پژوهش آب ایران

پژوهش آب ایران

بررسی کارایی لایه‌نشانی TiO2 بر بسترهای استیل در حذف E. coli با روش فوتوکاتالیستی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
گروه مهندسی آب دانشگاه ولی عصر رفسنجان
چکیده
در سال‌های اخیر، استفاده از روش‌های نوین فوتواکسیداسیون پیشرفته برای گندزدایی آب و فاضلاب به منظور تأمین نیازهای روزافزون با کمترین ترکیبات مضر ثانویه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این پژوهش با هدف بررسی گندزدایی آب آلوده به باکتری E. coli با استفاده از سطوح (شامل بخش داخلی لوله استیل، ورق استیل خش‌دار و توری استیل) لایه‌نشانی شده با نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم (TiO2) تحت فرآیندهای فوتوکاتالیستی انجام شد. تأثیر دوز مصرفی نانوذرات به مقدار 5، 10، 15 و 35 میلی‌گرم بر سانتی‌مترمربع بر راندمان حذف باکتری‌ها در شرایط آزمایشگاهی بررسی گردید. آب خالص آلوده به باکتری با غلظت اولیه تقریباً CFU/ml 109 تحت تابش UV با توان 6 وات ارزیابی شد. نتایج نشان داد که روش لایه‌نشانی TiO2 روی توری استیل با دوز 10 میلی‌گرم بر سانتی‌مترمربع همراه با تابش UV روش بهینه است ؛ به طوری که پس از 30 دقیقه، راندمان حذف 96/99% به‌دست آمد. تحلیل‌های آماری نشان داد که مدل سینتیک شبه‌درجه اول به خوبی با داده‌های اندازه‌گیری شده انطباق دارد. بیشترین مقدار k به ترتیب برای لایه‌نشانی درون لوله استیل و روی توری استیل به‌دست آمد. این نتایج نشان‌دهنده اثر قابل‌توجه دوز نانوذرات و شرایط لایه‌نشانی در راندمان گندزدایی است
کلیدواژه‌ها

1.     Amanighadim, A., Dorraji, M. and Lotfihayayee, K., 2017. Investigation on TiO2 nanophotocatalysts performance in simultaneous removal of humic acid and biological contaminants (E. coli) from contaminated water under UV light irradiation. Applied Chemistry Today, 12(44), pp. 55-68. [In Persian]
 
2.     Chen, Y., Huang, W., He, D., Situ, Y. and Huang, H., 2014. Construction of heterostructured g-C3N4/Ag/TiO2 microspheres with enhanced photocatalysis performance under visible-light irradiation. ACS Applied Materials & Interfaces, 6(16), pp. 14405-14414.
 
3.     De Vietro, N., Tursi, A., Beneduci, A., Chidichimo, F., Milella, A., Fracassi, F. and Chidichimo, G., 2019. Photocatalytic inactivation of Escherichia coli bacteria in water using low pressure plasma deposited TiO2 cellulose fabric. Photochemical & Photobiological Sciences, 18, pp. 2248-2258.
 
4.     Garoma, T., Umamaheshwar, S.K. and Mumper, A., 2010. Removal of sulfadiazine, sulfamethizole, sulfamethoxazole, and sulfathiazole from aqueous solution by ozonation. Chemosphere, 79(8), pp. 814-820.
 
5.     He, J., Cheng, J. and Lo, I.M., 2021. Green photocatalytic disinfection of real sewage: efficiency evaluation and toxicity assessment of eco-friendly TiO2-based magnetic photocatalyst under solar light. Water Research, 190, p. 116705.
 
6.     Ho, N., Gamage, J.D. and Zhang, Z.J., 2010. Photocatalytic degradation of eriochrome black dye in a rotating corrugated drum photocatalytic reactor. International Journal of Chemical Reactor Engineering, 8(1).
 
7.     Hosseini, F., Assadi, A.A., Nguyen-Tri, P., Ali, I. and Rtimi, S., 2022. Titanium-based photocatalytic coatings for bacterial disinfection: The shift from suspended powders to catalytic interfaces. Surfaces and Interfaces, 32, p. 102078.
 
8.     Hrudey, S.E. and Charrois, J.W., eds. 2012. Disinfection by-products and human health. IWA Publishing, London.
 
9.     Isopencu, G., Eftimie, M., Melinescu, A., Dancila, A.M. and Mares, M., 2022. Recycling of glass waste by deposition of TiO2 for the intensification of the photocatalytic effect in the purification of wastewater. Coatings, 12(11), p. 1794.
 
10. Jiao, Y., 2020. UV/Photocatalyst based photoreactor design for water treatment. Doctoral Dissertation. Laurentian University of Sudbury.
 
11. Jiao, Y., Shang, H., and Scott, J. A., 2021. A UVC based advanced photooxidation reactor design for remote households and communities not connected to a municipal drinking water system. Journal of Environmental Chemical Engineering, 9(3), p. 105162.
 
