investigating the effects of lead on aquatic environments and its removal by electrocoagulation process

[ ' i n t r o d u c t i o n r n p o p u l a t i o n g r o w t h a n d d e v e l o p m e n t o f v a r i o u s i n d u s t r i e s h a v e t u r n e d w a t e r p o l l u t i o n i n t o o n e o f t h e m o s t f u n d a m e n t a l p r o b l e m s i n t h e w o r l d . r e s e a r c h e s i n d i c a t e t h a t ' , ' t o d a y ' , ' u n d e r g r o u n d a q u i f e r s ' , ' e s p e c i a l l y i n t h e l a r g e a n d p o p u l o u s c i t i e s o f t h e w o r l d ' , ' a r e f a c e d w i t h m a n y p r o b l e m s c a u s e d b y i n f i l t r a t i o n o f i n d u s t r i a l w a s t e w a t e r ' , ' p r e s e n c e o f a b s o r p t i o n w e l l s f o r d i s p o s a l o f h u m a n s e w a g e ' , ' a n d i n f i l t r a t i o n o f c h e m i c a l f e r t i l i z e r s a n d m a n u r e d e e p i n t o t h e g r o u n d . r i v e r s ' , ' w e l l s ' , ' a n d l a k e s a r e c o n t a m i n a t e d w i t h p o l l u t a n t s p r o d u c e d b y m a n ' , ' a n d t h e i r t r e a t m e n t r e q u i r e s a c o m p l i c a t e d a n d c o s t l y t e c h n o l o g y . i n g e n e r a l ' , ' t o d a y ' , ' m o s t o f t h e r i v e r s ' , ' l a k e s ' , ' a n d s u r f a c e w a t e r s a r e e x p o s e d t o c o n t a m i n a t i o n b y t h e l e a d o r i g i n a t e d f r o m i n d u s t r i e s ' , ' m i n i n g o p e r a t i o n s ' , ' a n d a g r i c u l t u r e a c t i v i t i e s . p r e s e n c e o f l e a d i n d r i n k i n g w a t e r i s a s e r i o u s h a z a r d a s i t d a m a g e s h u m a n i n t e l l i g e n c e ' , ' a c c u m u l a t e s i n b o n e s a n d p r e v e n t s f r o m h e m o g l o b i n s y n t h e s i s . k n o w i n g t h a t i t s p e r m i s s i b l e l e v e l i n w a t e r i s 0 . 0 1 t o 0 . 0 5 m g / l ' , ' v a r i o u s s t u d i e s h a v e s h o w n t h a t i n c r e a s e d l e v e l s o f l e a d w e a k e n t h e b o d y ’ s i m m u n e s y s t e m a n d i n t e r f e r e w i t h t h e a c t i v i t i e s o f m a n y e n z y m e s . c h i l d r e n a r e m o r e v u l n e r a b l e t o l e a d p o l l u t i o n a n d ' , ' i f e x p o s e d t o l e a d ' , ' e x h i b i t s y m p t o m s s u c h a s a n e m i a ' , ' d i g e s t i v e p r o b l e m s ' , ' o r b r a i n i n f l a m m a t i o n . o n e o f t h e m e t h o d s u s e d f o r r e m o v i n g h e a v y m e t a l s i s e l e c t r o c o a g u l a t i o n w h i c h h a s r e c e n t l y b e c o m e p o p u l a r i n w a t e r a n d w a s t e w a t e r t r e a t m e n t . i n t h e p r o c e s s o f e l e c t r o c o a g u l a t i o n ' , ' m e t a l i o n s p r o d u c e d f r o m t h e d i s s o l u t i o n o f a n o d e s a c t a s a c o a g u l a n t . e l e c t r i c f i e l d f a c i l i t a t e s t h e m o v e m e n t o f s m a l l c o l l o i d a l p a r t i c l e s a n d r e s u l t s i n c o a g u l a t i o n . s t u d i e s o n r e m o v i n g f l u o r i d e ' , ' o r g a n i c p o l l u t a n t s ' , ' d y e s ' , ' h e a v y m e t a l s ' , ' t u r b i d i t y ' , ' s u s p e n d e d s o l i d s ' , ' c o d ' , ' a n d x a 0 b o d 5 f r o m w a t e r a n d w a s t e w a t e r o f p h a r m a c e u t i c a l i n d u s t r i e s ' , ' t a n n e r y ' , ' p l a t i n g ' , ' s l a u g h t e r h o u s e s ' , ' a n d p a p e r m i l l h