بررسی حذف برخی مواد رنگزای آلی از پساب های مصنوعی و حقیقی توسط فرآیند انعقاد و لخته سازی الکتروشیمیایی با استفاده از الکترودهای آهن و آلومینیوم

در کار پژوهشی حاضر، به بررسی حذف ماده رنگزای راکتیو قرمز 43 (43rr) به عنوان آلاینده مدل و برخی مواد رنگزای آلی دیگر از پساب های مصنوعی و حقیقی توسط فرآیند انعقاد و لخته سازی الکتروشیمیایی (ecf) پرداخته شد. آزمایش ها در یک راکتور ناپیوسته که در آن از دو آند آهنی (فرآیند ecf-fe) و یا دو آند آلومینیومی (فرآیند ecf-al) به همراه دو کاتد استیل که در حالت تک قطبی و اتصال موازی قرار داشتند، انجام شدند. ابتدا تاثیر عوامل موثر شامل نوع و غلظت آنیون، دانسیته جریان الکتریکی، و ph اولیه پساب در کارایی هر دو فرآیند در حذف 43rr بررسی شد. نتایج حاصل از ارزیابی تاثیر نوع آنیون های کلراید، سولفات و نیترات نشان دادند که در فرآیند ecf-al در حضور آنیون سولفات به دلیل تشکیل لایه اکسیدی مقاوم از انحلال الکتروشیمیایی آند آلومینیومی جلوگیری می شد. در حضور نیترات و کلراید انحلال الکتروشیمیایی آلومینیوم با بازده جریان بزرگتر از %100 اتفاق افتاد. بالاترین میزان حذف در حضور آنیون کلراید حاصل شد. همچنین با افزایش غلظت آنیون و یا اضافه شدن آنیون سولفات و نیترات به پساب حاوی آنیون کلراید میزان حذف بطور چشمگیری کاهش یافت. در فرآیند ecf-fe، بیشترین میزان حذف در حضور یون های سولفات و کلراید بدست آمد. حضور یون نیترات موجب تشکیل لایه رویین در سطح آند آهنی و مانع انحلال الکتروشیمیایی آن شد. لایه رویین تشکیل شده با اضافه شدن کلراید از بین می رفت. بررسی تاثیر دانسیته جریان، مدت زمان الکترولیز و ph اولیه نشان دادند که در فرآیند ecf-al بیشترین میزان حذف ماده رنگزای آلی در محیط های نسبتا اسیدی (25/4=ph) و در 12 دقیقه ابتدایی فرآیند حاصل شد. در phهای خنثی، افزایش دانسیته جریان به مقادیر بالاتر از a/m2 25 تاثیر چندانی در راندمان حذف نداشت. در فرآیندecf-fe سه مرحله متمایز شامل مراحل تاخیر، حذف و پایا در طول حذف ماده رنگزا مشاهده شد. در دانسیته جریان های a/m2 15 و بالاتر بیشترین مقدار حذف حاصل شد و با افزایش دانسیته جریان سرعت حذف ماده رنگزای آلی افزایش یافت. در حذف مواد رنگزای آلی با بار و ساختار متفاوت در شرایط عملیاتی مشابه، کارایی فرآیند ecf-al با افزایش تعداد گروه های سولفونات و همچنین اندازه مولکول افزایش می یافت. میزان حذف مواد رنگزای کاتیونی توسط آند آلومینیومی قابل توجه نبود. در فرآیند ecf-fe بار و ساختار ماده رنگزای آلی تاثیر چندانی در بازده حذف نداشته و بازده حذف تمام مواد رنگزای بکار گرفته شده بالاتر از %90 بود. نتایج حاصل حاکی از حضور مکانیسم خنثی شدن بار در فرآیند ecf-al بوده و جذب سطحی آلاینده ها بر روی لخته های هیدروکسید فلزی ecf-fe (حذف روبشی) مکانیسم های اصلی حذف مواد رنگزای آلی می باشند. بهینه سازی و مدلسازی هر دو فرآیند توسط روش رویه پاسخ (rsm) انجام گرفت. نتایج حاصل از آنالیز واریانس نشان دادند که مدل های پیشنهادی برای هر دو فرآیند به طور مناسبی قادر به پیش بینی بازده حذف 43rr در شرایط مختلف بودند. شرایط بهینه پیشنهادی توسط rsm برای فرآیند ecf-fe متفاوت از ecf-al بود. در شرایط بهینه پیشنهادی، بیش از %99 رنگ توسط هر دو فرآیند حذف شد در حالیکه میزان حذف کل کربن آلی (toc) برابر با 03/91 و 22/98 درصد برای ecf-fe و ecf-al بود. آنالیزهای uv-vis، toc و gc-ms باقی ماندن مواد آلی را پس از تصفیه پساب مصنوعی حاوی 43rr توسط فرآیند ecf-fe را نشان دادند. بر اساس ترکیبات آلی شناسایی شده وجود واکنش های تخریب کننده به عنوان واکنش های جانبی در فرآیند ecf-fe تایید شد. شواهد تجربی مبنی بر وجود واکنش های تخریبی در فرآیند ecf-al حاصل نشد. علاوه بر این کارایی هر دو فرآیند توسط یک شبکه عصبی مصنوعی سه لایه که شامل 4، 12 و 1 نورون درلایه های ورودی، خروجی و مخفی بود، مدلسازی شد. کارایی فرآیند ecf-al در تصفیه پساب حقیقی با فرآیند ecf-fe مورد مقایسه قرار گرفت. بر اساس نتایج حاصل، آند آلومینیومی از کارایی چندانی در حذف رنگ در مقایسه با آند آهن برخوردار نبود. برای راکتور پیوسته طراحی شده میانگین زمان ماندگاری برابر با 27/18 دقیقه تعیین شد. رنگزدایی کامل از پساب سنتزی در راکتور پیوسته با اعمال نسبت j/q بزرگتر از 8/0 بدست آمد.