حذف فسفر از محلول آبی به وسیله فرآیند اکسیداسیون فنتون

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد مرکز تحقیقات مهندسی بهداشت محیط و گروه بهداشت محیط ، دانشگاه علوم پزشکی کرمان، کرمان، ایران.

2 عضو هیات علمی گروه بهداشت محیط، دانشکده بهداشت دانشگاه علوم پزشکی بم، بم، ایران *(مسوول مکاتبات)

3 کارشناس بهداشت محیط دانشگاه علوم پزشکی زابل.

چکیده

زمینه و هدف: فسفر یکی از مهم ترین آلاینده های محیط های آبی می باشد. آلودگی فسفر در منابع آب های سطحی و زیرزمینی از استفاده مفرط کود در زمین های کشاورزی کنترل نشده و تخلیه فاضلاب های تصفیه نشده نشات می گیرد. تخلیه این عنصر در محیط اثرات بهداشتی بسیار زیادی دارد. این پژوهش با هدف بررسی کارایی فرایند اکسیداسیون فنتون در کاهش فسفر از محلول آبی انجام گرفت.
روش بررسی: این تحقیق حاصل یک مطالعه تجربی در مقیاس آزمایشگاهی می باشد. دراین مطالعه تاثیر پارامترهای متغیر شاملpH، غلظتFe+2 ، غلظت H2O2، زمان تماس و غلظت اولیه فسفر در حذف فسفر به وسیله فرآیند فنتون از محلول آبی مورد بررسی قرار گرفت.
یافته ها: نتایج به دست آمده نشان داد که فرآیند فنتون قادر به حذف 97 درصد فسفر می باشد به گونه ای که بیش ترین درصد حذف فسفر در نسبت غلظتH2O2 / Fe2+=mg/l 1000/2200، زمان تماس60 دقیقه و 5/3 pH= مشاهده گردید. نتایج آزمون آماری SPSS نشان داد که  میانگین غلظت در تمامی متغییر ها قبل و بعد از انجام فرایند اختلاف معنی داری حذف داشت (05/0P<).
بحث و نتیجه گیری: نتایج این پژوهش کارایی مطلوبی در حذف فسفر به وسیله فنتون در تصفیه آب و کنترل آلاینده نشان داد. فرایند فنتون یک فرآیند موثر در حذف مواد آلی مانند فسفر از آب از لحاظ میزان راندمان حذف و هزینه مقرون به صرفه تر در مقایسه با دیگر فرآیند های حذف این آلاینده ها می باشد. در ضمن جهت دست یابی به روش های ترکیبی کامل تر و بهتر توصیه می شود در سایر مطالعات راندمان حذف به وسیله این فرآیند را با استفاده از ترکیب با اکسیدان های دیگری مانند تابش فرابنفش و ... ارتقاء داد.

کلیدواژه‌ها


 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهنوزدهم، شماره دو، تابستان 96

 

حذف فسفر از محلول آبی به وسیله فرآیند اکسیداسیون فنتون

 

 

محمد ملکوتیان [1]

محمد رضا حیدری [2]*

moheidari86@gmail.com

فهیمه اسدی [3]

 

تاریخ دریافت:16/8/93

تاریخ پذیرش:12/11/94

 

چکیده

زمینه و هدف: فسفر یکی از مهم ترین آلاینده های محیط های آبی می باشد. آلودگی فسفر در منابع آب های سطحی و زیرزمینی از استفاده مفرط کود در زمین های کشاورزی کنترل نشده و تخلیه فاضلاب های تصفیه نشده نشات می گیرد. تخلیه این عنصر در محیط اثرات بهداشتی بسیار زیادی دارد. این پژوهش با هدف بررسی کارایی فرایند اکسیداسیون فنتون در کاهش فسفر از محلول آبی انجام گرفت.

روش بررسی: این تحقیق حاصل یک مطالعه تجربی در مقیاس آزمایشگاهی می باشد. دراین مطالعه تاثیر پارامترهای متغیر شاملpH، غلظتFe+2 ، غلظت H2O2، زمان تماس و غلظت اولیه فسفر در حذف فسفر به وسیله فرآیند فنتون از محلول آبی مورد بررسی قرار گرفت.

یافته ها: نتایج به دست آمده نشان داد که فرآیند فنتون قادر به حذف 97 درصد فسفر می باشد به گونه ای که بیش ترین درصد حذف فسفر در نسبت غلظتH2O2 / Fe2+=mg/l 1000/2200، زمان تماس60 دقیقه و 5/3 pH= مشاهده گردید. نتایج آزمون آماری SPSS نشان داد که  میانگین غلظت در تمامی متغییر ها قبل و بعد از انجام فرایند اختلاف معنی داری حذف داشت (05/0P<).

بحث و نتیجه گیری: نتایج این پژوهش کارایی مطلوبی در حذف فسفر به وسیله فنتون در تصفیه آب و کنترل آلاینده نشان داد. فرایند فنتون یک فرآیند موثر در حذف مواد آلی مانند فسفر از آب از لحاظ میزان راندمان حذف و هزینه مقرون به صرفه تر در مقایسه با دیگر فرآیند های حذف این آلاینده ها می باشد. در ضمن جهت دست یابی به روش های ترکیبی کامل تر و بهتر توصیه می شود در سایر مطالعات راندمان حذف به وسیله این فرآیند را با استفاده از ترکیب با اکسیدان های دیگری مانند تابش فرابنفش و ... ارتقاء داد.

