Effect of NaCl support electrolyte on dyestuff removal with electrochemical oxidation method using Ti/RuO2 mixed metalloxide electrode and investigation of toxic effects

Abstract

Textile industry, which has an important share in industrial pollution, plays an important role economically not only in developed countries but also in developing countries. A significant part of the industry water need arises from the textile industry. However, textile wastewater contains toxic chemical compounds that are difficult to remove by traditional treatment methods. In addition, colored dyehouse wastewater prevents organic living as well as organic pollution in the receiving environment, as it prevents the transmission of sunlight. The treatment of textile wastewater and its use as process water attracts great interest both academically and industry. In this study, the contribution of NaCl support electrolyte to the color removal with the electrochemical oxidation method of Reactive Orange 16 (RO16) dyestuff by Ti/RuO2 mixed metaloxide coated electrode was investigated and toxic effects were evaluated in the analysis results. In optimization studies with NaCl support electrolyte, parameters such as current density, flow rate, pH and initial pollution concentrations were studied. The study was terminated by applying the optimum conditions obtained to different pollution concentrations, evaluating the color and toxicity. In the presence of 50 A/m2 current density, 155.84 mL/min flow rate, pH0 and 0.06 M NaCl electrolyte in the electrochemical oxidation of the model working solution with the initial pollution concentration of 30 mg/L after a 25 minute treatment period, ~100% color and 0,8008 kwh/m3 energy consumption was obtained. In the presence of 50 A/m2 current density, 155.84 mL/min flow rate, pH0 and 0.06 M NaCl electrolyte in the electrochemical oxidation of the model working solution with the initial pollution concentration of 125 mg/L after a 40 minute treatment period, ~100% color and 0,9240 kwh/m3 energy consumption was obtained. In the experimental study where the initial pollution concentration was 125 mg/L in the optimum conditions obtained, 80% toxicity removal was obtained.

Keywords

• Electrochemical oxidation
• dyestuff
• support electrolyte
• Ti/RuO2 electrode
• toxicity

Ti/RuO2 karışık metaloksit elektrot kullanılarak elektrokimyasal oksidasyon ile boyarmadde giderimine NaCl destek elektrolitinin etkisi ve toksik etkilerin değerlendirilmesi

Abstract

Endüstriyel kirlenmede önemli bir paya sahip olan tekstil endüstrisi yalnız gelişmiş ülkelerde değil gelişmekte olan ülkelerde de ekonomik açıdan önemli rol almaktadır. Sanayi su ihtiyacının önemli bir kısmı tekstil endüstrisinden kaynaklanmaktadır. Bununla birlikte tekstil atıksuları geleneksel arıtma yöntemleri ile giderimi güç zehirli kimyasal bileşikleri içermektedir. Ayrıca renkli boyahane atıksuları alıcı ortamda organik kirliliğin yanı sıra güneş ışığı geçirimini engellemesi sebebi ile canlı yaşamını da engellemektedir. Tekstil atıksularının arıtılarak proses suyu olarak kullanılması gerek akademik gerekse de sektör bazında büyük ilgi çekmektedir. Bu çalışmada Ti/RuO2 karışık metaloksit elektrot ile Reaktif Orange 16 (RO16) boyarmaddesinin elektrokimyasal oksidasyon yöntemi ile renk giderimine NaCl destek elektrolitinin katkısı araştırılmış ve analiz sonuçlarında toksik etkiler değerlendirilmiştir. NaCl destek elektroliti ile yapılan optimizasyon çalışmalarında akım yoğunluğu, akış hızı, pH, başlangıç kirlilik derişimleri gibi parametreler çalışılmıştır. Elde edilen optimum koşullar farklı kirlilik derişimlerine uygulanmış, renk ve toksisite değerlendirilerek çalışma sonlandırılmıştır. Başlangıç kirlilik derişiminin 30 mg/L olduğu model çalışma çözeltisinin NaCl elektroliti ile elektrokimyasal oksidasyonunda 50 A/m2 akım yoğunluğu, 155,84 mL/dk akış hızı, pH0 (6,12) ve 0,06 M elektrolit varlığında 25 dk’lık bir arıtım süresi sonunda ~%100 renk giderimi ve 0,8008 kwh/m3 enerji tüketimi elde edilmiştir. Başlangıç kirlilik derişiminin 125 mg/L olduğu model çalışma çözeltisinin NaCl elektroliti ile elektrokimyasal oksidasyonunda 50 A/m2 akım yoğunluğu, 155,84 mL/dk akış hızı, pH0 (6,03) ve 0,06 M elektrolit varlığında 40 dk’lık bir arıtım süresi sonunda ~%100 renk giderimi ve 0,9240 kwh/m3 enerji tüketimi elde edilmiştir. Elde edilen optimum koşullarda başlangıç kirlilik derişiminin 125 mg/L olduğu deneysel çalışmada %80 toksisite giderimi elde edilmiştir.

