ارزیابی کارایی و بهینه سازی پارامترهای فرآیند فتوفتتون در تصفیه پساب حاصل از صنایع قند چغندری با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM)

محورهای موضوعی : آلودگی محیط زیست (آب و فاضلاب)

عباس علیپور حاجی آقا ¹ , مژگان زعیم دار ² , سید علی جوزی ³ , نوشین سجادی ⁴ , آرزو قادی ⁵

1 - دانشجوی دکتری گروه محیط زیست، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران.
2 - استادیار گروه محیط زیست، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران. *(مسوول مکاتبات)
3 - استاد گروه محیط زیست، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران.
4 - استادیار گروه محیط زیست، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران.
5 - استادیار گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد آیت الله آملی، آمل، ایران.

تاریخ دریافت : 1397/09/17 تاریخ پذیرش : 1397/12/15 تاریخ انتشار : 1401/01/01

کلید واژه: صنعت قند, تصفیه پساب, فرایند فتوفنتون, کاهش بار آلودگی,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: پساب صنعت قند به دلیل بار آلایندگی بالا و همچنین حضور پیش سازها و ترکیبات رنگی مختلف و گل حاصل از تصفیه آهکی به طور طبیعی دارای تخریب پذیری کمی می باشد. در این تحقیق، پارامترهای موثر برتصفیه پساب صنعت قند چغندری با روش فتوفتتون بررسی و با استفاده از روش سطح پاسخ برای بهینه سازی روش مورد ارزیابی قرار گرفته شد.روش بررسی: تحقیق در مقیاس آزمایشگاهی انجام پذیرفته و در آن پساب کارخانه قند قزوین از نظر شدت بار آلودگی با در نظر گرفتن کاهش سه فاکتور COD،رنگ و میزان فنول کل با استفاده از فرایند اکسیداسیون پیشرفته (فتوفتتون) بررسی گردید. از روش های آزمون استاندارد آیکومزا و آب و فاضلاب به منظور تعیین کیفیت شیمیایی پساب در قبل و پس از تصفیه استفاده شد. نتایج حاصل از این آزمایش ها در انتها به واسطه مدل سازی با روش سطح پاسخ بهینه گردید.یافته ها: شرایط بهینه رنگبری با استفاده از روش سطح پاسخ عبارت بود از : 1/6 pH، غلظت سولفات آهن ppm20، غلظت پراکسید هیدروژن ppm1500 و زمان تماس: 15 دقیقه. میزان رنگبری و تجزیه ترکیبات فنولیک در این نقاط بهینه به دست آمده حاصل از فرایند فتوفتتون، به ترتیب 92/73 و 9/93 درصد بود.بحث و نتیجه گیری: فرایند فتوفتتون دارای راندمان مناسب در تصفیه پساب صنعت قند در حذف پارامترهای مهمی چون ناخالصی های رنگی، ترکیبات فنولیک و COD می باشد. همچنین نتایج آماری نشان دهنده معنادار بودن پارامترهای pH، غلظت معرف فنتون و زمان تماس در راندمان تصفیه در طی فرایند فتوفنتون بود. ( 05/0 p< )

چکیده انگلیسی:

Background & Objective: The wastewater obtained from sugar production cannot be naturally degraded due to the presence of various color precursors, colored impurities, lime carbonation sludge and other organic impurities. In this study, optimization of the effective parameters for the sugar industry wastewater treatment is investigated using photo- Fenton process and response surface methodology.Material and Methodology:  This empirical research was conducted on a laboratory scale on refined wastewater obtained from sugar beet factory (Qazvin, Iran), in ternms of the intensity of contamination, considering the reduction of the three factors including COD, phenolic, and color content using the advanced oxidation process (photo- Fenton process). In order to optimize the ocndions for wastewater treatment, the results of these experiments wre ultimately optimized by response surface methodology.Findings: The results obtained that the optimal condition for color and phenolic removal were: pH of 6.1' reaction time 15 minutes' Fenton's reagent (Fe2+/H2O2) concentrations: 20/1500 of ppm. Under these conditions, the color and phenolic reduction were achieved 73.92% and 93.9%, respectively.Discussion & Conclusions: The photo- Fenton process has a good efficacy in treating the sugar industry wastewater in the removal of important pollution parameters such as color impurities, phenolic compounds, and COD.Also, the statistical results showed that the pH parameter, Fenton's reagent concentration and contact time were significant during treatment process (p<0.05). 

