การบำบัดสีและซีโอดีในน้ำเสียจากอุตสาหกรรมฟอกย้อม โดยถังปฏิกรณ์โฟโตแคทาลิติกชนิดไหลต่อเนื่อง Removal of Color and COD from Dyestuff Industry with Continuous-photocatalytic Reactor

Main Article Content

ธรรมศักดิ์ โรจน์วิรุฬห์
สัญญา สิริวิทยาปกรณ์
อรวรรณ โรจน์วิรุฬห์

Abstract

บทคัดย่อ


          งานวิจัยนี้เตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) แบบฟิล์มบางโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการโฟโตแคทาลิติก และนำมาใช้ทดสอบประสิทธิภาพในการบำบัดสีและซีโอดีในน้ำเสียจากอุตสาหกรรมฟอกย้อมในถังปฏิกรณ์โฟโตแคทาลิติกชนิดไหลต่อเนื่องโดยใช้แหล่งกำเนิดแสงจากดวงอาทิตย์ ทั้งนี้น้ำเสียจากอุตสาหกรรมจากอุตสาหกรรมฟอกย้อมที่นำมาใช้มี 2 ลักษณะ ได้แก่ น้ำเสียก่อนและหลังผ่านการบำบัดโดยระบบบำบัดน้ำเสียแบบตะกอนเร่งของสถานประกอบการอุตสาหกรรมฟอกย้อม ผลการศึกษาในงานวิจัยนี้ พบว่า การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา TiO2 แบบฟิล์มบางที่เตรียมขึ้นเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการโฟโตแคทาลิติกสามารถบำบัดสีและซีโอดีในน้ำเสียทั้ง 2 ลักษณะที่นำมาใช้ทดสอบได้ โดยมีประสิทธิภาพในการบำบัดสีและซีโอดีสูงสุด เท่ากับ 39.85% และ 45.23% ตามลำดับ สำหรับน้ำเสียก่อนผ่านระบบบำบัดน้ำเสียของสถานประกอบการฯ โดยใช้เวลาในการบำบัด 300 นาที และมีประสิทธิภาพในการบำบัดสีและซีโอดีสูงสุด เท่ากับ 28.21% และ 44.41% ตามลำดับ สำหรับน้ำเสียหลังผ่านระบบบำบัดน้ำเสียของสถานประกอบการฯ โดยใช้เวลาในการบำบัด 300 นาที ทั้งนี้จากผลการศึกษาสามารถหาค่าจลนพลศาสตร์ของกระบวนการโฟโตแคทาลิติกในการบำบัดซีโอดีในน้ำเสียจากอุตสาหกรรมฟอกย้อมซึ่งสามารถอธิบายได้โดยสมการปฏิกิริยาอันดับหนึ่ง โดยสามารถหาค่าคงที่การเกิดปฏิกิริยาอันดับหนึ่งได้เท่ากับ 0.0121 และ 0.0107 min-1  ตามลำดับ สำหรับน้ำเสียก่อนและหลังผ่านการบำบัดโดยระบบบำบัดน้ำเสียของสถานประกอบการอุตสาหกรรมฟอกย้อม


 คำสำคัญ: การบำบัดน้ำเสียขั้นสูง โฟโตออกซิเดชัน โซล-เจล  อุตสาหกรรมสิ่งทอ 


Abstract


          This research prepared a TiO2 thin film photocatalyst for photocatalytic process. The removal efficiency of color and COD from dyestuff industry were examined in a continuous-photocatalytic reactor under sunlight as solar irradiation. The wastewater used in this research for photocatalytic performance test comprised of pre- and post-treatment wastewater from the wastewater treatment plant with activated sludge treatment process of dyestuff industry. The results show that the use of prepared TiO2 photocatalyst in photocatalytic processes can remove color and COD in pre- and post-treatment wastewater with the maximum efficiency of color and COD removal of 39.85% and 45.23%, respectively for pre-treatment wastewater and with the maximum efficiency of 28.21% and 44.41%, respectively for post-treatment wastewater, after 300 minutes treatment. The kinetics of COD removal by photocatalytic process based on the results of this study can be explained by the first-order reaction equation. The calculated first-order reaction constant was 0.0121 min-1 and 0.0107 min-1, respectively for pre- and post-treatment wastewater from the wastewater treatment plant of dyestuff industry.