واژه های کلیدی: حذف، فسفر، فنتون، محلول آبی

واژه‌های کلیدی: حذف، فسفر، فرآیند فنتون، پراکسید هیدروژن.

 

J.Env. Sci. Tech., Vol 19, No.2, summer, 2017

 

 

 

 


Removal of phosphor from Aqueous Solution by Fenton Oxidation Process

 

Mohammad Malakootian[4]

Mohammadreza Heidari[5]*

moheidari86@Gmail.com

Fahimeh Asadi[6]

 

Abstract

Introduction: phosphor is considered among the major pollutants in water environments. phosphor contamination in surface water and groundwater resources originates mainly from the excessive use of  fertilizers and uncontrolled land discharges of untreated wastewater. Discharge of it into the environment causes very health impact. The aim of this study was to investigate the efficiency of Fenton’s advanced oxidation process (H2O2/Fe+2) in phosphor removal from aqueous solutions.

Materials & Methods: This is an experimental study which is carried out in laboratory scale. In this study, the effect of the important operational variables including pH,Fe+2  dosage, H2O2  dosage, initial phosphor concentration, and  Contact time were  evaluated  on  the phosphate removal from Aqueous Solution by Fenton has been investigated.

Findings: The results showed that this method has the ability to remove phosphor from aqueous solutions to less than standard level WHO (≤1mg/l).pH , ratio H2O2 / Fe+2 and Contact time have direct effect and initial phosphor concentration has reverse effect of phosphor removal. The results showed that the Fenton process, can reach can reach respectively 97% phosphor removal. So that optimum condition of the phosphor removal is in the Ratio H2O2 / Fe2+ dosage = 2200 /1000 mg/l, contact time of 60 min, pH = 3.5 in initial phosphor Concentration in 100mg /L. SPSS statistical test showed that the mean concentration in the before and after doing all process variables, there were significant differences (P ≤ 0.05 ).

Discussion & Conclusion: As the results show, the efficient removal of phosphate by using Fenton process is desirable in the water treatment and pollution control. The results of the study, is consistent with similar cases by other researchers

 

Key words: Removal, Phosphor, Fenton Process, Aqueous Solution

 

 

مقدمه


فسفر موجود در فاضلاب های خانگی یکی ازمهم ترین مواد مغذیی برای رشدگیاهان و میکروارگانیسم ها می باشد.تخلیه مقادیر بالایی از این مواد مغذی داخل منابع آب های پذیرنده، سبب افزایش رشد جلبک ها و در نتیجه پدیده اوتریفیکاسیون می گردد و می تواند باعث تخریب توازن حضور ارگانیسم آب و تاثیر برکیفیت آب شود(1). در واقع جلبک ها در غلظت کمتر از 05/0 میلی گرم در لیتر فسفر رشد می کنند، بنابراین کاهش غلظت فسفر در پساب برای جلوگیری از شکوفه های جلبکی امری ضروری است(2). فسفر در فاضلاب های شهری در اشکال مختلف از جمله فسفر کل، فسفر محلول و فسفر معلق وجود دارد. استاندارد سازمان جهانی بهداشت برای فسفر در آب های آشامیدنی 2/0 میلی گرم بر لیتر بوده و استاندارد سازمان حفاظت محیط زیست ایران برای تخلیه پساب به آب های سطحی برابر 1میلی گرم در لیتر می باشد (3). روش های حذف فسفر به سه رده تقسیم می شوند: 1- فیزیکی مثل الکترودیالیز، اسمز معکوس و فیلترهای تماسی و تعویض یون که بسیار گران قیمت و یا ناکارآمد می باشند و فقط 10 درصد فسفر کل را حذف می کنند، 2- روش بیولوژیکی مثل هضم های هوازی و بی هوازی که نیازمند تخصص و هزینه زیاد و زمان ماند طولانی و مشکلات بهره برداری می باشد، 3-روش شیمیایی شامل ترسیب شیمیایی و جذب هستند(2،3،4). روش ترسیب شیمیایی با استفاده از نمک های فریک و آلومینیوم موثرترین و بادوام ترین روش های حذف فسفر محسوب می گردد(5). با این وجود، هزینه های مرتبط با استفاده از نمک های فلزی و تولید لجن و تغییر pH در روش های شیمیایی، میزان کاربرد این روش ها را کاهش داده است (6).اخیراً فرآیندهایی در تصفیه آب و فاضلاب کاربرد گسترده یافته است که همواره به دلیل تولید رادیکال های بسیار فعال هیدروکسیل سازگار با محیط زیست می باشد این رادیکال ها که پتانسیل بالایی برای اکسیداسیون ترکیبات آلی دارند، به عنوان فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته AOP(Advanced Oxidation Processes) شناخته شده اند(7). فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته ای که در سال های اخیر در تصفیه آب استفاده می شوند شامل ازن و اشعه ماوراء بنفش، ازن همراه UV،O3/H2O2،H2O2/UV،UV/O3 و فرآیند فنتون است. در فرآیند اکسیداسیون پیشرفته آنیون آهن به عنوان کاتالیست در یک محیط اسیدی با اکسیدان وارد واکنش شده و تولید رادیکال هیدروکسیل می نماید. این واکنش از نوع واکنش اکسایش–کاهش می باشد (8). یکی از جدیدترین فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته، فرآیند فنتون است که در سال های اخیر به دلیل تولید و مصرف آلاینده های سمی و دیر تجزیه پذیر در صنایع کاربرد بیشتری پیدا کرده است. اولین بار فنتون درسال 1894طی تحقیقی در مورد اکسیداسیون اسید تارتاریک به کمک مخلوط پراکسیدهیدروژن و نمک های آهن انجام شد. استفاده از این واکنش در موارد زیست محیطی به تازگی مورد توجه قرار گرفته است . درمقایسه با دیگر روش ها، از آن جایی که H2O2ماده ای دوستدار طبیعت است، به آرامی به اکسیژن و آب تبدیل می شود. علاوه براینFe+2که معمول ترین فلز به کار رفته دراین واکنش است، ماده ای فراوان، با سمیت کم و با تصفیه پذیری آسان ازآب می باشد (9،10).

