Statistical optimization of industrial textile wastewater treatment by electrochemical methods

Abstract

In this work, the Box-Behnken experimental design and the surface response methodology were applied for the optimization of the operational conditions of the electro-catalytic degradation of wastewaters, resulting from a local textile industry. The experiments were carried out in a laboratory scale batch cell reactor, with monopolar configuration, and electrodes made of boron-doped diamond (anode) and titanium (cathode). The multifactorial experimental design included the following variables: current density (i: 5-10 mA/cm 2 ), pH (3-7), and submerged cathode area (CA: 8-24 cm 2 ). To determine the process efficiency, the degradation percentage of: the chemical oxygen demand (%DCOD), the total organic carbon (%DTOC) and the color (%DC) were defined as response variables. The following optimal conditions for the electrooxidation (EO) process were obtained: i = 10 mA/cm 2 , pH = 3 and CA = 16 cm 2 , reaching ca. 92 % of DC, 37 % of DCOD and 31 % of DTOC. The electro-Fenton (EF) and photo-electro-Fenton (PEF) processes were also evaluated at EO optimal conditions. For the EF process, with addition of iron (0.3 mM), the %DC, %DCOD and %DTOC was enhanced to 95, 52 and 45 %, respectively. For the PEF process (UV = 365 nm), it was possible to reach 98 %DC, 56 %DCOD and 48 %DTOC.

Degradación de Colorante Amarillo 12 de Aguas Residuales Industriales utilizando Hierro Cero Valente, Peróxido de Hidrógeno y Radiación Ultravioleta

“…El p-valor verifica la significancia estadística de cada factor. Con un intervalo de confianza del 95%, un p-valor inferior a 0,05 implica que el factor o su interacción tiene un efecto estadísticamente significativo sobre las variables respuesta (Montgomery, 2010;GilPavas et al, 2014a). De los coeficientes presentados en la Tabla 6 se observa que los tres factores ZVI, pH, y H2O2 presentan p-valores inferiores a 0,05 para las dos variables de respuesta; por lo tanto, influyen significativamente sobre la eficiencia del proceso.…”

“…La MSR empleada considera todos los factores principales y sus interacciones. Se empleó el DBB, método especial para analizar procesos con varios factores cuya principal ventaja es que son rotables y reducen el número de pruebas experimentales para realizar la optimización (GilPavas et al, 2014a). La programación de los experimentos y análisis estadístico de los datos se realizó con la ayuda del software estadístico Statgraphics Centurión XVI.…”

“…En este campo, los Procesos Avanzados de Oxidación (PAO's) se han destacado por su capacidad para tratar aguas altamente contaminadas, incluyendo las aguas residuales de la industria textil (Duarte et al, 2013;GilPavas et al, 2014a), lixiviados de rellenos sanitarios (Vedrenne et al, 2012), pesticidas (Rivas et al, 2015), aguas contaminadas con compuestos fenólicos (Papoutsakis et al, 2015), y otros contaminantes (Carra et al, 2014;Saldaña-Robles et al, 2014).…”

“…El diseño estadístico más común utilizado bajo MSR es el diseño Box-Behnken (DBB). Este método ha probado ser eficiente, flexible y proporciona datos suficientes sobre los efectos de las variables, con un número mínimo de experimentos (GilPavas et al, 2014a, GilPavas et al, 2014b.…”

Optimización de los Costos de Operación del Proceso de Electro-oxidación para una Planta de Tratamiento de Aguas Mediante Análisis Estadístico de Superficie de Respuesta

“…Sin embargo, la mayoría de ellos se han centrado en la cuantificación del efecto de condiciones de operación como densidad de corriente (i), área de electrodos (Ae), concentración de electrolito, concentración del contaminante (Ci), pH, y tiempo de reacción (Anglada y Urtiaga, 2009).El objetivo ha sido maximizar la degradación de contaminantes en el agua, sin tener en cuenta la minimización de los costos de operación (Martínez y Brillas., 2009;Anglada y Urtiaga, 2010;Yavuzet al, 2010, Ramírez et al, 2013, GilPavas et al, 2014a, GilPavas et al, 2015, lo cual es fundamental para la implementación de esta tecnología a escala industrial. Ramírez et al(2013) evaluaron el proceso EO para la remoción del colorante azo naranja de metilo a escala piloto con un caudal de 12 L/min y usando la MSR, los autores encontraron que las condiciones óptimas para la degradación fueron pH:3 y un área de electrodos de 64 cm 2 , obteniendo una degradación del 94% en 138 minutos con una i de 31 mA/cm 2 ; no obstante, no se considera que es posible alcanzar la misma degradación con otras condiciones que reduzcan el costo total de la operación, como se demuestra en la presente investigación.…”