کارایی فرایند اکسیداسیون فنتون در کاهش اسید هیومیک با غلظت‌های بالا از محلول آبی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی محیط‌ زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات خوزستان، اهواز

2 دانشیار، مرکز تحقیقات محیط زیست، گروه مهندسی بهداشت محیط دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان

3 دانشیار، گروه مهندسی محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران

4 گروه مهندسی محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم تحقیقات خوزستان،اهواز، ایران

چکیده

فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته، منجر به تولید رادیکال‌های بسیار فعال هیدروکسیل می‌شوند که این رادیکال‌ها، پتانسیل بالایی برای اکسیداسیون ترکیبات آلی دارند. یکی از این فرایندها، فنتون است که در آن، یون آهن به‌عنوان کاتالیست، در یک محیط اسیدی با اکسیدان وارد واکنش شده و تولید رادیکال هیدروکسیل می‌نماید. این واکنش از نوع واکنش‌های اکسایش- احیا بوده که یون فلزی، انتقال یک الکترون را می‌پذیرد. کارایی این روش تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله pH، غلظت آهن و پراکسید هیدروژن، غلظت اولیه آلاینده و زمان واکنش است. این پژوهش با هدف بررسی حذف ترکیبات هیومیکی، از طریق اکسیداسیون پیشرفته با فناوری فنتون در غلظت‌های بالای 10 میلی‌گرم در لیتر انجام شد. در این مطالعه نمونه‌های سنتتیک از اسید هیومیک تهیه شد و تأثیر pH، غلظت‌های مختلف سولفات آهن و پراکسید هیدروژن در زمان‌های مختلف، روی حذف و تصفیه‌پذیری آنها در محلول آبی مطالعه شد و با توجه به تأثیر نسبت پراکسید هیدروژن به آهن، نسبت بهینه تعیین شد. نتایج نشان داد که بالاترین راندمان حذف در شرایط بهینه pHبرابر 5، نسبت مولی پراکسید هیدروژن به آهن 3/3 به 1، زمان اکسیداسیون 40 دقیقه و در غلظت اولیه 10 میلی‌گرم در لیتر اسیدهیومیک بوده و میزان جذب اشعهUV254 حدود 04/0 بر سانتی‌متر و راندمان حذف حدود 80 درصد حاصل شد. به‌طور کلی نتایج این مطالعه نشان داد که فرایند فنتون می‌تواند غلظت اسید هیومیک موجود در محیط‌های آبی را به‌میزان بالایی کاهش دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Efficiency of Fenton Oxidation in Reducing High Concentrations of Humic Acid in Aqueous Solutions

نویسندگان [English]

  • Mitra Hosseini 1
  • Mohammadmehdi Amin 2
  • Amirhessam Hassani 3
1 MSc Graduate of Environmental Engineering, Islamic Azad University, Khuzistan Sciences and Research Branch, Ahvaz, Iran
2 Assoc. Prof., Research Center on Environmental Engineering and Faculty of Environmental Health, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
3 Assoc. Prof., of Environmental Engineering, Islamic Azad University Tehran Science and Research Branch, Tehran, Iran
چکیده [English]

