توصيفگر ها :
فرآيند اكسيداسيون پيشرفته , الكتروفنتون , كامپوزيت C-MIL-88A , حذف COD , فاضالب صنايع لبني , روش سطح پاسخ , روش طراحي مركب مركزي
چكيده فارسي :
صنايع لبني با توليد طيف گسترده‌اي از محصول‌هاي مبتني بر شير، يكي از بزرگترين مصرف كنندگان منابع آب در ميان صنايع غذايي هستند. فاضلاب اين صنايع با مقادير زيادي مواد آلي، جامد‌هاي معلق، روغن‌ها، نمك‌ها و چربي‌ها همراه است. بنابراين، باعث ايجاد مشكلات زيست محيطي براي انسان‌ها، گياهان و اكوسيستم‌هاي آبي شده است. با توجه به خصوصيات اين نوع فاضلاب، روش‌هاي اكسيداسيون پيشرفته به دليل سازگاري بالا با محيط زيست، اثر به سزايي در تصفيه آن‌ها داشته‌اند. از اين رو در اين پژوهش از كامپوزيت C-MIL-88A همراه با فرآيند موثر الكتروفنتون، به منظور كاهش قابل توجه بار آلي از فاضلاب صنايع لبني، استفاده شد. ابتدا نانو ميله‌هاي دوكي شكل از كامپوزيت C-MIL-88A به روش هيدروترمال سنتز شد. سپس، ويژگي‌هاي ريخت‌شناسي آن به وسيله آزمون‌هاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي (FE-SEM)، طيف سنجي پراش انرژي پرتو ايكس (EDAX)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، اندازه‌گيري سطح ويژه (BET)، طيف سنجي تبديل فوريه مادون قرمز (FT-IR)، پراش پرتو ايكس (XRD)، مغناطيس سنجي نمونه ارتعاشي (VSM) و طيف سنج فوتوالكتريكي پرتو ايكس (XPS) ارزيابي شد كه بر ساخت صحيح كامپوزيت دلالت داشتند. پس از اطمينان از ساختار به دست آمده، آزمايش‌ها روي نمونه‌هاي مركب از كارخانه شير پگاه اصفهان انجام شد. به منظور تعيين محدوده متغيرهاي موثر pH، زمان، غلظت كامپوزيت و غلظت اكسيد كننده، آزمايش‌هاي مقدماتي صورت گرفت. تمامي آزمايش‌ها تحت شرايط ثابت فاصله الكترودها cm 3 و چگالي جريان A/m2 9 انجام گرديد. در آخر با نرم افزار 13 Expert Design و روش سطح پاسخ (RSM)، متغيرهاي موثر بر فرآيند الكتروفنتون بهينه گرديد. در روش طراحي مركب مركزي (CCD)، مدل مربعي (Quadratic) بر داده‌ها منطبق بود. همچنين سينتيك واكنش‌ها از معادله درجه دوم تبعيت كرد. مقايسه مقدار تجربي R2 (9983/0) با مقدار پيش‌بيني شده R2 (9982/0)، صحت مدل را براي كاهش COD از فاضلاب لبني در فرآيند الكتروفنتون تاييد كرد. براي بررسي برهمكنش متغيرهاي مختلف بر يكديگر، از نمودارهاي سطح پاسخ و هم‌نگاشت استفاده شد. شرايط بهينه براي كاهش COD از فاضلاب در فرآيند الكتروفنتون، شاملpH برابر با 0/7، زمان فرآيند 6/102 دقيقه، غلظت كاتاليست C-MIL-88A برابر با 5/0 گرم در ليتر و غلظت اكسيد كننده سديم پرسولفات برابر با 026/0 مولار به دست آمد. با توجه به مقادير بهينه، راندمان حذف COD از فاضلاب كارخانه شير پگاه اصفهان، به طور آماري برابر با 6/86% و به طور تجربي برابر با 89% به دست آمد. نتايج حاصل از فرآيند الكتروفنتون نسبت به پژوهش‌هاي پيشين بر روي فاضلاب صنايع لبني، با استفاده از كامپوزيت C-MIL-88A و الكترودهاي كم هزينه گرافيت و تيتانيوم، بسيار رقابتي و اميدواركننده بود.
چكيده انگليسي :
Dairy industries are one of the biggest consumers of water resources among food industries by producing a wide range of milk-based products. The wastewater of these industries is associated with large amounts of organic matter, suspended solids, oils, salts, and fats. Therefore, it has caused environmental problems for humans, plants, and aquatic ecosystems. According to the characteristics of this type of wastewater, advanced oxidation methods have had a significant effect in their treatment due to their high compatibility with the environment. Therefore, in this research, Carbon-MIL-88A composite was used along with the effective Electro-Fenton process, in order to significantly reduce the organic load from Dairy wastewater. First, spindle-shaped nanorods from C-MIL-88A composite were synthesized by hydrothermal method. Then, its morphological characteristics were determined by scanning electron microscopy (FE-SEM), X-ray energy diffraction spectroscopy (EDAX), transmission electron microscopy (TEM), specific surface area measurement (BET), and Fourier transform infrared spectroscopy (FT- IR), X-ray Diffraction (XRD), Vibrating Sample Magnetometry (VSM) and X-ray Photoelectric Spectrometer (XPS) were evaluated, which indicated the correct construction of the composite. After confirming the obtained structure, tests were performed on the composite samples obtained from Isfahan Pegah Dairy factory. in order to determine the range of effective parameters of pH, time, composite and oxidizer concentration, preliminary experiments were conducted.All experiments were carried out under constant conditions of 3 cm electrode distance and Current density 9 A/m2. Finally, with Expert Design 13 software and response surface method (RSM), parameters affecting the Electro-Fenton process were optimized. In the Central Composite Design (CCD) method, the quadratic model was fitted to the data. Also, the kinetics of the reactions obeyed the quadratic equation. Comparing the experimental value of R2 (0.9983) with the predicted value of R2 (0.9982), confirmed the accuracy of the model for reducing COD from Dairy wastewater in the Electro-Fenton process. Response surface and contour diagrams were used to investigate the interaction of different parameters. Optimum conditions for reducing COD from wastewater in the Electro-Fenton process include pH equal to 7.0, process time 102.6 minutes, catalyst concentration Carbon-MIL-88A equal to 0.5 g/liter and oxidizing concentration of sodium persulfate equal to 0.026 Molar was obtained. According to the optimal values, COD removal efficiency from Isfahan Pegah Dairy factory's wastewater was statistically equal to 86.6% and experimentally equal to 89%. The results of the Electro-Fenton process using C-MIL-88A composite, low-cost graphite and titanium electrodes were very competitive and promising compared to previous researches on the Wastewater of Dairy Industries.