تولید محصولات جانبی خطرناک در روش فنتون در مقایسه با روش های دیگر اکسیداسیون پیشرفته به طور قابل ملاحظه ای کمتر است و هم چنین سادگی بهره برداری، عدم محدودیت انتقال جرم و مصرف آلاینده های سمی و دیر تجزیه پذیر از مزایای این روش می باشد(11، 12 ،13).  تحقیقات بسیاری در مورد حذف فسفر به وسیله الکترو با صفحات آهنی (5)، خاکستر فرار (1)، گل قرمز (2)، نانوفیلتراسیون (3)، وتلند (14) و ... انجام گرفته است، ولیکن مطالعه ای برروی حذف فسفر به وسیله اکسیداسیون پیشرفته (AOP) انجام نشده است. هدف از این مطالعه بررسی کارآیی فرآیند اکسیداسیون فنتون بر حذف فسفر و تعیین اثر پارامترهای مختلف ( pH ، غلظت بهینه H2O2 ، غلظت بهینه Fe+2، زمان تماس وتاثیرغلظت اولیه فسفر ) می باشد.

 

مواد و روش ها

این مطالعه تجربی با استفاده ازپایلوت درمقیاس آزمایشگاهی در یک سیستم بسته (Batch) بر روی محلول آبی دست ساز صورت گرفت. در این مطالعه از محلول  H2O2 با درصد وزنی 35%، جرمی حجمKg/L13/1و سولفات آهن (FeSO4, 7H2O2)، اسید سولفوریک (H2SO4)، سولفات سدیم (Na2SO3) و محلول استاندارد  فسفات (KH2PO4) به عنوان منبع فسفردر بشرهای5/1لیتری شیشه ای پوشانده شده توسط فویل آلومینیوم استفاده گردید.جهت انجام آزمایشات حجم 1 لیتر از محلول آبی سنتتیک pH(10-2)، غلظت H2O2(mg/l 3000-300)، غلظت یون Fe+2(mg/l 2000-50)، زمان واکنش (min 100-10) و غلظت اولیه فسفر (mg/l 50-200) تهیه شد(9). در تمام آزمایشات نمونه ها به وسیله هم زن مغناطیسی با سرعت rpm1000 قرار داده شد(15)، سپس نمونه ها جهت سنجش فسفرآماده گردید .برای سنجش غلظت فسفر باقی مانده از روش اسید اسکوربیک توسط دستگاه اسپکتوفتومترUV/VIS  (Shimadzu) با سل کوارتز در طول موج nm880، آزمایش pH با استفاده از دستگاه(Eutech) pH meter استفاده شد. مقادیر جذب به دست آمده در منحنی کالیبراسیون فسفر قرار داده شد و غلظت فسفر هر نمونه محاسبه گردید.تمامی آزمایشات بر طبق کتاب روش های آزمایشات آب و فاضلاب روش 4500PE انجام شد(16). درهمه آزمایشات برای سنجش تاثیرpH برکارایی حذف فسفر ازمحلول 1/0 مولارHNO3و محلول 1/0 مولار NaOH استفاده گردید (17). تمامی مواد شیمیایی مصرفی از شرکت Merck آلمان بود. داده ها با استفاده از نرم افزار آماریSPSS17 و  آمارهای توصیفی و تحلیلی و آزمون آماری T-Test در سطح معنی دار 05/0≤ p مورد تجزیه و تحلیل قرارگرفت، نمودارهای مربوطه با استفاده ازنرم افزار Excel ترسیم شد.راندمان حذف به شکل زیر محاسبه گردید:

× 100 R =

 

نتایج

کارآیی فرایند فنتون در حذف انواع آلاینده ها به چندین عامل مهم از جمله pH ، غلظت H2O2 ، غلظت یون آهن و غلظت اولیه ماده آلاینده وابسته می باشد(8). در این مطالعه اثر پارامترهای pH ، غلظت H2O2، غلظت یون Fe+2، زمان واکنش و غلظت اولیه فسفر بر کارایی فرآیند فنتون در حذف فسفر بررسی شد.

