Photo Fenton oxidation of metal plating wastewater: Optimization of peroxide/iron ratio and UV radiation

Yıl 2025, Sayı: Advanced Online Publication, 120 - 136

Hüseyin Cüce

Öz

The current study evaluates the ability of a real industrial (metal plating) wastewater with a relatively low organic load (682 mg/L Chemical oxygen demand (COD) and 203 mg/L Total organic carbon (TOC)) to be treated by photo-Fenton oxidation in a UV-assisted chamber using the conventional Fenton process. Iron (Fe2+) dosage, hydrogen peroxide (H2O2) concentration, H2O2/Fe2+ ratio and pH were evaluated as treatment factors due to their direct effects on COD and TOC oxidation. In the classical Fenton set, the optimum values of pH 3.0, Fe+2 concentration 250 mg/L and H2O2 content 450 mg/L resulted in optimum removal efficiencies of up to 83,3% and 81,4% in COD and TOC removal after 60 min, respectively; for the photo-Fenton process, the optimum conditions were 175 mg/L Fe2+, 350 mg/L H2O2. According to H2O2/Fe2+ ratios, the maximum COD and TOC removal efficiencies in 682 mg/L of industrial wastewater were achieved as 89,2% and 84,5% after 45 min, respectively. The oxidation efficiency expressed as COD reduction was clearly characterized by first-order reaction kinetics in the classical Fenton (r2=0.992), while the BMG model described high agreement for both processes (r2=0.991 and 0.996).

Anahtar Kelimeler

Industrial wastewater , metal plating , advanced oxidation , UV , photo-Fenton

Etik Beyan

There is no situation requiring ethical permission in the study.

Destekleyen Kurum

Giresun University

Proje Numarası

FEN-BAP-A-290224-42

Teşekkür

I would like to thank Giresun University Scientific Research Project Coordinator for their support [Project No. FEN-BAP-A-290224-42].

Metal kaplama atıksularının Fenton oksidasyonu: Peroksit/demir oranı ve UV radyasyonunun optimizasyonu

Öz

Mevcut çalışma, nispeten düşük organik yüke sahip (Kimyasal oksijen ihtiyacı, KOI 682 mg/L ve Toplam organik karbon (TOC) 203 mg/L) gerçek bir endüstriyel (metal kaplama) atık suyunun, geleneksel Fenton işlemi kullanılarak UV destekli bir kabinde foto-Fenton oksidasyonu ile arıtılma kabiliyetini değerlendirmektedir. Demir (Fe2+) dozajı, hidrojen peroksit (H2O2) konsantrasyonu, H2O2/Fe2+ oranı ve pH, COD ve TOC oksidasyonu üzerindeki doğrudan etkileri nedeniyle arıtma faktörleri olarak değerlendirilmiştir. Klasik Fenton setinde, pH 3,0, Fe+2 konsantrasyonu 250 mg/L ve H2O2 içeriği 450 mg/L optimum değerleri, sırasıyla 60 dakika sonra COD ve TOC gideriminde %83,3'e ve %81,4'e varan optimum giderim verimlilikleriyle sonuçlanmıştır; foto-Fenton işlemi için optimum koşullar 175 mg/L Fe2+, 350 mg/L H2O2'dir. H2O2/Fe2+ oranlarına göre, 682 mg/L endüstriyel atıksuda 45 dakika sonunda maksimum KOİ ve TOK giderim verimleri sırasıyla %89,2 ve %84,5 olarak elde edildi. KOİ indirgemesi olarak ifade edilen oksidasyon verimi, klasik Fenton modelinde birinci dereceden reaksiyon kinetiği ile açıkça karakterize edilirken (r2=0,992), BMG modeli her iki proses için de yüksek uyum gösterdi (r2=0,991 ve 0,996).

Anahtar Kelimeler

Endüstriyel atıksu , metal kaplama , ileri oksidasyon , UV , photo Fenton

Etik Beyan

Çalışmada etik izin gerektirecek bir durum yoktur.

Destekleyen Kurum

Giresun Üniversitesi

Proje Numarası

FEN-BAP-A-290224-42

Teşekkür

Giresun Üniversitesi Bilimsel Araştırma Proje Koordinatörüne [Proje No. FEN-BAP-A-290224-42] desteklerinden dolayı teşekkür ederim.

Kaynakça

• [1] P. Abbaspour, Metal Plating Industry and Environmental Pollution, Asian Res. J. Curr. Sci 4 (2022) 1-6.
• [2] S. Baker, M. Ouellette, M. Rodrigues, S. Suddapalli, Brush Nickel Plating and Heavy Metal Wastewater Treatment Process Optimization, Major Qualifying Project completed in partial fulfillment Of the Bachelor of Science Degree at Worcester Polytechnic Institute, Worcester, MA (2012).
• [3] J.-J. Qin, M.-N. Wai, M.-H. Oo, F.-S. Wong, A feasibility study on the treatment and recycling of a wastewater from metal plating, Journal of Membrane Science 208(1-2) (2002) 213-221.
• [4] M. Martín-Lara, G. Blázquez, M. Trujillo, A. Pérez, M. Calero, New treatment of real electroplating wastewater containing heavy metal ions by adsorption onto olive stone, Journal of cleaner production 81 (2014) 120-129.
• [5] E. Güneş, D.İ. Çifçi, S.Ö. Çelik, Comparison of Fenton process and adsorption method for treatment of industrial container and drum cleaning industry wastewater, Environmental Technology 39(7) (2018) 824-830.
• [6] M. Pérez, F. Torrades, X. Domènech, J. Peral, Fenton and photo-Fenton oxidation of textile effluents, Water research 36(11) (2002) 2703-2710.
• [7] J.P. Ribeiro, C.C. Marques, I. Portugal, M.I. Nunes, AOX removal from pulp and paper wastewater by Fenton and photo-Fenton processes: a real case-study, Energy reports 6 (2020) 770-775.
• [8] X. Yu, A. Somoza-Tornos, M. Graells, M. Pérez-Moya, An experimental approach to the optimization of the dosage of hydrogen peroxide for Fenton and photo-Fenton processes, Science of the Total Environment 743 (2020) 140402.
• [9] R. Bauer, G. Waldner, H. Fallmann, S. Hager, M. Klare, T. Krutzler, S. Malato, P. Maletzky, The photo-fenton reaction and the TiO2/UV process for waste water treatment− novel developments, Catalysis today 53(1) (1999) 131-144.
• [10] Y.-H. Huang, H.-T. Su, L.-W. Lin, Removal of citrate and hypophosphite binary components using Fenton, photo-Fenton and electro-Fenton processes, Journal of environmental sciences 21(1) (2009) 35-40.