[論文レビュー] Efficient and Sustainable Treatment of Tannery Wastewater by a Sequential Electrocoagulation-UV Photolytic Process

Sameh Jallouli, Ahmed Wali+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 7, 2020

Dye analysis and toxicity被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、高濃度ななめし産業廃水の効率的で持続可能な処理を実現するため、逐次的電気凝集（EC）に続く紫外線光分解を提案する。組み合わせプロセスは、化学的酸素要求量（COD）を94.1％削減し、1000 mg/Lの排出基準をはるかに下回る428.7 mg/Lまで低下させた。同時に植物毒性も低減され、中程度のエネルギー消費（314.28 kWh/m³）でスケーラビリティを示した。

ABSTRACT

Tannery wastewater contains large amounts of pollutants that, if directly discharged into ecosystems, can generate an environmental hazard. The present investigation has focused the attention to the remediation of wastewater originated from tanned leather in Tunisia. The analysis revealed wastewater with a high level of chemical oxygen demand (COD) of 7376 mgO2/L. The performance in reduction of COD, via electrocoagulation (EC) or UV photolysis or, finally, operating electrocoagulation and photolysis in sequence was examined. The effect of voltage and reaction time on COD reduction, as well as the phytotoxicity were determined. Treated effluents were analysed by UV spectroscopy, extracting the organic components with solvents differing in polarity. A sequential EC and UV treatment of the tannery wastewater has been proven effective in the reduction of COD. These treatments combined afforded 94.1 % of COD reduction, whereas the single EC and UV treatments afforded respectively 85.7 and 55.9 %. The final COD value of 428.7 mg/L was found largely below the limit of 1000 mg/L for admission of wastewater in public sewerage network. Germination tests of Hordeum Vulgare seeds indicated reduced toxicity for the remediated water. Energy consumptions of 33.33 kWh/m3 and 314.28 kWh/m3 were determined for the EC process and for the same followed by UV treatment. Both those technologies are yet available and ready for scale-up.

研究の動機と目的

• 高化学的酸素要求量（COD）を含む高濃度のなめし産業廃水が引き起こす環境的危険を是正すること。
• 電気凝集（EC）、紫外線光分解、およびそれらの逐次的組み合わせのCOD低減効果を評価すること。
• ハトムギ（Hordeum vulgare）の発芽試験を用いて、処理済み効果水の植物毒性を評価すること。
• 逐次的EC-UVプロセスのエネルギー消費とスケーラビリティの可能性を特定すること。
• 紫外線分光法および極性による溶媒抽出を用いて、処理済み廃水中の有機成分を同定すること。

提案手法

• アルミニウム電極を用いた電気凝集（EC）を、異なる電圧と反応時間で適用し、コロイド状および溶解性汚染物質の不活性化を図る。
• ECに続いて254 nmの紫外線光分解を実施し、分解が困難な有機化合物を分解し、COD除去を強化する。
• UV-Vis分光法を用いて、処理前後における有機成分の変化を特徴づける。
• 極性の異なる溶媒（例：ヘキサン、酢酸エチル、メタノール）を用いて有機成分を抽出し、汚染物質の変換を評価する。
• ECおよびEC-UVプロセスのCOD低減効率とエネルギー消費（kWh/m³）を測定する。
• ハトムギ（Hordeum vulgare）の種子を用いた発芽試験を実施し、処理済み効果水の植物毒性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なめし産業廃水中における電気凝集（EC）、紫外線光分解、およびそれらの逐次的組み合わせのCOD低減効率は何か？
• RQ2 逐次的EC-UVプロセスは、処理済み効果水の植物毒性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 ECおよびEC-UVプロセスのエネルギー消費はどの程度で、システムはスケーラブルか？
• RQ4 処理後の廃水中の有機成分は、組成および極性においてどのように変化するか？
• RQ5 逐次的EC-UVプロセスは、公共下水道への排出基準である1000 mg/L未満のCODレベルに達成できるか？

主な発見

• 逐次的EC-UVプロセスは、CODを94.1％低減し、7376 mgO2/Lから428.7 mgO2/Lまで低下させた。
• 単一のEC処理ではCODが85.7％低減したが、UV光分解単体では55.9％の低減が達成された。
• 最終的なCOD濃度428.7 mgO2/Lは、公共下水道への排出基準である1000 mg/Lをはるかに下回る。
• 植物毒性試験の結果、EC-UV処理効果水では毒性が低減しており、ハトムギ種子の発芽率の向上が示された。
• エネルギー消費はECで33.33 kWh/m³、EC-UVの組み合わせで314.28 kWh/m³であり、中程度のエネルギー消費であることが判明した。
• UV分光法および溶媒抽出の結果、有機汚染物質の顕著な変換が確認され、特に高分子量の複雑な化合物の分解が顕著に観察された。