شکل (1) تاثیر pH های مختلف (2- 10)، غلظت اولیه فسفر (mg/l 50 – 200)، پراکسیدهیدروژن، یون آهن و زمان اکسیداسیون 60 دقیقه بر راندمان حذف فسفر را نشان می دهد. همان طور که مشخص است حداکثر درصد حذف فسفر در 5/3pH=  برابر اتفاق می افتد، به گونه ای که با افزایش pH  میزان راندمان حذف فسفر تا 5pH= یک افت نامحسوس دارد ولی با افزایش pH  بیشتر راندمان حذف به صورت خطی کاهش می یابد.

 

 

 

 

 

 

شکل1- تعیین pH بهینه در حذف فسفر(mg/L 2200H2O2 = ،mg/L 1000Fe+2 =  ، زمان = 60 دقیقه ،

غلظت فسفراولیه متغیر)

Figure1. Determine the optimal pH for the removal of phosphorus (H2O2 = 2200 mg/L, Fe + 2 = 1000 mg / L, time = 60 min, initial concentration variable)

 


به منظور بررسی اثر غلظت H2O2 در بازدهی فرآیند، H2O2 در غلظت های مختلف در دامنه 300 - 3000 میلی گرم در لیتر به نمونه ها اضافه شد. چنــان چه در شکل(2) ملاحظه می شود با افزایش غلظت پراکسیدهیدروژن در حضور mg/L 1000Fe+2 = ، 5/3pH =  ، زمان = 60 دقیقه و غلظت فسفر اولیه mg/l 50 – 200 راندمان حذف فسفر به میزان 92 درصـد افـزایش می یابـد ولیـکن از ایـن غلظـت بـه بعـد میزان حذف ثابت می ماند. نتایج آزمون آماری نشان داد که  میزان حذف فسفـر در محلول آبی قبل و بعد از انجام فراینـد اختـلاف معنی داری داشت (05/0≤ p).

 

 

شکل2- تعیین مقدار بهینه  H2O2در حذف فسفر(mg/L 1000Fe+2 = ، 5/3pH =  ، زمان = 60 دقیقه ،

غلظت فسفر اولیه متغیر)

Figure2. Determine the optimal H2O2 for the removal of phosphorus (Fe + 2 = 1000 mg / L , pH = 3.5 ,time = 60 min, initial concentration variable)

 


به منظور بررسی تاثیر غلظت یون های آهن در این فرآیند، غلظت Fe+2 در مقادیر 50 - 2000 میلی گرم در لیتر، mg/L2200H2O2 = ، 5/3pH =  ، زمان = 60 دقیقه و غلظت فسفر اولیه mg/l 50 – 200 تنظیم شد. چنان چه در شکل مشاهده می شود، در غلظت ثابت پراکسید هیدروژن با افزایش غلظت یون فرو ،کاهش حذف فسفر مشاهده می گردد. بیشترین بازده حذف فسفر برابر در غلظت آهن 1000 میلی گرم در لیتر می باشد.

 

 

شکل3- تعیین مقدار بهینه  Fe+2در حذف فسفر

 (mg/L2200H2O2 = ، 5/3pH =  ، زمان = 60 دقیقه و غلظت فسفر اولیه متغیر)

Figure3. Determine the optimal pH for the removal of phosphorus

 (H2O2 = 2200 mg/L, pH = 3.5, time = 60 min, initial concentration variable)

 

 

شکل 4 تاثیر زمان واکنش ( 10 – 100 دقیقه) بر حذف فسفردرmg/L 2200H2O2 = ، mg/L 1000Fe+2 = ، 5/3pH =  و غلظت فسفر اولیه mg/l 50 – 200 را نمایش می دهد که بررسی این شکل مشخص میکند با گذشت زمان میزان حذف فسفر افزایش می یابد  به طوری که در زمان اکسیداسیون 60 دقیقه بیشترین میزان حذف حاصل می شود و با گذشت زمان واکنش فنتون میزان حذف ثابت باقی می ماند.

 

 

 

 

شکل4- تعیین زمان واکنش بهینه در حذف فسفر

(mg/L 2200H2O2 = ،mg/L 1000Fe+2 = ، 5/3pH =  و غلظت فسفر اولیه متغیر)

Figure4. Determine the optimal pH for the removal of phosphorus

(H2O2 = 2200 mg/L, Fe + 2 = 1000 mg / L, pH = 3.5, initial concentration variable)

 

