عملکرد ضایعات آهن در کاهش بار آلی شیرابه تولید شده در فرآیند تولید کود آلی (کمپوست) با استفاده از روش الکتروفنتون

STUDENT

DEGREE

YEAR

Solid waste management is becoming a global problem in developed countries. In recent years, the international policy on management of organic wastes has been increasing directed toward recycling. There are different technologies to recycle organic waste and composting as a low-technologies and low-investment process to convert organic waste to an organic fertilizer has gained an increasing interest in management of organics wastes. Composting, convert organic waste materials into an organic fertilizer used in gardens, parks and other green areas. Additionally, it has a wide application as a solid conditioner for barren areas. One of the main problems associated with the treatment of organic wastes in compostiong facilities is the management and treatment of leachates wich present a high organic load and cannot be stored in the plant. Compost leachate is comprised of the run-off of liquids through active compost in the course of the composting process. Untreated leachate leads to serious environmental problems. Although some of this pollution can be degraded by microorganism, the restriction of common biological process makes it difficult to get to the standards of discharge. In this case more advanced techniques based on physicochemical processes must be used to degrade these compounds. Among various physicochemical processes, advanced oxidation processes (AOP s ) have been widely applied to enhance the bio-treatability of wastewater containing different organic compounds that are non-biodegradable and/or toxic to microorganism. Fenton based are promising methods among advanced oxidation process that have been applied in treatment of bio-refractory compounds. Hydroxyl radicals being one of the strongest oxidants (E=2.73V) are the main oxidizing species in the Fenton process. The main purpose of this research is evaluation of electro-Fenton using scrap iron in reduction of COD for leachate from composting process. In order to optimize the process, primary eperiments have been done with the concentration of H 2 O 2 , initial pH, electrical current and the amount of iron added from outside of reactor as the main parameters of process, and COD reduction was considered as the response. At this stage all experiments were conducted within 60 minutes. All the experiments were conducted in batch mode. At the next stage, by exerting the optimal conditions on processes, the effect of time on processes and kinetics of reactions were investigated. It is necessary to mention that factor of iron scrap was omitted because of being inactive during the process. After peimary experiments the main experiments were done. Response Surface Methodology (RSM) was used for design of experiment. The result from analysis of variance revealed that all the parameters except time were statically significant. More than 50% of COD removal was achieved under optimal conditions for electro-Fenton process. Kinetics investigation revealed that this process could be described by second order model. Overall this study showed that electro-Fenton process is capable of decreasing COD especially for pre-treatment wastewater and scrap iron could be used as electrode in processes. Key words: Electro-Fenton, leachate, Scrap iron, Compost, Response Surface Methodology

