مجله آب و فاضلاب

مجله آب و فاضلاب

تصفیه فاضلاب نفتی توسط فرایند انعقاد الکتریکی با استفاده از آلومینیوم بازیافتی به‌عنوان الکترود: بهینه‌سازی و ارزیابی اقتصادی فرایند

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
نیما بولیوند 1
محمد دلنواز 2
1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران- محیط‌زیست، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران
2 دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران
10.22093/wwj.2026.560644.3532
چکیده
هدف این پژوهش ارزیابی اقتصادی و بهینه‌سازی فرایند انعقاد الکتریکی برای تصفیه یک نمونه فاضلاب واقعی حاصل از پالایش نفت با COD اولیه ۴۰۶ میلی‌گرم در لیتر با استفاده از آلومینیوم ضایعاتی به‌عنوان الکترود سوراخ‌دار (آند و کاتد) و انرژی خورشیدی دریافت شده توسط صفحه خورشیدی به‌منظور تأمین برق موردنیاز فرایند بود. پارامترهای زمان الکترولیز (صفر تا ۶۰ دقیقه)، چگالی جریان (۹۸/۶ تا ۹/۳۴ آمپر بر مترمربع) و فواصل الکترود (۱ تا ۵ سانتی‌متر) به روش پاسخ سطحی و طراحی مربعات مرکزی (با سه پارامتر اصلی در پنج سطح برای هر پارامتر) برای تعیین شرایط بهینه آزمایش‌ها، بررسی شد. نتایج آزمایش‌ها نشان‌دهنده اهمیت بیشتر فواصل الکترود در کنار چگالی جریان بود که به‌صورت مستقیم به تعداد و اندازه سوراخ‌های ایجاد شده بر روی الکترود وابسته بود. ارزیابی‌های اقتصادی نشان‌دهنده قابلیت استفاده از ضایعات آلومینیوم به‌عنوان جایگزینی برای آلومینیوم عادی بود که منجر به‌صرفه‌جویی در هزینه‌های عملیاتی شد. درنهایت شرایط بهینه برای انجام آزمایش‌ها در زمان الکترولیز ۴۸ دقیقه، چگالی جریان ۹۲/۲۷ آمپر بر مترمربع و فاصله الکترود ۲ سانتی‌متر به دست آمد. در این شرایط، درصد حذف COD و TDS به ترتیب معادل ۷۰ و ۳/۱۵ درصد حاصل شد که نسبتاً مطابق پیش‌بینی مدل طراحی شده (به ترتیب معادل ۷/۶۸ و ۱/۱۵ درصد) بود. طبق محاسبات انجام شده در این پژوهش و در نظر گرفتن هزینه‌های موردنیاز به‌منظور تأمین انرژی خورشیدی، با قیمت فعلی انرژی در ایران (شهر تهران)، استفاده از انرژی خورشیدی به‌منظور تأمین انرژی موردنیاز فرایند انعقاد الکتریکی در مقیاس کوچک توصیه نمی‌شود. از دلایل اصلی بهینه نبودن استفاده از انرژی خورشیدی در مقیاس‌های کوچک‌تر ارزانی برق صنعتی در کشور است.
کلیدواژه‌ها
تصفیه الکتروشیمیایی
انعقاد الکتریکی
فاضلاب نفتی
انرژی خورشیدی
ضایعات فلزی
الکترود سوراخ‌دار

موضوعات

عنوان مقاله English

Oil Wastewater Treatment by Electrocoagulation Process Using Scrap Aluminum as Electrodes: Optimization and Economic Evaluation

نویسندگان English

Nima Bolivand 1
Mohammad Delnavaz 2
1 MSc. Student in Civil and Environmental Engineering, Dept. of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Kharazmi University,Tehran, Iran
2 Assoc. Prof., Dept. of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Kharazmi University, Tehran, Iran
چکیده English