a v e p r o v e d t h e e f f e c t i v e n e s s o f t h e e l e c t r o c o a g u l a t i o n p r o c e s s i n e l i m i n a t i n g t h e p o l l u t a n t s . t h i s s t u d y i n v e s t i g a t e s t h e r e m o v a l o f l e a d p o l l u t a n t u s i n g t h e e l e c t r o c o a g u l a t i o n m e t h o d . r n x a 0 r n m a t e r i a l s & m e t h o d s r n c o n t a m i n a t e d w a t e r c o n t a i n i n g l e a d i o n s w i t h t h e c o n c e n t r a t i o n o f 1 0 m g / l w a s p o u r e d i n t o a n e l e c t r i c a l c o a g u l a t i o n c h a m b e r m a d e o f p l e x i g l a s s ' , ' a n d i n v e s t i g a t e d f o r t h e r e m o v a l o f m e n t i o n e d p o l l u t a n t . l e a d n i t r a t e ' , ' s o d i u m h y d r o x i d e ' , ' a n d n i t r i c a c i d ( m e r c k c o m p a n y ' , ' g e r m a n y ) w e r e u s e d i n t h i s s t u d y . a l l t h e e x p e r i m e n t s w e r e d o n e a t 2 5 ° c . b e f o r e a n d a f t e r t h e e l e c t r o c o a g u l a t i o n e x p e r i m e n t ' , ' s a m p l e s w e r e e x a m i n e d t o d e t e r m i n e l e a d ( i i ) b a s e d o n s t a n d a r d w a t e r a n d w a s t e w a t e r t e s t s m a n u a l . l e a d c o n c e n t r a t i o n w a s d e t e r m i n e d u s i n g a t o m i c a b s o r p t i o n s p e c t r o p h o t o m e t r y ( a a s ) ( g b c m o d e l ) . g e r m a n ' , ' m a d e i k a r c t b a s i c m a g n e t i c s t i r r e r ' , ' a d a z h e n g d c p o w e r s u p p l y p s ' , ' 3 0 5 d c u r r e n t t r a n s f o r m e r ' , ' a n d a s w i s s ' , ' m a d e 6 9 1 p h m e t e r ' , ' m e t r o h m w e r e u s e d . t h e e l e c t r o c o a g u l a t i o n r e a c t o r c h a m b e r i n c l u d e d a t a n k m a d e o f p l e x i g l a s s h a v i n g f o u r i r o n e l e c t r o d e s ' , ' i n a b i p o l a r a r r a n g e m e n t w i t h a c r o s s s e c t i o n o f 9 6 c m 2 a n d t h i c k n e s s o f 0 . 2 c m ' , ' p l a c e d a t t h e s p a c i n g o f 2 c m f r o m e a c h o t h e r . r n x a 0 r n d i s c u s s i o n o f r e s u l t s r n i n t h i s s t u d y ' , ' m a g n e t r o t a t i o n s p e e d ' , ' t e s t t i m e ' , ' v o l t a g e ' , ' a n d p h w e r e t e s t e d t o a c h i e v e t h e o p t i m u m e x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s f o r t h e i n i t i a l l e a d c o n c e n t r a t i o n o f 1 0 m g / l . t o f i n d t h e s u i t a b l e s p e e d o f s t i r r e r ' , ' t h e t e s t s w e r e c o n d u c t e d a t 5 0 ' , 1 0 0 , 1 5 0 , ' a n d 2 0 0 r p m . i n t h e s e t e s t s ' , ' t h e v o l t a g e a n d t e s t t i m e w e r e 2 0 v a n d 2 0 m i n ' , ' r e s p e c t i v e l y . t h e r e s u l t s s h o w 1 0 0 r p m a s a s u i t a b l e s p e e d ' , ' d u e t o t h e f a c t t h a t m e t a l c a t i o n s r e a c t w i t h t h e o h ' , ' i o n s ' , ' f o r m a m e t a l h y d r o x i d e w i t h a h i g h a b s o r p t i o n a n d f o r m b o n d s w i t h t h e p o l l u t a n t s . s i n c e i o n s c o n t a c t a n d f l o c f o r m a t i o n a r e t a r g e t e d ' , ' t h e h i g h e r s p e e d s o f s t i r r e r b r e a k u p t h e f l o c s a n d r e l e a s e t h e p o l l u t a n t . i t w a s a l s o f o u n d t h a t l o w e r s p e e d o f s t i r r e r c a n n o t f a c i l i t a t e t h e r e q u i r e d c o n t a c t r a t e b e t w e e n o n i o n s a n d c