Effect of radical scavengers on the performance of advanced oxidation processes

Abstract

VI ÖZET İleri Oksidasyon Prosesleri (İOP), atıksulardaki çeşitli kirleticilerin parçalanmasını sağlayan, kısa ömürlü, güçlü ve seçici olmayan hidroksil radikallerinin oluşumuna dayanmaktadır. İleri oksidasyon proseslerinin verimi, hidroksil radikallerinin üretimine ve bu radikallerin hedef kirleticiler tarafından etkili bir şekilde kullanımına bağlıdır. Atıksularda bulunan hedef kirletici dışındaki maddeler veya radikal yakalayıcılar, önemli miktarlarda hidroksil radikali tüketerek, ileri oksidasyon proseslerinin verimini düşürürler. Bu çalışmanın amacı, ultraviole ışık (UV) ve hidrojen peroksit (H2O2) içeren ileri oksidasyon sistemi ile, reaktif boya parçalanma kinetiğinin ve bikarbonat, karbonat ve klorür gibi radikal yakalayıcılarının proses verimi üzerindeki etkilerinin incelenmesidir. Kullanılan method, endüstrideki yaygın kullanımından dolayı reaktif azo boya olan Procion Red HE-7B kullanılarak sentetik boya çözeltilerinin hazırlanmasını içermektedir. Kullanılan sistemin verimliliği, radikal yakalayıcılannın yokluğunda ve varlığında, renk ve organik karbon giderimi izlenerek tespit edilmiştir. Radikal yakalayıcılarının yokluğunda, rengin tümünün giderilmesi için 15 dakika yeterli iken, yüzde 92 organik karbon giderimi için bir saatin gerekli olduğu bulunmuştur. Radikal yakalayıcılarının varlığında, renk giderimi inhibe edilmiş ve inhibisyonun derecesi bikarbonat ve karbonatın artan konsantrasyonlarıyla artmıştır. Klorürün, renk giderimini 100 ile 1250 raM konsantrasyon aralığında inhibe ettiği ve daha yüksek konsantrasyonlarda renk giderimini etkilemediği bulunmuştur. Renk ve organik karbon gideriminin konsantrasyona bağlı olarak birinci derece kinetiği, hidroksil radikaline bağlı olarak ikinci derece kinetiği izlediği bulunmuştur. Renk ve organik karbonun hidroksil radikali ile bimoleküler reaksiyon sabiti, reaksiyon mekanizmasını açıklayan basitleştirilmiş bir kinetik model ile hesap edilmiştir. Hesap edilen sabitler, azo boyalar için yayınlanmış data ile uyumludur.

ABSTRACT Advanced Oxidation Processes (AOPs) rely on the generation of short-lived, powerful and non-selective hydroxyl radicals (»OH) that are responsible for the destruction of a wide range of contaminants in wastewaters. The efficiency of AOPs depends on the production of «OH and utilization of it effectively by the target contaminants. Non-target substances, or radical scavengers that exist in wastewaters reduce the efficiency of AOPs by consuming significant amounts of *OH. The purpose of this study was to investigate the kinetics of reactive dyestuff degradation by an advanced oxidation system using ultraviolet light (UV) and hydrogen peroxide (H2O2), and the effect of »OH scavenging species such as bicarbonate, carbonate and chloride on the efficiency of the process. The method involved preparation of synthetic dye solutions using a reactive azo dye, Procion Red HE-7B, which was selected as a model compound for its wide use in the industry. The effectiveness of the employed system was tested by monitoring the degradation of color and organic carbon in the absence and presence of scavengers. It was found that in the absence of scavengers, 15 minutes was sufficient for complete color removal, whereas 1 hour contact time was necessary for 92 per cent organic carbon degradation. In the presence of scavenging species, the rate of color removal was inhibited and the degree of inhibition increased with increasing concentrations of bicarbonate and carbonate species. It was further found that chloride inhibited the degradation of color only at 100-1250 mM chloride, and did not affect the rate at higher concentrations. The rate of color and organic carbon degradation was found to follow first order kinetics with respect to concentration, and second order kinetics with respect to »OH. The bimolecular color and organic carbon rate constants with *OH was estimated by using a simplified kinetic model describing the reaction mechanism. The estimated constants were in good agreement with the published data for azo dyes.