بحث و نتیجه گیری


3-1- بررسی تاثیر pH بر راندمان حذف فسفر

pH یکی از عوامل تاثیر گذار در رانــدمــان فراینــد فنتون می باشد. مقدارpH، تولید رادیکال های هیدروکسیل و بنابراین کارایی اکسیداسیون راتحت تاثیر قرار می دهد. تولید رادیکال OH معمولا در pH اسیدی مقبولیت بیشتری دارد. در pH قلیایی نیز Fe+2 تبدیل شده و به صورت Fe(OH)3 رسوب می کند و از چرخه کاتالیستی خارج می شود. در نتیجه کاتالیزور کافی در محیط عمل باقی نخواهد ماند(18 ،19). این مساله باعث تجزیه H2O2و کاهش فرآیند می شود. هم چنین تحقیقات نشان داده اند که پتانسیل اکسایشی رادیکال های OH نیز با افزایش pH کاهش می یابد. در pH های بالا به علت ناپایداری یون های آهن راندمان حذف کاهش می یابد،در حالی که 3pH= و Fe(OH)+2به شکل کاملا محلول حضور دارند(20). در این پژوهش بهترین نتایج حذف فسفر (95٪) به وسیله فنتون در محدوده 3-4 pH= به دست آمد، دلیل این امر پایداری زیاد H2O2 ، Fe+2در pH های پایین است. هم چنین یون فرو در pH بالا ناپایدار بوده و به راحتی به یون فریک تبدیل می شود. زیرا این یون تمایل بالایی برای تشکیل کمپلکس های هیدروکسوفریک دارد با افزایش pH به بالاتر از 5 ، H2O2 به سرعت تجزیه می شود ( شکل1).نتایج با مطالعاتی که توسط Irdeme و همکاران در سال 2006 در چین بروی تصفیه فاضلاب (21) , Naohito وهمکاران شان بر برروی حذف فسفر بوسیله هیدروکسید آلومینیوم (22) و  Paola و همکاران شان روی حذف فسفر به وسیله گل قرمز (red mud) (23) از نظر تاثیرpH بر فرآیند فنتون انجام دادند، همخوانی دارد و مشخص شد که محدوده 3 تا 4 بهترین دامنه برای حذف فسفر همخوانی است.

3-2- تاثیر غلظت H2O2

با ثابت نگه داشتن غلظت آهن، 3 pH= و زمان واکنش 60 دقیقه با افزایش غلظت اولیه H2O2 تا 2200 میلی گرم بر لیتر، درصد حذف فسفر افزایش یافت ( شکل2) ،که یکی از دلایل این امر افزایش مقدار رادیکال های هیدروکسیل تولیدی بود. در بالاتر از این غلظت H2O2تاثیر چندانی در حذف این عامل حاصل نشد و این به علت تجزیه H2O2به اکسیژن و آب، ترکیب رادیکال های هیدروکسیل و جلوگیری از تشکیل آن ها بود. غلظت بالاتر از    mg/l 2200 پراکسید هیدروژن به علت گران قیمت بودن آب اکسیژن و تشکیل رادیکال کم فعال تر هیـدروپـراکسیـل و کاهش بـازده فرآینـد اکسیداسیـون مناسب نمی باشد. میزان اکسیداسیون مشخصاُ به مقدار H2O2مصـرفی بستـگی دارد. ضـروری به نظـرمی رسدکه برطبق تست های آزمایشگاهی، ‌اقدام به تعیین مقدارغلظتH2O2و به دست آوردن نسبت بهینه پراکسید هیدروژن به ماده آلی گردد به طور کل موثرترین روش زدایش مواد آلی به ویژه انواع سنتتیک، اکسیداسیون شیمیایی است(13). نتایج با مطالعات Meric و همکاران شان (15),Yetilmezsoy و همکاران شان (24) در تصفیه فاضلاب به وسیله فرآیند فنتون مطابقت دارد.

3-3- تاثیر غلظت Fe+2

همان طور که در شکل(3) مشخص است با ثابت نگه داشتن غلظت H2O22200 میلی گرم بر لیتر، 3 pH= و زمان واکنش 60 دقیقه با افزایش غلظت آهن تا میزان 1000میلی گرم بر لیتر کارایی حذف فسفر افزایش یافته و افزایش بیش از این مقدار تاثیری بر فرایند نخواهد داشت. .غلظت یون های آهن تاثیـر به سزایی در بازدهی فرآیند فنتون دارد. بدون حضـور یون های آهن، رادیکال های هیدروکسیل تشکیل نمی شوند بنابراین غلظت یون های آهن هم از نظـر افزایش تولیـد رادیکال های هیدروکسیل و هم از نظر ایجاد پدیده انعقاد در کاهش سطح فسفر موثر است. با افزایش غلظت یون آهن از این مقادیر رانـدمـان حـذف فسفر ثابت می مـاند که ایـن امـر را می توان در تمایل رادیکال های هیدروکسیل به انجام واکنش اکسایش – کاهش با Fe+2 و H2O2 دنبال کرد. افزایش بیش از اندازه غلظت آهن (II) اثر بازدارندگی در تولید رادیکال هیدروکسیل داشته و سبب کاهش سرعت و بازده تخریب ترکیبات شیمیایی می شود(25). نتایج با مطالعات Wang و همکاران شان در تصفیه فاضلاب صنایع رنگ رزی (26) هم خوانی دارد.

4-3- تاثیر زمان اکسیداسیون

زمان اکسیداسیون یکی دیگر از پارامترهایی است که بر کارایی فرآیند تاثیر می گذارد. به منظور تعیین بهترین زمان و تاثیر آن در فرایند فنتون، آزمایش در زمان های10-100 دقیقه انجام گرفت. همان طور که از شکل مشخص است، بالاترین میزان حذف فسفر در زمان 60 دقیقه حاصل می شود. در واکنش فنتون غلظت بالایی از رادیکال های آزاد هیدروکسیل در چند دقیقه اول واکنش تولید می شود (شکل 4).با گذشت زمان، میزان محصولات حد واسط ناشی از تجزیه پراکسید هیدروژن بیشتر شده و از طرفی با ایجاد اختلاط در محیط آزمایش، شانس تماس یون آهن با محصولات حد واسط تجزیه پراکسید هیدروژن افزایش می یابد و در نهایت تولید رادیکال هیدروکسیل در محیط بیشتر و بازده فرایند افزایش می یابد(6). نتایج بدست آمده از مطالعه Badawy و همکاران شان(11)، Zhang و همکاران شان برروی تصفیه فاضلاب (27) به وسیله اکسیداسیون فنتون با نتایج این تحقیق مطابقت دارد.