The aim of this study is to evaluate the economics and optimize the electrocoagulation process for the treatment of a real wastewater sample from oil refining with an initial COD of 406 mg/L using scrap aluminum as perforated electrodes (anode and cathode) and solar energy received by the solar panel to provide the electricity required for the process. The parameters of electrolysis time (0 to 60 min), current density (6.98 to 34.9 A/m2), and electrode spacing (1 to 5 cm) were investigated using the response surface methodology and central square design to determine the optimal experimental conditions. The experimental results indicate the greater importance of electrode spacing in addition to current density, which is directly dependent on the number and size of holes created on the electrode. Economic evaluations indicate the possibility of using scrap aluminum as a replacement for regular aluminum, which led to savings in operating costs. Finally, the optimal conditions for conducting experiments were obtained with an electrolysis time of 48 min, a current density of 92.27 A/m2, and an electrode distance of 2 cm. Under these conditions, the COD and TDS removal percentages were 70 and 15.3%, respectively, which is relatively in line with the predictions of the designed model (68.7 and 15.1 percent, respectively). According to the calculations made in this study and considering the costs required to provide solar energy, with the current energy price in Iran (Tehran), the use of solar energy to provide the energy required for the electrocoagulation process on a small scale is not recommended. One of the main reasons for the inefficiency of using solar energy on a smaller scale is the cheapness of industrial electricity in the country.