مدیریت زباله‌های جامد به یک مشکل جهانی در کشورهای توسعه یافتهتبدیل شده است. در سال‌های اخیر سیاست‌های بین‌الملل روی مدیریت زباله‌ها، به طور فزاینده‌ای بر روی بازیافت تمرکز یافته است.فناوری های مختلفی برای بازیافت زباله‌های آلی وجود دارد و تهیه کود آلی معمولا به عنوان فرآیندی با تکنولوژی و سرمایه‌گذاری پایین برای تبدیل زباله آلی به کود آلی ، مورد توجه روز افزون می‌باشد. فرآیند تولید کمپوست، زباله آلی را به کود مورد استفاده در زمین‌های کشاورزی، پارک‌ها و سایر مناطق سبز تبدیل می‌کند. به‌علاوه کاربرد گسترده‌تری به عنوان تقویت کننده خاک در منطق بایر دارد. یکی از مشکلات اصلی مرتبط با بازیافت و تصفیه زباله‌های آلی در کارخانه تولید کمپوست، مدیریت و تصفیه شیرابه با بار آلی بالایی است که نمی‌تواند در محل ذخیره شود.شیرابه برخاسته از زهاب مایعات از میان کمپوست فعال در طی فرآیند تولید کود آلیاست.شیرابه تا زمانی که تصفیه نشود منجر به اثرات زیست محیطی جدی می‌‌گردد.اگرچه که بخشی از این آلودگی ها توسط میکروارگانیسم ها تجزیه می‌شود، محدودیت فرآیند های بیولوژیکی معمول، دستیابی به استانداردهای تخلیه را مشکل می‌سازد. بنابراین تکنولوژی های جایگزینی بر پایه فرآیندهای فیزیکی-شیمیایی مورد نیاز است. در میان فرآیندهای فیزیکی / شیمیایی، فرآیند اکسیداسیون پیشرفته به طور گسترده‌ای به منظور افزایش قابلیت تصفیه‌پذیری زیستی فاضلاب حاوی ترکیبات آلی مختلف که غیر قابل تجزیه زیستی و/یا برای میکروارگانیسم‌ها سمی هستند اعمال شده است.دربین روش‌های مختلف اکسیداسیون پیشرفته فرآیندهای فنتون محور یکی از موثرترین روش ها درجهت تجزیه مواد آلی ارزیابی شده‌است. رادیکال‌های هیدروکسیل یکی از قوی‌ترین اکسیدکننده‌ها (E=2.37V)، استفاده می‌شود. فرآیند الکتروفنتون ترکیب فرآیند فنتون و الکتروانعقاد برای افزایش تجزیه‌پذیری ترکیبات آلی موجود در فاضلاب‌های مقاوم است. رادیکال‌های هیدروکسیل در حضور الکتریسیته، به شدت تولید می‌شوند وحذف آلاینده‌ها را تضمین می‌کنند. در این مطالعه نیزهدف اصلی بررسی عملکرد فرآیند الکتروفنتون با استفاده از ضایعات آهن در حذف COD از شیرابه حاصل از تولید کمپوست بود. به منظور بررسی و بهینه‌سازی فرایند الکتروفنتون در کاهش میزان COD، آزمایشات اولیه با چهار متغیر غلظت آب‌اکسیژنه، pH اولیه، شدت جریان و میزان پودر آهنی که از خارج به راکتور اضافه می‌شد به عنوان فاکتورهای موثر در فرایند و میزان کاهش COD به عنوان پاسخ آزمایش‌ها در نظر گرفته شد. در این مرحله زمان انجام فرآیند در همه آزمایش‌ها 60 دقیقه بود.کلیه آزمایش‌ها در حالت ناپیوسته انجام گرفت. در مرحله بعد، پس از تشخیص شرایط بهینه انجام فرآیندها، اثر فاکتور زمان در انجام فرآیندها در حالت بهینه مورد بررسی قرار گرفت شرایط بهینه در آزمایشات اولیه به این صورت بدست آمد که غلظت هیدروژن پراکسید برابر با 20 میلی‌لیتر، pH=3، شدت جریان 3 آمپر و مدت زمان 60 دقیقه بود. با توجه به آزمایشات اولیه سطوح هر عامل برای انجام آزمایشات اصلی تعیین شد. سطوح انتخابی به این صورت تعیین شد که برای هیدروژن پراکسید غلظت صفر تا 20 میلی‌لیتر، برای شدت جریان، جریان 1 تا 3 آمپر، برای pH مقادیر 2 تا 5 و برای زمان، مقادیر 15 تا 180 دقیقه انتخاب شد .لازم بذکر است فاکتور میزان پودر آهن به علت بی‌اثر بودن از بین فاکتورهای مورد بررسی حذف شد.بعد از انتخاب سطوح هر عامل، آزمایشات اصلی انجام شد. جهت بررسی عوامل مذکور از روش طراحی پاسخ سطح استفاده شد. بعد از وارد کردن داده‌های حاصل از آزمایشات، نرم افزار مدل درجه دو را پیشنهاد داد. همچنین شرایط بهینه پیش‌بینی شده توسط نرم افزار به صورت غلظت هیدروژن پراکسید برابر با 10 میلی‌لیتر، شدت جریان 2 آمپر، pH=3 وزمان 97 دقیقه بدست آمد . تحت این شرایط راندمان حذف 50% پیش بینی شد. نتایج آنالیزواریانس صورت گرفته توسط مدل نشان داد که همه پارامترهای مورد مطالعه به جز زمان دارای اثر معنی داری در کاهش COD هستند. همچنین عوامل مختلف بر روی یکدیگر اثرگذارند. به عنوان نتیجه کلی تحقیق می‌توان چنین اظهار داشت که فرایند الکتروفنتون عملکرد مناسبی در جهت کاهش میزان بالای COD داشته است ولی پیشنهاد می‌شود برای رسیدن به نتیجه مطلوب تر این فرآیند به عنوان یک مرحله تصفیه بعد از پیش تصفیه بیولوژیکی قرار گیرد. همچنین از ضایعات آهن می‌توان به عنوان جانشینی مناسب و ارزان قیمت به جای الکترودهای مختلف در فرآیند الکتروفنتون استفاده نمود کلمات کلیدی:الکتروفنتون، شیرابه، ضایعات آهن،کود آلی، روش پاسخ سطح