مهندسین مشاور طرح و تحقیقات آب و فاضلاب اصفهان مجله آب و فاضلاب 1024-5936 36 4 2025 10 23 Determination of Reaction Kinetics for Sulfide Removal in Spent Caustic Wastewater via Hydrodynamic Cavitation تعیین سینتیک حذف سولفید از پساب کاستیک دورریز با استفاده از کاویتاسیون هیدرودینامیکی 18 36 243975 10.22093/wwj.2026.560837.3533 FA زهرا کولیوند دانشجوی دکترا، دانشکده محیط‌زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران 0009-0008-0049-5214 غلامرضا نبی بیدهندی استاد، دانشکده محیط‌زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران 0000-0001-9930-9080 ناصر مهردادی استاد، دانشکده محیط‌زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران 0000-0002-4258-7298 Journal Article 2025 04 20 Global water scarcity and the increasing demand from industrial sectors have made wastewater recycling an essential strategy for sustainable resource management. Among various industrial effluents, spent caustic wastewater from petrochemical units is considered one of the most challenging and hazardous streams due to its high alkalinity, high sulfide content, unpleasant odor, and toxicity. Inadequate treatment or disposal of this effluent can severely contaminate water bodies and threaten both human health and aquatic ecosystems. Therefore, the development of efficient, economical, and environmentally friendly methods for sulfide removal has become a critical priority. This study investigated the potential of hydrodynamic cavitation as a treatment technology for sulfide removal from spent caustic wastewater. A semi-industrial pilot reactor equipped with an orifice-plate cavitation device was designed and operated using synthetic wastewater simulating real effluent. The influence of key operating parameters - including inlet pressure (3 to 5 bar), initial temperature (20 to 40°C), residence time (0 to 120 minutes), sulfide concentration (5 to 20 mg/L), and the addition of oxidants (1000 mg/L H2O2 and 45 L/min of air) - was systematically investigated using a single-factor approach. The results indicated that at the optimal pressure of 4 bar and a temperature of 30°C, more than 90% of sulfide removal was achieved in less than 60 minutes, with complete removal achieved within 90 minutes. Increasing the retention time led to a higher number of recirculation cycles (over 70 cycles) and improved removal efficiency. At an initial concentration of 5 mg/L, complete sulfide removal occurred in less than 60 minutes, whereas at 20 mg/L, approximately 50% removal was achieved within the first 30 minutes, with complete removal after 90 minutes. The addition of air or H2O2 alone did not yield significant improvement; the high peroxide dose converted part of the OH• radicals into weaker HO2• species, and excessive aeration reduced the intensity of bubble collapse, thus reducing the system’s oxidative capacity compared to pure HC. The data showed good agreement with zero-order (R2 = 0.89–0.99) and pseudo-first-order (R2 = 0.85-0.98) kinetic models. The cavitation yield was calculated as 0.0025 mg/J, and the treatment cost under optimal conditions was estimated at approximately 44060 Rials per cubic meter of wastewater. The results show that the hydrodynamic cavitation, without the need for chemical additives, is an efficient, cost-effective, and sustainable method for removing sulfide from high-salinity spent caustic wastewater. کمبود منابع آب شیرین و افزایش مصرف صنعتی، بازیافت و تصفیه فاضلاب را به ضرورتی جهانی تبدیل کرده است. در این میان، پساب ‌کاستیک دورریز حاصل از واحدهای پتروشیمی به ‌دلیل قلیائیت شدید، بار بالای سولفید و ایجاد بو و سمیّت، یکی از آلاینده‌های پرخطر محسوب می‌شود. دفع نامناسب این جریان، آلودگی آب‌های سطحی و زیرزمینی و نیز تهدید سلامت انسان و اکوسیستم‌های آبی را در پی دارد. ازاین‌رو توسعه فناوری‌های کارآمد و مقرون‌به‌صرفه برای حذف سولفید اهمیت فراوانی دارد. در این پژوهش، کارایی کاویتاسیون هیدرودینامیکی در حذف سولفید از پساب کاستیک دورریز بررسی شد. یک پایلوت نیمه‌صنعتی با مولد کاویتاسیون از نوع صفحه اریفیس طراحی و با فاضلاب سنتزی مشابه پساب واقعی راه‌اندازی شد. اثر فشار ورودی (3 تا 5 بار)، دمای اولیه (20 تا 40 درجه سلسیوس)، زمان ماند (صفر تا 120 دقیقه)، غلظت اولیه سولفید (5 تا 20 میلی‌گرم در ‏لیتر) و افزودن اکسیدان‏ها (1000 میلی‌گرم در ‏لیتر H2O2 و 45 لیتر ‏بر دقیقه هوا) به‌طور سیستماتیک و با رویکرد تک فاکتوریل ارزیابی شد. نتایج نشان داد که در فشار بهینه 4 بار و دمای 30 درجه سلسیوس بیش از 90 درصد سولفید در کمتر از 60 دقیقه حذف شد و حذف کامل در مدت 90 دقیقه حاصل شد. افزایش زمان‌ماند موجب افزایش تعداد دفعات بازچرخش جریان (بیش از 70 مرتبه) و بهبود کارایی حذف شد. در غلظت اولیه 5 میلی‌گرم ‏در ‏لیتر، حذف کامل سولفید در کمتر از 60 دقیقه رخ داد، درحالی‌که در غلظت 20 میلی‌گرم ‏در ‏لیتر حدود 50 درصد حذف در 30 دقیقه نخست و حذف کامل پس از 90 دقیقه حاصل شد. افزودن هوا یا H2O2 به‌تنهایی بهبود قابل‌توجهی ایجاد نکرد، دوز بالای پراکسید بخشی از رادیکال‌های ●OH را به گونه‌های ضعیف‌تر ●HO2 تبدیل کرد و هوادهی بیش‌ازحد نیز شدت فروپاشی حباب‌ها را کاهش داد، درنتیجه ظرفیت اکسیداسیونی سیستم نسبت به HC خالص، پایین‌تر باقی ماند. داده‌ها با مدل‌های سینتیکی مرتبه صفر (R² = 0.89-0.99) و شبه‌مرتبه اول (R² = 0.85-0.98) تطابق داشتند و بازده کاویتاسیون برابر با 0025/0 میلی‌گرم ‏بر ‏ژول و هزینه تصفیه در شرایط بهینه حدود 44060 ریال به ازای هر مترمکعب پساب برآورد شد. یافته‏ها نشان داد که کاویتاسیون هیدرودینامیکی، بدون نیاز به افزودن مواد شیمیایی، روشی کارآمد، مقرون‌به‌صرفه و پایدار برای حذف سولفید از پساب کاستیک دورریز با شوری بالا است. https://www.wwjournal.ir/article_243975_e38ecf63a542389d97c0c36c127d09e5.pdf