کلیدواژه‌ها English

Electrochemical Treatment
Electrocoagulation
Petroleum Wastewater
Solar Energy
Scrap Metal
Perforated Electrode
Akkaya, G. K., 2022. Treatment of petroleum wastewater by electrocoagulation using scrap perforated (Fe-anode) and plate (Al and Fe-cathode) metals: optimization of operating parameters by RSM. Chemical Engineering Research and Design, 187, 261-275. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2022.08.048.
Al-Raad, A., Hanafiah, M. M, Samir Naje, A., Ajeel, M. A., Basheer, A. O., Aljayashi, T. A. et al., 2019. Treatment of saline water using electrocoagulation with combined electrical connection of electrodes. Processes, 7(5), 242. https://doi.org/10.3390/pr7050242.
Al Zarooni, M. and Elshorbagy, W., 2006. Characterization and assessment of Al ruwais refinery wastewater. Journal of Hazardous Materials, 136(3), 398-405. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2005.09.060.
Anuf, A. R., Ramaraj, K., Sivasankarapillai, V. S., Dhanusuraman, D.,  Prakash Maran, J. Rajeshkumar, G. et al., 2022. Optimization of electrocoagulation process for treatment of rice mill effluent using response surface methodology. Journal of Water Process Engineering, 49, 103074. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2022.103074.
Boinpally, S., Kolla, A., Kainthola, J., Kodali, R. and Vemuri, J., 2023. A state-of-the-art review of the electrocoagulation technology for wastewater treatment. Water Cycle, 4, 26-36. https://doi.org/10.1016/j.watcyc.2023.01.001.
Chen, W., Peng, J., Su, Y., Zheng, L., Wang, L. and Jiang, Z., 2009. Separation of oil/water emulsion using Pluronic F127 modified polyethersulfone ultrafiltration membranes. Separation and Purification Technology, 66(3), 591-597. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2009.01.009.
Delnavaz, M., Hoda Khoshvaght, H., Sadeghi, A., Ghasemipanah, K. and Hosseini Aliabadi, M., 2021. Experimental, statistical and financial analysis of the treatment of organic contaminants in naphthenic spent caustic soda using electrocoagulation process modified by carbon nanotubes. Journal of Cleaner Production, 327, 129515. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.129515.
Dias, O. A., Muniz, E. P. and Da Silva Porto, P. S., 2019. Electrocoagulation using perforated electrodes: an increase in metalworking fluid removal from wastewater. Chemical Engineering and Processing-Process Intensification, 139, 113-120. https://doi.org/10.1016/j.cep.2019.03.021.
El-Naas, M. H., Al-Zuhair, S., Al-Lobaney, A. and Makhlouf, A., 2009. Assessment of electrocoagulation for the treatment of petroleum refinery wastewater. Journal of Environmental Management, 91(1), 180-185. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2009.08.003.
El-Naas, M. H., Alhaija, M. A. and Al-Zuhair, S., 2014. Evaluation of a three-step process for the treatment of petroleum refinery wastewater. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2(1), 56-62. https://doi.org/10.1016/j.jece.2013.11.024.
Fox, C. H., O'Hara, P. D., Bertazzon, S., Morgan, K., Underwood, F. E. and Paquet, P. C., 2016. A preliminary spatial assessment of risk: marine birds and chronic oil pollution on Canada's Pacific coast. Science of The Total Environment, 573, 799-809. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.08.145.
Hansen, H. K., Franco Peña, S., Gutiérrez, C., Lazo, A., Lazo, P. and Ottosen, L. M., 2019. Selenium removal from petroleum refinery wastewater using an electrocoagulation technique. Journal of Hazardous Materials, 364, 78-81. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2018.09.090.
Khandegar, V. and Saroha, A. K., 2013. Electrocoagulation for the treatment of textile industry effluent–a review. Journal of Environmental Management, 128, 949-963. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2013.06.043.
Kobya, M., Darvishi Cheshmeh Soltani, R., Isaac Omwene, P. and Khataee, A., 2020. A review on decontamination of arsenic-contained water by electrocoagulation: reactor configurations and operating cost along with removal mechanisms. Environmental Technology and Innovation, 17, 100519. https://doi.org/10.1016/j.eti.2019.100519.
Louhichi, B., Gaied, F., Mansouri, K. and Razak Jeday, M., 2022. Treatment of textile industry effluents by Electro-Coagulation and Electro-Fenton processes using solar energy: a comparative study. Chemical Engineering Journal, 427, 131735. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131735.
Meijide, J., Gómez, J., Pazos, M. and Sanromán, M. A., 2016. Degradation of thiamethoxam by the synergetic effect between anodic oxidation and Fenton reactions. Journal of Hazardous Materials, 319, 43-50. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.02.064.
Millán, M., Fernández-Marchante, C. M., Lobato, J., Cañizares, P. and Rodrigo, M. A., 2021. Management of solar energy to power electrochemical wastewater treatments. Journal of Water Process Engineering, 41, 102056. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2021.102056.
Mohamad, H. A. E. D., Hemdan, M., Bastawissi, A. A. E. D., Bastawissi, A. E. M., Panchal, H. and Sadasivuni, K. K., 2021. Industrial wastewater treatment by electrocoagulation powered by a solar photovoltaic system. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization and Environmental Effects, 47(1), 1-12. https://doi.org/10.1080/15567036.2021.1950870.
Nawarkar, C. and Salkar, V., 2019. Solar powered electrocoagulation system for municipal wastewater treatment. Fuel, 237, 222-226. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.09.140.
Nidheesh, P. and Singh, T. A., 2017. Arsenic removal by electrocoagulation process: recent trends and removal mechanism. Chemosphere, 181, 418-432. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.04.082.
Rajabipour, A., Khezerlu Aghdam, M., Eskandari, N. and Ebadi, T., 2025a. Sustainable chromium removal using electrocoagulation: life cycle assessment of different electrode materials. Journal of Water and Wastewater, 35(5), 1-23. (In Persian). https://doi.org/10.22093/wwj.2025.499125.3458.
Rajabipour, A., Vakili, M. and Jamali, H., 2025b. Electrode morphology in electrocoagulation: experimental evaluation of chromium removal using iron electrodes. Journal of Water and Wastewater, 36(2), 82-106. (In Persian). https://doi.org/10.22093/wwj.2025.544298.3511.
 Sahu, O., Mazumdar, B. and Chaudhari, P., 2014. Treatment of wastewater by electrocoagulation: a review. Environmental Science and Pollution Research, 21, 2397-2413. https://doi.org/10.1007/s11356-013-2208-6.
Tir, M. and Moulai-Mostefa, N., 2008. Optimization of oil removal from oily wastewater by electrocoagulation using response surface method. Journal of Hazardous Materials, 158, 107-15. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.01.051.
Yavuz, Y., Koparal, A. S. and Öğütveren, Ü. B., 2010. Treatment of petroleum refinery wastewater by electrochemical methods, Desalination, 258(1-3), 201-205. https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.03.013.
Zaied, B. K., Rashid, M., Nasrullah, M. and Zularisam, A. W., 2020. A comprehensive review on contaminants removal from pharmaceutical wastewater by electrocoagulation process. Science of The Total Environment, 726, 138095. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138095.
مجله آب و فاضلاب

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 23 فروردین 1405