مقایسه کارایی فرآیند الکتروکواگولاسیون و الکتروفنتون در تصفیه فاضلاب شور حاوی فنل: طراحی آزمایشات بر پایه مدل آماری تاگوچی

زمینه و هدف: توسعه صنعت و شهرنشینی علاوه بر افزایش مصرف آب، باعث آلودگی آب‌ها در اثر تخلیه پساب صنایع با محتوای شوری بالا و ترکیبات آروماتیک از قبیل فنل شده است. مطالعه حاضر با هدف ارزیابی فرآیند الکتروکواگولاسیون و الکتروفنتون در تصفیه فاضلاب شور حاوی فنل با بهره‌گیری از مدل آماری تاگوچی انجام شد. مواد و روش‌ها: در این مطالعه تجربی آزمایشگاهی از یک ظرف واکنش به حجم یک لیتر حاوی نمونه‌های سنتتیک فنل استفاده شد. فرآیند الکتروکواگولاسیون با 5 عامل در 4 سطح شامل زمان واکنش ( 80-20 دقیقه )، غلظت شوری ( 4-1 درصد)، ph (9،7،5،3)، غلظت اولیه فنل (1500،1000،500،250 میلی‌گرم بر لیتر ) و دانسیته جریان ( 16-4 میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع) به کمک طرح ماتریکس ترکیبی l_16 و فرآیند الکتروفنتون نیز با 6 عامل در 5 سطح شامل زمان واکنش (40-20 دقیقه)، غلظت شوری ( 4-0 درصد )، ph (8 ،6 ،4 ،3 ،2)، غلظت اولیه فنل (2000 ، 1500، 1000، 500، 250 میلی‌گرم بر لیتر)، دانسیته جریان ( 16-0 میلی آمپر بر سانتی‌متر مربع)، غلظت پراکسید هیدروژن ( 300 ،225 ،150 ،75 ،50 میلی‌گرم بر لیتر ) به کمک طرح ماتریکس ترکیبی l-25 روش تاگوچی مورد بررسی قرار گرفت. غلظت فنل طبق روش استاندارد متد با استفاده از اسپکتروفتومتر در طول موج 500 نانومتر اندازه‌گیری شد. یافته‌ها: در مطالعه حاضر شرایط بهینه حذف در فرآیند الکتروکواگولاسیون شامل غلظت فنل 250 میلی‌گرم بر لیتر، ph برابر 5، دانسیته جریان 8 میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع، شوری 3 درصد و زمان 60 دقیقه دارای راندمان 58 درصد بود. بیشترین میزان تاثیر مربوط به غلظت اولیه 63/2 درصد و کمترین تاثیر مربوط به شوری 4/2 درصد بود. این شرایط در فرآیند الکتروفنتون برابر با غلظت فنل 250 میلی‌گرم بر لیتر، ph برابر 3 و دانسیته جریان 8 میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع، شوری 2 درصد، غلظت پراکسید هیدروژن 150 میلی‌گرم بر لیتر و زمان 20 دقیقه دارای راندمان 97 درصد بود. بیشترین تاثیر مربوط به دانسیته جریان 29/12 درصد و کمترین مقدار مربوط به زمان واکنش 3/08 درصد بود. نتیجه گیری: فرآیند الکتروفنتون فرآیند موثرتری در حذف فنل می‌باشد که می‌تواند به عنوان یک فرآیند مناسب در تصفیه فاضلاب به‌کار گرفته شود.

The comparison of the electrocuagulation and electroFenton Processes Performance in Phenolic Saline Wastewater Treatment by Taguchi method

Background and objective: Industrialization has led not only to an increase in water demand, but also to an increase in water pollution due to the discharge of polluted industrial wastewaters  with high salt content,  and the organic compounds such as phenol  into the water bodies. This study aimed to investigate  the efficiency of electrocuagulation and electroFenton processes in phenol removal from saline wastewater using Taguchi exprimental design method. Material and methods: This experimental study was performed in a reactor (1 liter) with synthetic phenolic saline wastewater. In this study for electrocoagulation process, the effects of five operation parameters on phenol removal efficiency including reaction time (2080 min), electrolyte (14%), pH (3579), initial phenol concentration (50010001500250 mg/L) and  current density (416 mA/cm2) were investigated in four levels by Taguchi L16 orthogonal array. Also for electroFenton process, the effects of six operation parameters on removal efficiency in five levels including  reaction time (2080 min), electrolyte (04%), pH (23468), initial phenol concentration (250500100015002000), current density ( 016mA/cm2) and hydrogen peroxide (50300mg/L) were evaluated by Taguchi L25 orthogonal array. The concentration of phenol was determined according to the estandard method in spectrophotometric wavelength of 500 nm. Results: Experimental data showed that the optimum phenol elimination condition in electrocuagulation process was initial phenol concentration of 250 mg/L, pH = 5, electrolyt = 3%, curent density of 8 mA/cm2 and reaction time of 60 min. The most influential factor in removal efficiency was the initial concentration (63.2%), and the lowest effect belonged to the electrolyt (4.2%). The optimum phenol removal condition for electroFenton process was initial concentration of 250 mg/L, pH:3, electrolyt:2%, hydrogen peroxide:150 mg/L, current density of 8 mA/cm2 and 20 mine contact time. The most influential factor in elimination efficiency was the curent density (29.12%), and the lowest influence on response variable belonged to the reaction time (3.08%). Conclusion: This study showed the electroFenton process was effective in the removal of phenolthat can be used as an appropriate process in wastewater treatment.