5-3- تاثیر غلظت اولیه فسفر

حذف فسفر به وسیله فنتون در محلول آبی حاوی غلظت (mg/l 50، 100 ، 150و 200) در تمامی مراحل مورد آزمایش قرار گرفت. براساس نتایج به دست آمده در غلظت های پایین (mg/l 50≥ ) بازده حذف نسبتا پایین می باشد. با افزایش غلظت تا mg/l 100 راندمان حذف افزایش می یابد. اما افزایش غلظت فسفر ( mg/l 100  ≤) تاثیر محسوسی در حذف فسفر نشان نداد. نتایج تحقیقات Deliyanni و همکاران شان در حذف فسفر (17) ، Wang و همکارانشان در تصفیه فاضلاب صنایع رنگ رزی (26) با نتایج این تحقیق هم خوانی دارد.

در این مطالعه اثر پارامترهای pH ، زمان اکسیداسیون ، غلظت اولیه فسفر، غلظت پراکسید هیدروژن و یون فرو در حذف فسفر از محلول آبی دست ساز به وسیله فرآیند فنتون مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بهترین بازده حذف فسفر به میزان 97 درصد در شرایط بهینه mg/L2200H2O2 = ، mg/L 1000Fe+2 = ، 5/3pH = ، زمان = 60 دقیقه و غلظت فسفر اولیه mg/l 100 به دست می آید. با توجه به نتایج حاصل مشخص گردید که فرآیند فنتون یک فرآیند موثر در حذف مواد آلی مانند فسفر از آب از لحاظ میزان راندمان حـذف و هزینه مقـرون به صرفـه تـر در مقـایسه با دیگر فرآیند های حذف این آلاینده ها می باشـد. در ضمن جهت دست یابی به روش هـای ترکیبی کامـل تـر و بهتـر توصیـه می شود در سایر مطالعات راندمان حذف به وسیله این فرآیند را با استفاده از ترکیب با اکسیدان های دیگری مانند تابش فرابنفش و ... افزایش داد.

قدردانی

این تحقیق با حمایت مالی معاونت آموزشی و پژوهشی دانشگاه علوم پزشکی بم و همکاری دانشکده بهداشت دانشگاه علوم پزشکی بم انجام شد که نویسندگان بدین وسیله لازم می دانند از کلیه کسانی که در اجرای این تحقیق همکاری نمودند، تشکر و قدردانی نمایند.

 

