حذف آلاینده آلی MTBE از آب در مقیاس آزمایشگاهی با استفاده از روش کاویتاسیون هیدرودینامیکی و مقایسه اثربخشی این روش در ترکیب با پراکسید هیدروژن (H2O2)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی آب و فاضلاب، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست ، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

متیل ترت بوتیل اتر به دلیل دارا بودن خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوت در مقایسه با سایر ترکیبات سوختی و مقاومت در برابر تجزیه زیستی نگرانی‌هایی را نسبت به آلوده‌شدن منابع آبی بخصوص منابع زیرزمینی به وجود آورده است. با هدف برطرف نمودن محدودیت‌های مربوط به روش‌های معمول حذف این آلاینده از آب و ارتقاء سطح راندمان حذف، در این تحقیق بهره‌گیری از روش کاویتاسیون هیدرودینامیکی (HC ) و ترکیب آن با روش اکسیداسیون پیشرفته با اضافه نمودن پراکسید هیدروژن به عنوان عامل اکسیدکننده (HC/H2O2) مورد بررسی قرار گرفت.
در این پژوهش 3 صفحه روزنه‌دار (اریفیس) با قطر روزنه 2، 3 و 4 میلیمتر به عنوان جزء تولیدکننده کاویتاسیون هیدرودینامیک مورد بررسی و تأثیر ژئومتری آنها، فشار ورودی، pH، اکسیژن محلول، غلظت آلاینده ورودی و تأثیر اضافه نمودن H2O2 بر میزان حذف آلاینده مقایسه و بهینه‌یابی این پارامترها براساس حداکثر میزان حذف آلاینده و نیز کربن آلی کل (TOC ) انجام گرفت. نتایج حاصل نشان می‌دهد بهینه‌ترین شرایط حذف آلاینده در عدد کاویتاسیون 0.13 و به میزان 44% در شرایط کاویتاسیون هیدرودینامیکی حاصل و با اضافه نمودن H2O2 به عنوان یک اکسیدکننده شیمیایی، عملکرد رآکتور کاویتاسیون بخصوص در شرایط اسیدی که برای تولید رادیکال‌های هیدروکسیل شرایط مساعدتری است، تا میزان 88% ارتقاء می‌یابد. علاوه‌براین سطح اولیه اکسیژن محلول بر تولید رادیکال فعال و میزان حذف آلاینده با این روش اثر می‌گذارد. مقایسه روش‌های بکار گرفته شده در این مطالعه نشان داد که ترکیب روش‌ها باعث هم افزایی اثرات آنها و در نتیجه حذف بیشتر این آلاینده از آب خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Balasundaram, B., Harrison, S. (2011). Optimising orifice geometry for selective release of periplasmic products during cell disruption by hydrodynamic cavitation. Biochemical Engineering Journal; 54: 207-209. https://doi.org/10.1016/j.bej.2011.03.002.
Barik, A.J., Gogate P.R. (2018). Hybrid treatment strategies for 2,4,6-trichlorophenol degradation based on combination of hydrodynamic cavitation and AOPs. Ultrasonics Sonochemistry; 40 (Part A): 383–394, https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2017.07.029.
Carpenter. J., George, S., Saharan, V.K. (2017). Low pressure hydrodynamic cavitating device for producing highly stable oil in water emulsion: Effect of geometry and cavitation number. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, Volume 116, 97-104, https://doi.org/10.1016/j.cep.2017.02.013.
Carver, M., Brown, R. (2007). Chemical oxidation of MTBE and TBA. Oxidation Technologies; 1.281-289
De-Nasri, S. J., Sarvothaman, V. P., Nagarajan, S., Manesiotis, P., Robertson, P. K. J., & Ranade, V. (2022). Quantifying OH radical generation in hydrodynamic cavitation via coumarin dosimetryInfluence of operating parameters and cavitation devices. Ultrasonics Sonochemistry, 90, 106207 https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2022.106207.
Didenko, Y.T., McNamara, W.B., Suclick, K.S., (1999). Hot spot conditions during cavitation in water, Journal of the American Chemical Society 1999 121 (24), 5817-5818, https://doi.org/10.1021/ja9844635
Eslami, A., Nasseri, S., Yadollahi, B., Mesdaghinia, A., Vaezi, F., Nabizadeh, R. (2009). Removal of Methyl Tert-Butyl Ether (MTBE) from Contaminated Water by Photocatalytic Process. Iran J Public Health. 1;38(2):18-26, https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.02.026
Gogate, P.R., Pandit, A.B. (2005). A review and assessment of hydrodynamic cavitation as a technology for the future, Ultrasonics Sonochemistry, Volume 12, Issues 1–2, 21–27, https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2004.03.007.