Advanced oxidation processes produce hyperactive hydroxyl radicals that have a high potential for the oxidation of organic compounds. One of these processes is the Fenton process in which iron ion as a catalyst reacts with oxidants in an acid environment to generate the hydroxyl radical. This is an oxidation-reduction reaction in which the metal ion transfers an electron. The efficiency of this method is influenced by such different factors as pH, iron and hydrogen peroxide concentrations, initial concentration of the contaminant, and reaction time. This study was conducted to investigate the removal of humic compounds in concentrations above 10 mg/L via an advanced oxidation process with Fenton technology. For this purpose, samples of synthetic humic acids were prepared and the effects of pH, different considerations of ferrous sulfate and peroxide hydrogen, different reaction times on the removal and filterability of humic acids from aqueous solutions were examined. The optimal ratio was determined based on the impact level of hydrogen peroxide to iron ratio. Results showed that the highest removal efficiency of 80% was achieved under the optimal conditions with pH 5, a molar hydrogen peroxide/iron ratio of 3.3:1, an oxidation time of 40 min, an initial concentration of 10 mg/L humic acid, and a UV254 absorbance level of 0.04/cm. In general, the results indicate that the Fenton process is capable of significantly reducing the humic acid present in aqueous environments.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Humic acid
  • AOPs
  • Fenton Reagent
  • hydroxyl Radical
  1. Crittenden, J., Rhodes, R., Hand, D., and Tchobanoglous, G., (2005). Water treatment: Principles and design, John Wiley, USA.
  2. Mileta, P. (2006). NOM and Arsenic removal from natural water by enhanced coagulation,
    E-water, Serbia.
  3. 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. of Water and Environmental, 20(3), 123-129.
  4. USEPA. (1999). Enhanced coagulation and enhanced precipitative softening guidance manual, EPA 815-R99-012, Office of Water, Washington DC.
  5. USEPA. (2006). Initial distribution system evaluation guidance manual for the final stage disinfectants and disinfection by products rule, EPA-Office of Water, Washington, D.C.
  6. Khorsandi, H., Bina, B., and Amin, M.M. (2009). “Removal of Humic substances from water by advanced oxidation process using UV/TiO2 photo catalytic technology.” J. of Water and Wastewater, 68, 25-32.
    (In Persian)
  7. Daneshvar, N., Khataee, A., Rasoulifard, M.H., and Seyed Dorraji, M.S. (2007). “Removal of organic dyes from industrial wastewaters using UV/H2O2, UV/H2O2/Fe (II), UV/H2O2/Fe (III) processes.” J. of Water and Wastewater, 61, 34-42. (In Persian)
  8. Matilainenm, A., and Sillanpaa, M. (2010). “Removal of natural organic matter from drinking water by advanced oxidation processes.” J. of Chemosphere, 80(4), 351-365.
  9. Daneshvar, N. (2009). Chemical treatment of industrial water and wastewater, Amid Pub., Tehran. (In Persian)

10. Qin, J.J., Oo., M.H., Kekre, K.A., Knops, F., and Miller, P. (2006). “Impact of coagulation pH on enhanced removal of natural organic matter in treatment of reservoir water.” J. of Separation Purification Tech., 49(3), 295-298.

11. Biglari, H., Joneidi Jafarai, A., Kord Mostafapour, F., and Bazrafshan, E. (2012). “Removal of dissolved organic carbon from aqueous solution by Fenton oxidation process.” Scientific J. of Birjand University of Medical Sciences, 19(1), 70-80. (In Persian)

12. Mousavi, A., Mahvi, A.H., Mesdaghinia, A., Nasseri, S., and Honari, H.R. (2010). “Fenton oxidation efficiency in removal of detergents from water.” J. of Water and Wastewater, 72, 16-23. (In Persian)

13. Wu, Y., Zhou, Sh., Ye, X., Zhao, R., and Chen, D. (2011). “Oxidation and coagulation removal of humic acid using Fenton process.” J. of Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 379, 151-156.

14. Biglari, H., Kord Mostafapour, F., Joneidi Jafarai, A., and Bazrafshan, A. (2013). “Removal of Humic asid from aqueous solution using fenton oxidation.” J. of Khorasan Shomali University of Medical Sciences, 5(1), 37-45. (In Persian)

15. Murray, C.A., and Parsons, S.A. (2004). “Removal of NOM from drinking water: Fenton's and photo-Fenton's processes.” J. of Chemosphere, 54(7), 1017-1023.

16. Ho, K.J., Liu, T.K., Huang, T.S., and Lu, F.J. (2003). “Humic acid mediates iron release from ferritin and promotes lipid peroxidation in vitro: a possible mechanism for Humic acid-induced cytotoxicity.” J. of Arch. Toxicol., 77, 100-109.

17. Neyens, E., and Baeyens. J. (2003). “A review of classic Fenton’s peroxidation as an advanced oxidation technique.” J. of Hazardous Materials, 98(1/3), 33-50.

18. Larson, T.E., and Buswell, A.M. (1942). “Calcium carbonate saturation index and Alkalinity interpretations.” J. of American Water Works Association, 13(11), 1667-1684.

19. Al-Ananzeh, N.M. (2004). “Oxidation processes: Experimental study and theoretical investigations.” Doctorial Disertation,Worcester Polytechnic Institute, MA, USA.

20. Kang, Y.W., and Hwang, K.Y. (2000). “Effects of reaction conditions on the oxidation efficiency in the Fenton process.” J. of Water Res., 34(10), 2786-2790.