منابع

  1. Lu .S.G, Bai .S.Q, L, Shan .H.D, Removal mechanism of phosphate from aqueous solution by fly ash. Journal of Hazardous Materials 161 (2009) 95–101.
  2. Yue .Q, Zhao. Y, Li.Q, Li.W, Gao. B, Han.S, Qi.Y, Yu H, Research on the characteristics of red mud granular adsorbents (RMGA) for phosphate removal. Journal of Hazardous Materials 176 (2010) 741–748.
  3. Ballet .G, Hafiane. A, Dhahbi .M, Influence of operating conditions on the retention of phosphate in water by nanofiltration. Journal of Membrane Science 290 (2007) 164–172.
  4. Jeon. D, Yeom.S. Recycling wasted biomaterial, crab shells, as an adsorbentfor the removal of high concentration of phosphate. Bioresource Technology 100 (2009) 2646–2649.
  5. Srivastava. S, Srivastava.A, Biological phosphate removal by model based continuouscultivation of Acinetobactercalcoaceticus. Process Biochemistry 41 (2006) 624–630.
  6. Goldstein.S, Meyersteim. D, the Fenton Reagents, Free Radical Biology & Medical, 15(1993) 435-445.
  7. Chang-jun. L, Yan-zhong. L, Zhao-kun.L, Zhao-yang.CH, Zhong-guo.ZH, Zhi-ping. J, Adsorption removal of phosphate from aqueous solution by active red mud .Journal of Environmental Sciences 19(2007) 1166–1170
  8. Jadhav. U, Saharan. V, Pinjari D, Saini. D, Sonawane. S, Pandit. A, Intensification of degradation of imidacloprid in aqueous solutions bycombination of hydrodynamic cavitation with various advanced oxidation processes (AOPs). Journal of Environmental Chemical Engineering 1 (2013) 850–857.
  9. Elmollaa. E, Chaudhuria. M, Eltoukhyb. M, The use of artificial neural network (ANN) for modeling of COD removal from antibiotic aqueous solution by the Fenton process, Journal of Hazardous Materials 179 (2010) 127–134.
  10. Da Silva, M.R.A., Trov, A.G., and Nogueira, R.F.P. (2007). “Treatment of 1, 10-phenanthroline laboratorywastewater using the solar photo-Fenton process.” J. of Hazardous Materials, 146(3), 508-513.
  11. Badawy, M.I., Wahaab, R.A., and El-Kalliny, A.S. (2009). “Fenton-biological treatment processes for theremoval of some pharmaceuticals from industrial wastewater.” J. of Hazardous Materials, 167(1-3), 567-574.
  12. Barreto-Rodrigues, M., Silva, F.T. and Paiva, T.C.B. (2009). “Optimization of Brazilian TNT industry wastewater treatment using combined zero-valent iron and fenton processes.” J. of Hazardous Materials, 168(2-3), 1065-1069.
  13. Huang .Y, Su.H, Lin.L, Removal of citrate and hypophosphite binary components using Fenton, photo-Fenton and electro-Fenton processes, Journal of Environmental Sciences 21(2009) 35–40.
  14. Li.H, Li.Y, Gongb. Z, Li.X,Performance study of vertical flow constructed wetlands for phosphorusremoval with water quenched slag as a substrate, Ecological Engineering 53 (2013) 39– 45
  15. Meric.S, Selc-uk.s, Belgiorno.V, Acute toxicity removal in textile finishing wastewater by Fenton’s oxidation, ozone and coagulation–flocculation processes, Water Research 39 (2005) 1147–1153.
  16. APHA /AWWA /WEF, Standard method for examination of water and wastewater, American public health association publication, Washington DC, 2003.
  17. Deliyanni, E, Pelek, E, Lazaridis, N, Comparative study of phosphates removal from aqueous solutions by nanocrystallineakagan´eite and hybrid surfactant-akagan´eite. Separation and Purification Technology 52 (2007) 478–486
  18. Feng, F., Xua, Z., Li, X., You, W., and Zhen, Y. (2010). “Advanced treatment of dyeing wastewater towards reuse by the combined Fenton oxidation and membrane bioreactor process.” J. of Environmental Sciences, 22(11), 1657-1665
  19. Ghosh, P., Samanta, A.N., and Ray, S. (2011). “Reduction of COD and removal of Zn2+ from rayon industry wastewater by combined electro-Fenton treatment and chemical precipitation.” Desalination, 266(1-3), 213-217.
  20. Lin, S.H., and Jiang, C.D. (2003). “Fenton oxidation and sequencing batch reactor (SBR) treatments of highstrength semiconductor wastewater.” Desalination, 154(2), 107-116.
  21. Irdeme. S, glu.N, evkiYildiz .Y, the effects of pH on phosphate removal from wastewater by electrocoagulation with iron plate electrodes. Journal of Hazardous Materials B137 (2006) 1231–1235.
  22. Paola, C., Margherita, S., Giovanni, G., and Salvatore, D. (2010). “Influence of the pH on the accumulation of phosphate by red mud.” J. of Hazardous Materials, 182(4), 266-272.
  23. Naohito, K., Fumihiko, O., and Hisato, T.  (2010). “Selective adsorption behavior of phosphate onto aluminum hydroxide gel.” J. of Hazardous Materials, 181(23), 574-579.
  24. Yetilmezsoy. K, Sakar, .S, Improvement of COD and color removal from UASB treated poultry manure wastewater using Fenton’s oxidation, Journal of Hazardous Materials 151 (2008) 547–558.
  25. Lucas, M., Peres, J., Removal of COD from olive mill wastewater by Fenton’s reagent: Kinetic study, Journal of Hazardous Materials 168 (2009) 1253–1259.
  26. Wang, C., Chou, W., Chung, M., Kuo,Y., COD removal from real dyeing wastewater by electro-Fenton technology using an activated carbon fiber cathode, Desalination 253 (2010) 129–134.
  27. Zhang. H, Zhang. D, Zhou. J, Removal of COD from landfill leachate by electro-Fenton method, Journal of Hazardous Materials B135 (2006) 106–111.

 

 



[1]- استاد مرکز تحقیقات مهندسی بهداشت محیط و گروه بهداشت محیط ، دانشگاه علوم پزشکی کرمان، کرمان، ایران.

[2]- عضو هیات علمی گروه بهداشت محیط، دانشکده بهداشت دانشگاه علوم پزشکی بم، بم، ایران *(مسوول مکاتبات)

3- کارشناس بهداشت محیط دانشگاه علوم پزشکی زابل.

1- Expert of Environmental Health Engineering, Zabol University of Medical Sciences, Zabol , Iran

2- Prof., Environmental Health Engineering Research Center, Dept. of Environmental Health, Kerman University of Medical Sciences, Kerman, Iran. *(Corresponding Author).

3- MSc of Environmental Health Engineering, Department of Environment Health Engineering, School of Health, Bam University of Medical Sciences Bam, Iran.

 

 