12. Kışla, D., Gökmen, G.G., Evrendilek, G.A., Akan, T., Vlčko, T., Kulawik, P. and Ozogul, F., 2023. Recent developments in antimicrobial surface coatings: Various deposition techniques with nanosized particles, their application and environmental concerns. Trends in Food Science & Technology, 135, pp. 144-172.
 
13. Marugán, J., van Grieken, R., Pablos, C., Satuf, M.L., Cassano, A.E. and Alfano, O.M., 2015. Kinetic modelling of Escherichia coli inactivation in a photocatalytic wall reactor. Catalysis Today, 240, pp. 9-15
 
14. Mecha, A.C., Onyango, M.S., Ochieng, A. and Momba, M.N.B., 2019. UV and solar photocatalytic disinfection of municipal wastewater: inactivation, reactivation and regrowth of bacterial pathogens. International Journal of Environmental Science and Technology, 16(7), pp. 3687-3696.
 
15. Ochiai, T., Masuko, K., Tago, S., Nakano, R., Nakata, K., Hara, M. and Fujishima, A., 2013. Synergistic water-treatment reactors using a TiO2-modified Ti-mesh filter. Water, 5(3), pp. 1101-1115.
 
16. Pablos, C., Marugan, J., van Grieken, R. and Serrano, E., 2013. Emerging micropollutant oxidation during disinfection processes using UV-C, UV-C/H2O2, UV-A/TiO2 and
UV-A/TiO2/H2O2. Water Research, 47(3), pp. 1237-1245.
 
17. Pajandi, S., 2012. Evaluation of removal efficiency of trihalomethanes (THMs) from water using titanium dioxide (TiO2) based on nano photocatalysis. Master's thesis, Water and Wastewater Engineering. [In Persian]
 
18. Rincón, A.G. and Pulgarin, C., 2007. Absence of E. coli regrowth after Fe3+ and TiO2 solar photoassisted disinfection of water in CPC solar photoreactor. Catalysis Today, 124(3-4), pp. 204-214.
 
19. Robertson, J.M., Robertson, P.K. and Lawton, L.A., 2005. A comparison of the effectiveness of TiO2 photocatalysis and UVA photolysis for the destruction of three pathogenic micro-organisms. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 175(1), pp. 51-56.
 
20. Saravanan, A., Kumar, P.S., Jeevanantham, S., Karishma, S. and Kiruthika, A.R., 2021. Photocatalytic disinfection of micro-organisms: Mechanisms and applications. Environmental Technology & Innovation, 24, p. 101909.
 
21. Tabatabaei, S.H. and Najafi, P., 2009. Effects of irrigation with treated municipal wastewater on soil properties in arid and semi-arid regions. Irrigation and Drainage, 58(5), pp. 551-560.
 
22. Van Grieken, R., Marugán, J., Sordo, C. and Pablos, C., 2009. Comparison of the photocatalytic disinfection of E. coli suspensions in slurry, wall and fixed-bed reactors. Catalysis Today, 144(1-2), pp. 48-54.
 
23. Von Gunten, U., 2018. Oxidation processes in water treatment: are we on track?. Environmental Science & Technology, 52(9), pp.5062-5075.
 
24. Wang, L., Wu, W., Xie, X., Chen, H., Lin, J. and Dionysiou, D.D., 2018. Removing Escherichia coli from water using zinc oxide-coated zeolite. Water Research, 141, pp. 145-151.
 
25. Wongaree, M., Bootwong, A., Choo-In, S., and Sato, S., 2022. Photocatalytic reactor design and its application in real wastewater treatment using TiO2 coated on the stainless-steel mesh. Environmental Science and Pollution Research, 29(30), pp. 46293-46305.
 
26. Zazouli, M.A., Ahanjan, M., Kor, Y., Eslamifar, M., Hosseini, M. and Yousefi, M., 2015. Water disinfection using photocatalytic process with titanium dioxide nanoparticles. Journal of Mazandaran University of Medical Sciences, 24(122), pp. 227-238. [In Persian]
 
27. Zhang, C., Li, Y., Shuai, D., Shen, Y. and Wang, D., 2019. Progress and challenges in photocatalytic disinfection of waterborne viruses: a review to fill current knowledge gaps. Chemical Engineering Journal, 355, pp. 399-415.
 
28. Zhao, Y. Huang, G., An, C., Huang, J., Xin, X., Chen, X. and Song, P., 2020. Removal of Escherichia coli from water using functionalized porous ceramic disk filter coated with Fe/TiO2 nano-composites. Journal of Water Process Engineering, 33, p. 101013.
 

  • تاریخ دریافت 22 آذر 1403
  • تاریخ پذیرش 18 بهمن 1403
  • تاریخ انتشار 01 فروردین 1404