فرکانس 35 و 130 کیلو هرتز استفاده شد. نتایج نشان داد که حضور مواد آلی با غلظتی در محدوده 20 تا 60 میلی‌گرم بر لیتر باعث کاهش کارآیی حذف این مواد به وسیله اولتراسوند می‌شود (0/05>p). افزودن هیدروژن پراکسید و ذرات معلق، کارآیی حذف را افزایش می‌دهد. البته تأثیر هیدروژن پراکسید بستگی به غلظت آن دارد. این ماده شیمیایی در غلظت 5 میلی‌گرم بر لیتر به تنهایی و توأم با اولتراسوند تأثیری بر کارآیی تصفیه ندارد ولی در غلظت 20 میلی‌گرم بر لیتر باعث افزایش کارآیی حذف مواد آلی به وسیله اولتراسوند می‌شود (0/01>p). تغییر pH در سه محدوده اسیدی (3=pH)، خنثی (7pH=) و قلیایی (11=pH) تأثیری بر کارآیی حذف مواد آلی به وسیله اولتراسوند و ترکیب اولتراسوند و آب اکسیژنه نداشت (0/05<p). افزایش TSS به مقدار 30 میلی‌گرم بر لیتر، کارآیی حذف را حدود 40 درصد افزایش داد. بنابراین می‌توان گفت افزودن TSS و هیدروژن پراکسید کارآیی اولتراسوند را بالا برده در حالی که افزایش غلظت آلاینده‌های آلی، کارآیی حذف آنها را به وسیله این فناوری کاهش می‌دهد؛ بعلاوه تغییرات pH تأثیری بر تصفیه ندارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determining the Effects of Various Factors on the Effectiveness of Ultrasonic Treatment of Secondary Effluent

نویسندگان [English]

  • Sakineh Haddadi 1
  • Simin Naseri 2
  • Forough Vaezi 3
  • Amir Hossein Mahvi 4
  • Ramin Nabizadeh 4
1 Former Grad. Student of Environmental Health, Department of Environmental Health, Tehran University of Medical Sciences,
2 Professor of Environmental Health, Tehran University of Medical Sciences
3 Assoc. Prof. of Environmental Health, Tehran University of Medical Sciences
4 Assistant Prof. of Environmental Health,Tehran University of Medical Sciences
چکیده [English]

Sonochemical degradation which combines destruction of the target compounds by free radical reaction and thermal cleavage is a recent advanced oxidation process (AOP) with the potential to be effective for removing low concentrations of organic pollutants from aqueous streams. AOPs typically involve the generation and use of the hydroxyl free radical as a strong oxidant to destroy compounds. The decomposition rate of pollutants by ultrasound depends on various factors. In this study, the effects of pH, initial concentration, hydrogen peroxide addition, and TSS concentration on the decomposition of organics in the secondary effluent have been investigated. COD analysis was taken as the index for organic concentration and two ultrasonic frequencies of 35 kHz and 130 kHz were used for treatment of wastewater samples. Results indicated that increases in organic concentration within the range of 20-60 mg/L would decrease organic removal efficiency from wastewater (p<0.05). But this efficiency may be improved by increasing TSS and H2O2 concentration levels. However, the effect of H2O2 depends on its concentration such that no considerable increase was detected in organic removal efficiency with ≤5 mg/L of this chemical. Higher organic removal efficiencies can be expected only when H2O2 is added at a concentration level of 20 mg/L (p<0.01). Changes in pH level had no detectable effect on organic removal and for either methods of treatment (the ultrasound or the combined ultrasound/H2O2), the efficiency of organic treatment did not increased neither at an acidic pH (=3) nor at a basic pH (=11). This result clearly shows the independence of the treatment on pH. Finally, it is noteworthy that increased TSS level (30 mg/L) has a positive effect on ultrasound treatment so that a nearly 40 percent improvement was observed in organic removal efficiency in this experiment. It may be concluded that increased TSS and H2O2 both increase the effectiveness of the ultrasound whereas, organic removal efficiency may decrease in this method as a result of increased concentration levels of these pollutants. Furthermore, pH variation was found to have no considerable effect on the treatment process.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Organic Matter
  • Secondary Effluent
  • ultrasonic
  • Suspended Solids
  • Hydrogen peroxide
1- Tchobanglous, G., and Burton, F. (2003). Wastewater engineering, 4th Ed., McGraw-Hill, Metcalf andEddy,New York.

2- Crittenden, J. C., Trussell, R. R., Hand, D. W., Howe, K. J., and Techobanglous, G. (2005). Water treatment – principles and design, 2nd Ed., John Wiley and Sons,New York.

3- Beckett, M. A., and Hua, I.(2003). “Sonochemical decomposition of 1-4 dioxane by ferrous iron.” Water Research, 37(10), 2372-2376.

4-Pandit, A. B., Gogate, P. R., and Mujumdar, S. (2001). “Ultrasonic degradation of 2:4:6 tricholorophenol in presence of TiO2 catalyst.” 8(3), 227-231.

5- Mason, T., and Lorimer, J. P. (2002). Applied sonochemistry : Uses in chemistry and processing, Wiley-VCH Verlag GmbH,FederalRepublic foGermany.

6-  Ragaini, V., Selli, E., Bianchi, C. B., and Pirola, C. (2001). “Sono-photocatalytic degradation of 2-chlorophenol in water: kinetic and energetic comparison with other techniques.” Ultrasonics Sonochemistry, 8(3), 251-258.

7- Naffrechoux, E., Chanoux, S., Petrier, C., and Suptil, J. (2000). “Sonochemical and photochemical oxidation of organic matter.” Ultrasonics Sonochemistry, 7(4), 255-259.

 8- Teo, K. C., Xu, Y., and Yang, C. (2001). “Sonochemical degradation for toxic halogenated organic compounds.” Ultrasonics Sonochemistry, 8(3), 241-246.

9 - WEF, APHA, and AWWA. (1992). Standard methods for examination of water and wastewater, 18th Ed, Washing ton D.C.

10- Talinli, I.,  and Anderson, G. K. (1992). “Interference of hydrogen peroxide on the standard code test.” Water Research, 26(1), 107-110.

11- Jiang, Y., Petrier, C.H., and Waite, T. D. (2002). “Effect of pH on the ultrasonic degradation of ionic aromatic compounds in aqueos solution.” Ultrasonics Sonochemistry, 9(3) ,163-168.

12- Gaddem, K., and Cheng, H. M. (2001). “Effects of pressure, temperature, and pH on the sonochemical destruction of 1,1,1-trichloroethane in dilute aquous solution.” Ultrasonics Sonochemistry, 8(2), 103-109.

13- Goel, M. (2004). “Sonochemical decomposition of volatile and  non-volatile organic compounds.” Water Research, 38(9), 4247-4261.

14- Chemat, F., and Chemat, S. (2001). “Sono-oxidation treatment of humic substances in drinking water.” Ultrasonics Sonochemistry, 8(3), 247-250.