 Keywords: advanced wastewater treatment, photooxidation, sol-gel, textile industry

Article Details

Section
Articles

References

[1] Lin Y-C, Lee H-S. Effects of TiO2 coating dosage and operational parameters on a TiO2/Ag photocatalysis system for decolorizing Procion red MX-5B. Journal of Hazardous Materials. 2010;179(1–3):462-70.
[2] Amani-Ghadim AR, Alizadeh S, Khodam F, Rezvani Z. Synthesis of rod-like α-FeOOH nanoparticles and its photocatalytic activity in degradation of an azo dye: Empirical kinetic model development. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2015;408:60-8.
[3] Ge D, Zeng Z, Arowo M, Zou H, Chen J, Shao L. Degradation of methyl orange by ozone in the presence of ferrous and persulfate ions in a rotating packed bed. Chemosphere. 2016;146:413-8.
[4] Yang R, Li D, Li A, Yang H. Adsorption properties and mechanisms of palygorskite for removal of various ionic dyes from water. Applied Clay Science. 2018;151(Supplement C):20-8.
[5] Qiu Z-L, Kong X, Yuan J-J, Shen Y-J, Zhu B-k, Zhu L-P, et al. Cross-linked PVC/hyperbranched polyester composite hollow fiber membranes for dye removal. Reactive and Functional Polymers. 2018;122(Supplement C):51-9.
[6] Zhang T, Xu B, Wang A, Cui C. Degradation kinetics of organic chloramines and formation of disinfection by-products during chlorination of creatinine. Chemosphere. 2018;195(Supplement C):673-82.
[7] Tian F-X, Xu B, Lin Y-L, Hu C-Y, Zhang T-Y, Xia S-J, et al. Chlor(am)ination of iopamidol: Kinetics, pathways and disinfection by-products formation. Chemosphere. 2017;184 (Supplement C):489-97.
[8] Nawaz MS, Ahsan M. Comparison of physico-chemical, advanced oxidation and biological techniques for the textile wastewater treatment. Alexandria Engineering Journal. 2014;53(3):717-22.
[9] Jing L, Xu Y, Huang S, Xie M, He M, Xu H, et al. Novel magnetic CoFe2O4/Ag/Ag3VO4 composites: Highly efficient visible light photocatalytic and antibacterial activity. Applied Catalysis B: Environmental. 2016;199:11-22.
[10] Zhong L, Haghighat F. Photocatalytic air cleaners and materials technologies - Abilities and limitations. Building and Environment. 2015;91:191-203.
[11] Ohtsu N, Yokoi K, Saito A. Fabrication of a visible-light-responsive photocatalytic antibacterial coating on titanium through anodic oxidation in a nitrate/ethylene glycol electrolyte. Surface and Coatings Technology. 2015;262:97-102.
[12] Bailón-García E, Elmouwahidi A, Álvarez MA, Carrasco-Marín F, Pérez-Cadenas AF, Maldonado-Hódar FJ. New carbon xerogel-TiO2 composites with high performance as visible-light photocatalysts for dye mineralization. Applied Catalysis B: Environmental. 2017;201:29-40.
[13] Lai C, Wang M-M, Zeng G-M, Liu Y-G, Huang D-L, Zhang C, et al. Synthesis of surface molecular imprinted TiO2/graphene photocatalyst and its highly efficient photocatalytic degradation of target pollutant under visible light irradiation. Applied Surface Science. 2016;390:368-76.
[14] Szczuka A, Parker KM, Harvey C, Hayes E, Vengosh A, Mitch WA. Regulated and unregulated halogenated disinfection byproduct formation from chlorination of saline groundwater. Water Research. 2017;122(Supplement C):633-44.
[15] Rojviroon T, Laobuthee A, Sirivithayapakorn S. Photocatalytic Activity of Toluene under UV-LED Light with TiO2 Thin Films. International Journal of Photoenergy. 2012;2012:8.