a t i o n s . t h e r e f o r e ' , ' t h e r e m o v a l r a t e i n l o w e r s t i r r e r s p e e d i s l o w e r t h a n i n s u i t a b l e s t i r r e r s p e e d . x a 0 r n t o r e a c h t h e o p t i m u m t i m e f o r t h e r e a c t i o n s ' , ' e x p e r i m e n t s w e r e c o n d u c t e d a t d u r a t i o n s o f 1 0 ' , 1 5 , 2 0 , ' a n d 2 5 m i n . i n t h e s e e x p e r i m e n t s ' , ' t h e v o l t a g e a n d s t i r r e r s p e e d w e r e 2 0 v a n d 1 0 0 r p m ' , ' r e s p e c t i v e l y . a c c o r d i n g t o t h e r e s u l t s ' , ' 2 0 m i n w a s s e l e c t e d a s t h e o p t i m u m t i m e f o r t e s t i n g o t h e r p a r a m e t e r s . i n c r e a s e i n t h e d u r a t i o n o f e x p e r i m e n t s i n c r e a s e d t h e p e r c e n t a g e o f p o l l u t a n t s e l i m i n a t i o n ' , ' b u t r e d u c e d t h e v o l t a g e d u e t o t h e p r e c i p i t a t i o n t h a t h a p p e n e d o n t h e c a t h o d e . r n h i g h v o l t a g e s i n c r e a s e d t h e t e m p e r a t u r e o f t h e s y s t e m a n d l e d t o t h e p a s s i v a t i o n . o n t h e o t h e r h a n d ' , ' l o w v o l t a g e s i n c r e a s e d t h e t i m e r e q u i r e d t o r e a c h t h e d e s i r e d e l i m i n a t i o n r a t e . t h e r e f o r e ' , ' t o d e t e r m i n e t h e s u i t a b l e v o l t a g e ' , ' t h e e x p e r i m e n t s w e r e c o n d u c t e d a t t h e o p t i m u m s t i r r e r s p e e d o f 1 0 0 r p m a n d t h e o p t i m u m t e s t t i m e o f 2 0 m i n ( o b t a i n e d i n e a r l i e r e x p e r i m e n t s ) . t h e r e s u l t s f r o m t h e s e e x p e r i m e n t s i n d i c a t e d t h a t 2 0 v w a s a s u i t a b l e v o l t a g e . r e s u l t s s h o w e d t h a t a t h i g h e r v o l t a g e s ' , ' t h e r a t e o f c a t i o n p r o d u c t i o n a n d t h e e x t e n t o f t h e c a t i o n h y d r o l y s i s r e a c t i o n i n c r e a s e d a n d a h i g h p e r c e n t a g e o f l e a d p o l l u t a n t w a s e l i m i n a t e d . r n t o a t t a i n t h e s u i t a b l e p h v a l u e ' , ' t h e e x p e r i m e n t s w e r e d o n e a t s t i r r e r s p e e d o f 1 0 0 r p m ' , ' t i m e o f 2 0 m i n ' , ' a n d v o l t a g e o f 2 0 v . r n a s c a n b e s e e n i n t h e r e s u l t s i n t a b l e 1 ' , ' t h e l e a d r e m o v a l e f f i c i e n c y i n c r e a s e d a t h i g h e r p h v a l u e s ' , ' b e c a u s e i r o n h y d r o x i d e s w e r e r a p i d l y p r o d u c e d a t h i g h p h v a l u e s a n d t h e s e h y d r o x i d e s e l i m i n a t e d l e a d p a r t i c l e s . r n x a 0 r n t a b l e 1 . t h e e f f e c t o f p h a n d f i n a l l e a d a m o u n t a f t e r e l e c t r o c o a g u l a t i o n r n r n r n r n r n r n x a 0 ( m g / l ) f i n a l l e a d r n r n r n x a 0 ( m g / l ) i n i t i a l l e a d r n r n r n p h r n r n r n r n r n 0 . 0 9 r n r n r n 1 0 r n r n r n 3 r n r n r n r n r n 0 . 0 3 6 r n r n r n 1 0 r n r n r n 5 r n r n r n r n r n 0 . 0 0 8 r n r n r n 1 0 r n r n r n 7 r n r n r n r n r n 0 . 0 1 r n r n r n 1 0 r n r n r n 9 r n r n r n r n r n r n x a 0 r n c o n s i d e r i n g t h e s t a n d a r d s a v a i l a b l e f o r d r i n k i n g w a t e r ' , ' p h o f a b o u t 7 w a s s e l e c t e d a s t h e o p t i m u m p h i n t h i s s t u d y . r n f i n a l l y a f t e r s p e c i f y i n g t h e o p t i m a l c o n d i t i o n s ' , ' a m o u n t s o f t h e i r o n r e l e a s e d a n d t h e s l u d g e p r o d u c e d b y t h e p r o c e s s w e r e d e t e r m i n e d t o b e 0 . 