Degradation of colored industrial wastewaters by advanced oxidation processes

Abstract

Tekstil endüstrisi atıksuları yüksek kimyasal oksijen ihtiyaçları, koyu renkleri ve degredasyona dirençli organik madde muhtevası ile çevre açısından ana kirleticilerdendir. Bir çok araştırma geleneksel arıtma methodlarının renk giderimine bir katkı sağlamadığını göstermektedir. Aktif karbon adsorbsiyonu veya kimyasal koagülasyon ile renk giderimi gerçekleştirilse de, bu methodlar sadece sıvı fazı katı faza çevirirler.Son zamanlardaki çalışmalar ile birlikte İleri Oksidasyon Prosesleri (İOP), renk giderimi ve direçli maddelerin degredasyonu açısından umut vermektedir. Fenton prosesleri hariç İOP'lerde çamur problemi de oluşmamaktadır. Bu avatajlarının yanında, UV ve/veya ultrasonic cihazları içeren İOP'ler yüksek işletme maliyetlerine sahiptirler. Bu maliyeti minimuma indirmek için, çalışılan sistemlerde pH, frekans, kimyasal türü ve konsantrasyonu, kirletici/oxidant oranı belirlenerek optimum çalışma şartları sağlanmalıdır. İOP'ler organik maddenin degredasyonunu sağlayacak hidroksil radikali (?OH) üretim temeline dayanırlar.Bu çalışmanın amacı ileri oksidasyon proseslerinin verimliliğini araştırmaktır. Çalışmada kullanılan İOP sistemleri UV/H2O2, foto-Fenton, sonoliz, ozonlama ve bunların kombinasyonundan oluşmaktadır. Çalışılan atıksu numunleri, biyolojik arıtma tesisi çıkışından alınmıştır. Renk giderme verimlerinin yanı sıra sistem arıtma verimleri toplam organik karbon (TOK), kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ), toplam çözünmüş madde ve toksisite açısından belirlenmiştir. Her bir İOP'nin optimum çalışma şartları oxidant miktarı, pH, ultrasonic frekansı gibi değişkenlerle ayarlanmıştır. Son olarak, çalışılan İOP'lerin ekonomik analizi yapılmıştır.Tekstil atiksularinin ileri oksidasyon prosesleri ile aritimi yüksek verimde gerçekleştirilmiştir. Renk giderimi ve Microtox toksisite analizleri ? hiç bir ara toksik ürün oluşmamıştır- açısından değerlendirildiğinde İOP'ler ümit vadeden teknolojilerdir.Çalışmada UV/ H2O2,Fenton, Photo-Fenton, US, Ozone, Ozone/ H2O2, Ozone/US, and Ozone/US/ H2O2 ileri oksidasyon prosesleri ile kullanılmıştır. 30 dakikalık renk giderimlerine baktığımızda, photo-Fenton > UV/H2O2 > US/Ozone > US/Ozone/H2O2 > Ozone > Ozone/ H2O2 > US sıralamasını sırasıyla şu yüzdeler ile görürüz: 100%, 95%, 83%, 80%, 78% 68% and 21%. İşletme maliyeti açısından en ucuz sistemler UV/ H2O2 ve photo-Fenton'dur. Photo-Fenton prosesi için isletme maliyeti 1.29 Euro/m3, UV/ H2O2 için 0.64 Euro/m3'dür.Anahtar Kelimeler: İleri Oksidasyon Prosesleri (İOP), tekstil atıksuları, KOİ, TOK, ?OH radikali

The effluent of textile industry is a major source of pollution due to its high chemical oxygen demand, dark color and refractory organic compounds. Studies have shown that conventional treatment methods may not be enough for appreciable color reduction. Although it is possible to remove color via activated carbon adsorption or chemical coagulation, these treatment methods mainly transfer the pollution from liquid phase to solid phase.Over the last decades, Advanced Oxidation Processes (AOPs) have shown to be a promising technique for decolorization and refractory compound degradation. Except Fenton processes, AOPs have also the advantage of no sludge production. Besides those advantages, AOPs have disadvantages of high operational cost due to electricity consumption in case of UV or ultrasonic generator usage. Minimization of the required irradiation (UV or sonication) time, thus, the energy consumption by optimization of the other reaction conditions, such as operational pH, frequency, chemical types, chemical concentrations, and pollutant/oxidant ratio, therefore, is very important. AOPs are based on the hydroxyl radical (?OH) generation that attacks to organic compounds. It results as the degradation of organic matters.The objective of this study were to investigate the effectiveness of advanced oxidation by applying UV with hydrogen peroxide, Photo-Fenton process, sonolysis, ozonation and combinations of them for decolorization of biologically treated textile industry effluents. In addition to color removal efficiency, the residual total organic carbon (TOC), phenol, Chemical Oxygen Demand (COD), Total Dissolved Solids (TDS) and toxicity has also been determined, as an important indicator of the treatment effectiveness. The effects of major process variables such as oxidant dose, pH, sonication frequency, and irradiation time on decolorization efficiency were investigated for each studied AOPs. Finally, economic analysis of each studied AOPs were conducted.It was found that Advanced Oxidation Processes are promising technologies for the treatment of textile wastewaters. Color monitoring and Microtox toxicity experiments showed that studied AOPs efficiently decolorized the real textile wastewater without the formation of any toxic by-products.In this study, the several experiments were carried out by using various AOPs;UV/ H2O2,Fenton, Photo-Fenton, US-Alone, Ozone-Alone, Ozone/ H2O2, Ozone/US, and Ozone/US/ H2O2. The 30 min color removal efficiency (%) of the studied AOPs are in the order: photo-Fenton processes > UV/H2O2 > US/Ozone > US/Ozone/H2O2 > Ozone-Alone > Ozone/ H2O2 > US-Alone and the corresponding % color removal are as 100%, 95%, 83%, 80%, 78% 68% and 21% respectively. The lowest operating costs were calculated for UV/ H2O2 and photo-Fenton processes. The operational cost of Photo-Fenton process and UV/ H2O2 was 1.29 Euro/m3 and 0.64 Euro/m3, respectively.Keywords: Advanced Oxidation Process (AOP), textile wastewaters, COD, TOC, ?OH radicals