Keywords

• Elektrokimyasal oksidasyon
• boyarmadde
• destek elektrolit
• Ti/RuO2 elektrot
• toksisite

References

1. Canizares P., Paz R., Saez C. ve Rodrigo M. A. 2009. Costs of the electrochemical oxidation of wastewaters a comparison with ozonation and fenton oxidation processes. J. Environment Manage, 90, 410-420.
2. Chiang L.C, Chang J.E. ve Wen T.C. 1995. Indirect oxidation effect in electrochemical oxidation treatment of landfill leachate. Water Res., 29, 671-678.
3. De Paiva Barreto J.P., Vieria dos Santos E., Medeiros Oliveira M., Ribeiro da Silva D., Fernandes de Souza J., Martinez-Huitle C.A., 2014. Electrochemical mediated oxidation of phenol using Ti/IrO2 and Ti/Pt-SnO2-Sb2O5 electrodes. J. Electrochem. Sci. Eng. 4, 259–270.
4. Deng Y. ve Englehardt J.D. 2006. Treatment of landfill leachate by the fenton process. Water Research, 40, 3683-3694.
5. Deng Y., Englehardt J.D., 2007. Electrochemical oxidation for landfill leachate treatment. Waste Manag. 27, 380–388.
6. Fernandes A., Magrinho M., Lopes A. ve Goncalves I., 2004. Electrochemical degradation of C.I. acid orange 7. Dyes and pigments, 61, 287-296.
7. Kaygusuz T., 2013. Elektrokimyasal oksidasyon yönteminin tekstil atıksularının arıtılabilirliğine etkilerinin tam ölçekli araştırılması. Yüksek Lisans Tezi. Tekirdağ: Namık Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı.
8. Naumczyk J., Szpyrkowicz L. ve Zilio-Grandi F., 1996. Electrochemical treatment of textile wastewater. Water Science and Technology, 34 (17), 17-24.

9. Özdemir K., 200). Meyve suyu fabrikası atıksularının elektrokimyasal olarak arıtılması. Yüksek Lisans Tezi. Ankara: Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
10. Pandey A.K., Pandey S.D., Misra,V. ve Srimal A., 2003. Removal of chromium and reduction of toxicity to Microtox system from tannery effluent by the use of calcium alginate beads containing humic acid. Chemosphere, 51, 329–333.
11. Parsa J.B., Abbasib M., 2007. Decolorization of Synthetic and Real Wastewater by Indirect Electrochemical Oxidation Process. Acta Chim. Slov., 54, 792–796.
12. Rajeshwar K., Zhou M., Myung N. ve Chen X., 1995. Electrochemical deposition and stripping of copper, nickel and copper nickel alloy thin films at a polycrystalline gold surface: a combined voltammetry coulometry electrochemical quartz crystal micro gravimetry study. Journal of Electroanalytical Chemistry, 398, 1–2, 5-12.
13. Rajkumar D., Kim J.G., Palanivelu K. 2005. Indirect electrochemical oxidation of phenol in the presence of chloride for wastewater treatment. Chem. Eng. Technol. 28, 98-105.
14. Ramalho A.M.Z., Martínez-Huitle C.A., Silva D.R. 2010. Application of electrochemical technology for removing petroleum hydrocarbons from produced water using a DSA-type anode at different flow rates. Fuel, 89, 531–534.
15. Tran L.H., Drogui P. ve Mercier G. 2009. Electrochemical degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons in creosote solution using reuthenium oxide on titanium expanded mesh anode. J. Hazard Mater, 164, 1118-1129.
16. Uğurlu M., 2004. The Removal of some inorganic compounds from paper mill effluents by the electrocoagulation method. G.U. Journal of Science, 17(3), 85-99.
17. Yavuz Y., Koparal A.S. 2006. Electrochemical oxidation of phenol in a parallel plate reactor using ruthenium karışıked metal oxide electrode. Journal of Hazardous Materials, 136, 296-302.
18. Yavuz Y., Koparal A.S. ve Öğütveren Ü.B. 2011. Electrochemical oxidation of basic blue 3 dye using a diamond anode: evaluation of colour, COD and toxicity removal. J. Chem. Technol. Biotechnol., 86, 261–265.
19. http1:www.sigmaaldrich.com/meetings/past/200/abstracts/symposia/fl/0841.pdf (Erişim tarihi: 02/12/2019)
20. http2: https://www.epdk.org.tr/ (Erişim tarihi: 12/12/2019)