1 6 m g / l a n d 0 . 1 7 4 g r e s p e c t i v e l y . a s c a n b e s e e n ' , ' t h e a m o u n t o f r e l e a s e d i r o n f a l l s w i t h i n t h e s t a n d a r d l i m i t s . s u b s e q u e n t l y ' , ' i n o r d e r t o f u r t h e r e v a l u a t e t h e p r o c e s s ' , ' t h e e n e r g y c o n s u m e d d u r i n g t h e t e s t s w a s c a l c u l a t e d b y e q . ( 1 ) . r n x a 0 r n e = u . i . t . v ' , ' 1 x a 0 x a 0 x a 0 x a 0 x a 0 x a 0 x a 0 x a 0 x a 0 x a 0 x a 0 x a 0 x a 0 x a 0 x a 0 x a 0 x a 0 x a 0 x a 0 x a 0 ( 1 ) r n x a 0 r n e r e p r e s e n t s t h e c o n s u m e d e n e r g y ( k w h / m 3 ) ' , ' u i s u s e d v o l t a g e ( v ) ' , ' i i s c u r r e n t d e n s i t y ( a ) ' , ' t i s t e s t t i m e ( h ) ' , ' a n d v i s v o l u m e o f t h e t r e a t e d f l u i d ( l ) . i n t h i s s t u d y ' , ' u s i n g e q . 1 2 ' , ' t h e e n e r g y c o n s u m e d d u r i n g t h e t e s t s w a s e s t i m a t e d t o b e 0 . 6 6 k w h / m 3 . r n x a 0 r n c o n c l u s i o n r n p r e s e n c e o f l e a d i n d r i n k i n g w a t e r i s h a r m f u l a s i t c a n c a u s e s e r i o u s p r o b l e m s f o r h u m a n . t h e r e f o r e ' , ' i t w a s a t t e m p t e d t o t r e a t t h e l e a d ' , ' c o n t a i n i n g w a t e r u s i n g t h e n e w m e t h o d o f e l e c t r o c o a g u l a t i o n . r e s u l t s f r o m t h e e x p e r i m e n t s s h o w e d t h e a p p r o p r i a t e n e s s o f e l e c t r o c o a g u l a t i o n m e t h o d f o r t h e r e m o v a l o f l e a d f r o m w a t e r . i n t h i s s t u d y ' , ' t h e b e s t p h w a s 7 ' , ' b e c a u s e a t t h i s p h m e t a l h y d r o x i d e s w e r e p r o d u c e d i n s u f f i c i e n t q u a n t i t i e s a n d a l s o i r o n c o ' , ' p r e c i p i t a t i o n w i t h l e a d o c c u r r e d . t h u s ' , ' p h w a s f o u n d t o b e t h e p a r a m e t e r w h i c h h a d a d i r e c t e f f e c t o n t h e r e a c t i o n s t a k i n g p l a c e i n e l e c t r o c o a g u l a t i o n . m e t a l c a t i o n r e s u l t i n g f r o m e l e c t r o d e c o r r o s i o n f o r m e d a h y d r o x i d e w i t h o h ' , ' i o n s w h i c h h a d a h i g h a b s o r p t i v e c a p a b i l i t y a n d a l s o f o r m e d b o n d s w i t h p o l l u t a n t s . a t p h l e v e l s r a n g i n g f r o m 5 t o 7 ' , ' i r o n h y d r o x i d e w a s f o r m e d a n d p r e c i p i t a t i o n o f l e a d h y d r o x i d e f l o c s w a s s t a r t e d . a l s o ' , ' a l i t t l e a m o u n t o f c o n s u m e d e n e r g y w a s o b s e r v e d . i n t h e e l e c t r o c o a g u l a t i o n p r o c e s s ' , ' e l e c t r i c e n e r g y i n i t i a t e s t h e c o r r o s i o n o f e l e c t r o d e s . s i n c e t h e e l e c t r o d e s u s e d i n t h e t e s t s w e r e m a d e o f i r o n ' , ' t h e a q u a t i c e n v i r o n m e n t w a s i n v e s t i g a t e d t o d e t e r m i n e t h e a m o u n t o f i r o n r e c e p t o r s a f t e r t h e t e s t s . t h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e a m o u n t o f i r o n r e l e a s e d t o t h e e n v i r o n m e n t i s w i t h i n t h e s t a n d a r d l i m i t s . ' ]