Haji, Sh., Benstaali, B., Al-Bastaki, N. (2011). Degradation of methyl orange by UV/H2O2 advanced oxidation process, Chemical Engineering Journal 168, 134–139, doi: 10.1016/j.cej.2010.12.050
Henrique Lopes Alves, P., de souza, P., Carneiro, D. (2019). COD removal from sucrose solution using hydrodynamic cavitation and hydrogen peroxide: a comparison between Venturi device and orifice plate. RBRH Journal, Vol. 24, https://doi.org/10.1590/2318-0331.241920180147
Lien, H.L., Zhang, W.X. (2007). Removal of methyl tert-butyl ether (MTBE) with Nafion, Journal of Hazardous Materials, Volume 144, Issues 1–2, Pages 194-199, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2006.10.004
Joshi, R.K., Gogate, P.R. (2012). Degradation of dichlorvos using hydrodynamic cavitation based treatment strategies, Ultrasonics Sonochemistry, Volume 19, Issue 3, 532-539, https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2011.11.005
Karimian, K., Saghi, M.H. (2008) .Environmental Impact of MTBE from Transportation Accidents, The First Conference on Hazardous Material Transportation and Its Environmental Impanct, Tehran, 2008, https://civilica.com/doc/51332 (In Persian)
Levchuk, I., Bhatnagar, A., Sillanpää, M. (2014). Overview of technologies for removal of methyl tert-butyl ether (MTBE) from water, Science of The Total Environment, Volumes 476–477, 415-433, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.01.037
Minesota Department of Health. (2013). Methyl tert-Butyl Ether (MTBE) and Drinking Water, Environmental Health Division, www.health.state.mn.us/eh
O'Reilly, K.T., Moir, M.E., Taylor, C.D., Smith, C.A., Hyman, M.R. (2001). Hydrolysis of tert-butyl methyl ether (MTBE) in dilute aqueous acid. Environ Sci Technol, ,35(19):3954-61. https://doi.org/10.1021/es001431k
Patil, Y., Sonawane, S.H., Shyam, P., Sun, X., Manickam, S. (2023). Hybrid hydrodynamic cavitation (HC) technique for the treatment and disinfection of lake water. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 97, 106454, https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2023.106454
Pozsgai, E., Galambos, I., Dóka, G., Csóka, L. (2018). Use of hydrodynamic cavitation with additional high purity water for thermal water treatment. Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, Volume 128, 77-79, https://doi.org/10.1016/j.cep.2018.04.016
Randhavane, Shrikant, B. (2019). Comparing geometric parameters of a hydrodynamic cavitation
process treating pesticide effluent. Environmental Engineering Research; 24(2): 318-323, https://doi.org/10.4491/eer.2018.227
Šarc, A., Stepišnik-perdih, T., Petkovšek, M., Dular, M. (2017). The issue of cavitation number value in studies of water treatment by hydrodynamic cavitation. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 34, 51-59, https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2016.05.020
Schmid, A. (2010). MTBE degradation by hydrodynamic induced cavitation. Water Sci Technol. 61(10):2591-4. doi: 10.2166/wst.2010.173. PMID: 20453332.
Sejie, F., Tabbiruka, M.N. (2016). Removal of Methyl Orange (MO) from Water by adsorption onto Modified Local Clay (Kaolinite), Physical Chemistry, 6(2): 39-48, doi:10.5923/j.pc.20160602.02
Wang, Ch., Jin, R., He, Z., Qiao, Y., Wang, Y., Wang, K., Lu, Y., Liu, D. (2020). A new water treatment technology for degradation of B[a]A by hydrodynamic cavitation and chlorine dioxide oxidation, Ultrasonics Sonochemistry, Volume 61,104834, https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2019.104834
Worawit, I., Sagar, R., Somenath, M. (2020). Removal and Recovery of Methyl Tertiary Butyl Ether (MTBE) from Water Using Carbon Nanotube and Graphene Oxide Immobilized Membranes. Nanomaterials (Basel), 10 (3), 578. https://doi.org/10.3390/nano10030578