[16] Chen Q, Wu S, Xin Y. Synthesis of Au–CuS–TiO2 nanobelts photocatalyst for efficient photocatalytic degradation of antibiotic oxytetracycline. Chemical Engineering Journal. 2016;302:377-87.
[17] El-Sheikh SM, Khedr TM, Hakki A, Ismail AA, Badawy WA, Bahnemann DW. Visible light activated carbon and nitrogen co-doped mesoporous TiO2 as efficient photocatalyst for degradation of ibuprofen. Separation and Purification Technology. 2017;173:258-68.
[18] Zhou D, Chen Z, Yang Q, Dong X, Zhang J, Qin L. In-situ construction of all-solid-state Z-scheme g-C3N4/TiO2 nanotube arrays photocatalyst with enhanced visible-light-induced properties. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2016;157:399-405.
[19] Ministry of Natural Resources and Environment, Establish Standards for the Control of Industrial Sewerage Industrial Estate and Industrial Area. 2559: 17-21(In Thai)
[20] C. S, N. S. Bactericidal and Detoxification Effects of Irradiated Semiconductor Catalyst, TiO2.Current Science. 2003;85(10):1431-8.
[21] T. M, A. B, G. E, E. R. Algal Growth Inhibition on Cement Mortar: Efficiency of Water Repellent and Photocatalytic Treatments under UV/VIS Illumination. International Biodeterioration & Biodegradation. 2014;89:115-25.
[22] M. B, Z. Z, X. X, X. Y, L. H, D. F. Killing Effects of Hydroxyl Radical on Algae and Bacteria in Ship’s Ballast Water and on Their Cell Morphology. Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2010;30(6):831-40.
[23] Zhang G, Wurtzler EM, He X, Nadagouda MN, O'Shea K, El-Sheikh SM, et al. Identification of TiO2 photocatalytic destruction byproducts and reaction pathway of cylindrospermopsin. Applied Catalysis B: Environmental. 2015;163(Supplement C):591-8.
[24] Petronella F, Truppi A, Ingrosso C, Placido T, Striccoli M, Curri ML, et al. Nanocomposite materials for photocatalytic degradation of pollutants. Catalysis Today. 2017;281(Part 1):85-100.
[25] Bagheri S, Muhd Julkapli N, Bee Abd Hamid S. Titanium Dioxide as a Catalyst Support in Heterogeneous Catalysis. The Scientific World Journal. 2014;2014:727496.
[26] Chaturvedi S, Dave PN, Shah NK. Applications of nano-catalyst in new era. Journal of Saudi Chemical Society. 2012;16(3):307-25.
[27] Homlok R, Takács E, Wojnárovits L. Degradation of organic molecules in advanced oxidation processes: Relation between chemical structure and degradability. Chemosphere. 2013;91(3):383-9.
[28] Miao J, Zhang R, Zhang L. Photocatalytic degradations of three dyes with different chemical structures using ball-milled TiO2. Materials Research Bulletin. 2018;97(Supplement C):109-14.
[29] Rojviroon T, Rojviroon O, Sirivithayapakorn S. Photocatalytic decolourisation of dyes using TiO2 thin film photocatalysts. Surface Engineering. 2016;32(8):562-9.
[30] Aazam ES. Photocatalytic oxidation of methylene blue dye under visible light by Ni doped Ag2S nanoparticles. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2014;20(6):4033-8.
[31] Haritha E, Roopan SM, Madhavi G, Elango G, Al-Dhabi NA, Arasu MV. Green chemical approach towards the synthesis of SnO2 NPs in argument with photocatalytic degradation of diazo dye and its kinetic studies. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2016;162:441-7.