منابع و مأخذ:

1. Ali Abadi, Mohammad et al.,. " The Application of Cracking Acid and Processes of Fenton in Oliver Oil Waste Treatment", Journal of Water and Sewage, Volume 17, Issue 1, Pages 36-30. (In Persian)


2. Gharib Beilalan, Saadi et al., "Optimization of coloring conditions of melanoidin with activated carbon powder and determination of molecular weight distribution using permeation gel chromatography", Journal of Food Industry Researchs, vol. 26, No. 3, Page 443-42. (In Persian)


3. Gharib-Bibalan, S., Keramat J & Hamdami, N., 2017, ²Better Lime Purification of Raw Sugar Beet Juice by Advanced Fenton Oxidation Process². Ozone Science and Engineering. Vol. 40(1), pp. 54-63.


4. Gharib-Bibalan, S., Keramat, J., Hamdami, N., Hojjatoleslamy, M., 2016, ²Optimization of Fenton Oxidation Process for the Degradation of Color Precursors in Raw Sugar Beet Juice². Sugar Tech. Vol. 18(3), pp. 273-284.


5. ICUMSA 2000 Methods Book, Supplement. Pub: International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis, Method GS2/3-10.


6. Kushwaha, J.P., 2015, ²A review on sugar industry wastewater: sources, treatment technologies, and reuse². Desalination and Water Treatment. Vol. 53(2), pp. 309-318.


7. Maamir,W., Ouahabi, Y., Poncin, S., Li, H.Z., Bensadok, K., 2017, ²Effect of Fenton Pretreatment on Anaerobic Digestion of Olive Mill Wastewater and Olive Mill Solid Waste in Mesophilic Conditions². International Journal of Green Energy. (In Persian)


8. Mohajeri, L., Aziz, H.A., Isa, M.H., Zahed, M.A., 2010, ²A statistical experiment design approach for optimizing biodegradation of weathered crude oil in coastal sediments². Bioresource Technology. Vol. 101, pp. 893-900.


9. Mudoga, H.L., Yucel, H., Kincal, N.S., 2008, ²Decolorization of sugar syrups using commercial and sugar beet pulp based activated carbons². Bioresource Technology. Vol. 99, pp. 3528-3533.


10. Nasehi, M.S., Ansari, S., Sarshar, M., 2012, ²Removal of dark colored compounds from date syrup using activated carbon: A kinetic study². Journal of Food Engineering, 111, pp. 490-495.


11. Oturan, M.A., Aaron, J.J., 2014, ²Advanced oxidation processes in water/wastewater treatment: principles and applications. A review². Critical Review Environmental Science and Technology. Vol. 44(23), pp. 2577-2641.


12. Rodrigues, C.S., Neto, A.R., Duda, R.M., de Oliveira, R.A., Boaventura, R.A., Madeira, L.M., 2017, ²Combination of chemical coagulation, photo-Fenton oxidation and biodegradation for the treatment of vinasse from sugar cane ethanol distillery². Journal of Cleaner Producttion. Vol. 142, pp. 3634-3644.


13. Poddar, P.K., Sahu, O., 2017, ²Quality and management of wastewater in sugar industry². Applied Water Science. Vol. 7(1), pp. 461-468.


14. Sahu, O., 2016, ²Degradation of colour and chemical oxygen demand of sugar industry wastewater by thermo-chemical combined processes². Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management. Vol. 6, pp. 194-205.


15. Sahu, O., Rao, D.G., Gopal, R., Tiwari, A., Pal, D., 2017, ²Treatment of wastewater from sugarcane process industry by electrochemical and chemical process: Aluminum (metal and salt)². Journal of Water Process Engineering. Vol. 17, pp. 50-62.


16. Thanapimmetha, A., Srinophakun, P., Amat, S., Saisriyoot, M., 2017, ²Decolorization of Molasses-Based Distillery Wastewater by Means of Pulse Electro-Fenton Process². Journal of Environment Chemical Engineering.


17. Vaccari, G., Tamburini, E., Sgualdino, G., Urbaniec, K., Klemeš, J., 2005, ²Overview of the environmental problems in beet sugar processing: possible solutions². Journal of Cleaner Production. Vol. 13(5), pp. 499-507.


18. Xu, X., Cheng, Y., Zhang, T., Ji, F., Xu, X., 2016, ²Treatment of pharmaceutical wastewater using interior micro-electrolysis/Fenton oxidation-coagulation and biological degradation². Chemosphere. Vol. 152, pp. 23-30.


19. Gharib-Bibalan, S2018."High Value- Added Products Recovery from Sugar Processing By Products and Residuals by Green Technologies: Opportunities, Challenges, and Prospects" Food Engineering Reviews. Vol. 10 (2), pp.95-111.


20. Rodrlguez- Chueca, J., Amor, C. Fermandes, J.R., Tavares, P.B., Lucas, M.S. and Peres, J.A., 2016. Treatment of crystallized- fruit wastewater by UV-A LED photo- Fenton and coagulation flocculation. Chemosphere, 145, pp.351-359.