بهينه سازي حذف نيترات از محلول هاي آبي به روش الكتروكوگولاسيون با استفاده روش پاسخ سطح

Application of response surface methodology to optimize the removal of nitrate from aqueous solutions using electrocoagulation

زمينه و هدف: نيترات يكي از مهم ترين آلاينده هاي موجود در طبيعت است كه تهديدي جدي براي بهداشت و سلامت انسان و كيفيت منابع آبي محسوب مي شود. يكي از كارآمدترين روش هاي حذف اين آلاينده، الكتروكواگولاسيون مي باشد. روش بررسي: اين مطالعه تجربي، در مقياس پايلوت انجام گرديد. نمونه ها به صورت سنتتيك و در غلظت هاي 300-100 ميلي گرم بر ليتر نيترات تهيه گرديد. متغيرهاي مستقل شامل زمان واكنش، اختلاف پتانسيل الكتريكي و pH بودند. عملكرد فرايند بر اساس درصد حذف نيترات ارزيابي شد. تعيين تعداد آزمايشات، آناليز آماري داده هاي آزمايشگاهي و بهينه سازي كارآيي حذف نيترات با به كارگيري روش پاسخ سطح و طرح مركب مركزي انجام شد. يافته ها: نتايج نشان داد كه غلظت نيترات، زمان واكنش، اختلاف پتانسيل الكتريكي و pH، مربع غلظت نيترات و اثرات متقابل غلظت نيترات- اختلاف پتانسيل الكتريكي، غلظت نيترات- زمان واكنش، غلظت نيترات– pH و اختلاف پتانسيل الكتريكي- زمان واكنش، مهم ترين پارامترهاي تأثيرگذار بر روي حذف نيترات به روش الكتروكواگولاسيون بودند. كارايي حذف نيترات در شرايط بهينه (زمان واكنش 68 دقيقه، اختلاف پتانسيل الكتريكي 17 ولت و pH برابر با 10، 88% بود. درجه مطلوبيت مدل در اين شرايط 98% بود. نتيجه گيري: الكتروگواگولاسيون فرايندي موثر در كاهش نيترات است؛ همچنين روش پاسخ سطح با استفاده از طرح مركب مركزي براي بهينه سازي متغيرهاي موثر در فرايند حذف نيترات به روش الكتروكواگولاسيون مناسب است.

Background and aims: Nitrate is one of the most important contaminants in nature that makes serious threats to health and quality of water resources. Electrocoagulation is one of the most efficient methods to remove this pollutant. Methods: This experimental study was conducted in a pilot scale. The samples were prepared using synthetic water at 100-300 mg/l initial concentration of nitrate. The independent variables were reaction time, electrical difference potential and pH. The process performance was evaluated based on nitrate removal efficiency. The number of experiments, statistical analysis of experimental data and optimization of nitrate removal efficiency were determined by using central composite design (CCD) and response surface methodology (RSM). Results: The results showed that nitrate concentration (A), reaction time (B), voltage (C), pH (D), square terms of nitrate concentration (A2), and interaction terms of AB, AC, AD, BC was the most effective parameters on nitrate removal efficiency using electrocoagulation. The efficiency of nitrate removal at optimal conditions (reaction time 68 minutes, the electric potential difference 17 volts and at pH 10) was obtained 88%. In these conditions, model validation was 98%. Conclusion: Electrocoagulaion was an effective process for nitrate removal and also RSM (CCD) was appropriate to optimization of the variables affecting nitrate removal using electrocoagulation process.