  1. Lu .S.G, Bai .S.Q, L, Shan .H.D, Removal mechanism of phosphate from aqueous solution by fly ash. Journal of Hazardous Materials 161 (2009) 95–101.
  2. Yue .Q, Zhao. Y, Li.Q, Li.W, Gao. B, Han.S, Qi.Y, Yu H, Research on the characteristics of red mud granular adsorbents (RMGA) for phosphate removal. Journal of Hazardous Materials 176 (2010) 741–748.
  3. Ballet .G, Hafiane. A, Dhahbi .M, Influence of operating conditions on the retention of phosphate in water by nanofiltration. Journal of Membrane Science 290 (2007) 164–172.
  4. Jeon. D, Yeom.S. Recycling wasted biomaterial, crab shells, as an adsorbentfor the removal of high concentration of phosphate. Bioresource Technology 100 (2009) 2646–2649.
  5. Srivastava. S, Srivastava.A, Biological phosphate removal by model based continuouscultivation of Acinetobactercalcoaceticus. Process Biochemistry 41 (2006) 624–630.
  6. Goldstein.S, Meyersteim. D, the Fenton Reagents, Free Radical Biology & Medical, 15(1993) 435-445.
  7. Chang-jun. L, Yan-zhong. L, Zhao-kun.L, Zhao-yang.CH, Zhong-guo.ZH, Zhi-ping. J, Adsorption removal of phosphate from aqueous solution by active red mud .Journal of Environmental Sciences 19(2007) 1166–1170
  8. Jadhav. U, Saharan. V, Pinjari D, Saini. D, Sonawane. S, Pandit. A, Intensification of degradation of imidacloprid in aqueous solutions bycombination of hydrodynamic cavitation with various advanced oxidation processes (AOPs). Journal of Environmental Chemical Engineering 1 (2013) 850–857.
  9. Elmollaa. E, Chaudhuria. M, Eltoukhyb. M, The use of artificial neural network (ANN) for modeling of COD removal from antibiotic aqueous solution by the Fenton process, Journal of Hazardous Materials 179 (2010) 127–134.
  10. Da Silva, M.R.A., Trov, A.G., and Nogueira, R.F.P. (2007). “Treatment of 1, 10-phenanthroline laboratorywastewater using the solar photo-Fenton process.” J. of Hazardous Materials, 146(3), 508-513.
  11. Badawy, M.I., Wahaab, R.A., and El-Kalliny, A.S. (2009). “Fenton-biological treatment processes for theremoval of some pharmaceuticals from industrial wastewater.” J. of Hazardous Materials, 167(1-3), 567-574.
  12. Barreto-Rodrigues, M., Silva, F.T. and Paiva, T.C.B. (2009). “Optimization of Brazilian TNT industry wastewater treatment using combined zero-valent iron and fenton processes.” J. of Hazardous Materials, 168(2-3), 1065-1069.
  13. Huang .Y, Su.H, Lin.L, Removal of citrate and hypophosphite binary components using Fenton, photo-Fenton and electro-Fenton processes, Journal of Environmental Sciences 21(2009) 35–40.
  14. Li.H, Li.Y, Gongb. Z, Li.X,Performance study of vertical flow constructed wetlands for phosphorusremoval with water quenched slag as a substrate, Ecological Engineering 53 (2013) 39– 45
  15. Meric.S, Selc-uk.s, Belgiorno.V, Acute toxicity removal in textile finishing wastewater by Fenton’s oxidation, ozone and coagulation–flocculation processes, Water Research 39 (2005) 1147–1153.
  16. APHA /AWWA /WEF, Standard method for examination of water and wastewater, American public health association publication, Washington DC, 2003.
  17. Deliyanni, E, Pelek, E, Lazaridis, N, Comparative study of phosphates removal from aqueous solutions by nanocrystallineakagan´eite and hybrid surfactant-akagan´eite. Separation and Purification Technology 52 (2007) 478–486
  18. Feng, F., Xua, Z., Li, X., You, W., and Zhen, Y. (2010). “Advanced treatment of dyeing wastewater towards reuse by the combined Fenton oxidation and membrane bioreactor process.” J. of Environmental Sciences, 22(11), 1657-1665
  19. Ghosh, P., Samanta, A.N., and Ray, S. (2011). “Reduction of COD and removal of Zn2+ from rayon industry wastewater by combined electro-Fenton treatment and chemical precipitation.” Desalination, 266(1-3), 213-217.
  20. Lin, S.H., and Jiang, C.D. (2003). “Fenton oxidation and sequencing batch reactor (SBR) treatments of highstrength semiconductor wastewater.” Desalination, 154(2), 107-116.
  21. Irdeme. S, glu.N, evkiYildiz .Y, the effects of pH on phosphate removal from wastewater by electrocoagulation with iron plate electrodes. Journal of Hazardous Materials B137 (2006) 1231–1235.
  22. Paola, C., Margherita, S., Giovanni, G., and Salvatore, D. (2010). “Influence of the pH on the accumulation of phosphate by red mud.” J. of Hazardous Materials, 182(4), 266-272.
  23. Naohito, K., Fumihiko, O., and Hisato, T.  (2010). “Selective adsorption behavior of phosphate onto aluminum hydroxide gel.” J. of Hazardous Materials, 181(23), 574-579.
  24. Yetilmezsoy. K, Sakar, .S, Improvement of COD and color removal from UASB treated poultry manure wastewater using Fenton’s oxidation, Journal of Hazardous Materials 151 (2008) 547–558.
  25. Lucas, M., Peres, J., Removal of COD from olive mill wastewater by Fenton’s reagent: Kinetic study, Journal of Hazardous Materials 168 (2009) 1253–1259.
  26. Wang, C., Chou, W., Chung, M., Kuo,Y., COD removal from real dyeing wastewater by electro-Fenton technology using an activated carbon fiber cathode, Desalination 253 (2010) 129–134.
  27. Zhang. H, Zhang. D, Zhou. J, Removal of COD from landfill leachate by electro-Fenton method, Journal of Hazardous Materials B135 (2006) 106–111.