Ultrasounds and ozone in removal of humic substances from water

• Autorzy: Stępniak L. , Stańczyk-Mazanek E. , Kusiak M.

Warianty tytułu

PL

Ultradźwięki i ozon w usuwaniu substancji humusowych z wody

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Humic substances (HS) exist in the water-soil medium. HS are a basic component of soil humus and have great importance for conditioning, stabilizing and correcting the structure of soils. They penetrate also into natural waters, in composition of which they present 60÷80% total organic matter. HS due to their sorption ability of numerous harmful organic pollutants produced by human and their ability of forming complexes with heavy metals, should be removed from water during its treatment. Also, HS are known to form trihalomethanes (THM) upon final chlorination. HS-containing water is indirectly defined by sanitary norm as nonpotable. The combination of ultrasound (24 kHz) and ozone US/O3 for removal of HS from water was studied. Due to the application of US/O3 process the decrease of researched parameter was observed. With the reference to the obtained results it is possible to conclude that the US/O3 combined process was more effective in degrading HS than each process separately (synergetic effect). The most favourable reduction of the content of HA compounds was observed for higher intensities of the ultrasonic field.

PL

Substancje humusowe (SH) występują w środowisku wodno-gruntowym. SH, będąc podstawowym składnikiem humusu glebowego, odgrywają ważną rolę w glebie; kondycjonują, stabilizują i poprawiają jej strukturę. SH przenikają również do wód naturalnych, w których składzie stanowią 60÷80% całkowitej naturalnej materii organicznej. SH ze względu na swoją zdolność sorpcyjną wielu uciążliwych zanieczyszczeń organicznych antropogenicznych, jak również zdolność do tworzenia kompleksów z metalami ciężkimi muszą być usuwane z wody podczas jej uzdatniania. Również w efekcie końcowego chlorowania są przyczyną tworzenia się THM-ów. W artykule przedstawiono wyniki badań nad zastosowaniem połączonej metody ultradźwięków i ozonu UD/O3 do usuwania substancji humusowych z wody. Jako urządzenie wytwarzające ultradźwięki wykorzystano generator UP-400S (24 kHz) o mocy 300 W. Ilość energii ultradźwiękowej wprowadzanej do ośrodka i wysokość natężenia pola ultradźwiękowego były kontrolowane poprzez zmienny czas nadźwiękawiania (t = 5悐 minut) i zmianę amplitudy drgań w zakresie A = 18惖 μm. Natężenie pola ultradźwiękowego wynosiło powyżej 100 W/cm2. Dawka ozonu wynosiła 1ফ mg/dm3. Jako próbki przygotowano roztwór preparatu handlowego kwasów humusowych (FLUKA) w dejonizowanej wodzie (stężenie roztworu 10悐 mg/dm3). Skuteczność badanego procesu analizowano na podstawie zmiany, przed procesem i po nim, następujących parametrów: OWO, RWO, absorbancja UV254, barwa, utlenialność. W wyniku zastosowania procesu UD/O3 obserwowano zmniejszenie badanych parametrów. Na podstawie otrzymanych wyników potwierdzono, że metoda połączona UD/O3 była bardziej skuteczna w degradacji badanych związków humusowych niż każdy z procesów oddzielnie (efekt synergiczny). Najkorzystniejszy efekt redukcji zawartości tych związków odnotowano dla wyższych wartości natężenia pola ultradźwiękowego.

Słowa kluczowe

EN

water treatment; humic substances; ultrasounds; ozone

PL

oczyszczanie wody; substancje humusowe; ultradźwięki; ozon

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 15, nr 2
• Strony: 143--154
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz.

Twórcy

autor

Stępniak L.

autor

Stańczyk-Mazanek E.

autor

Kusiak M.

• Czestochowa University of Technology, Institute of Environmental Engineering, Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa,

Bibliografia

• [1] Camel V., Bermond A., The use of ozone and associatedoxidation processes in drinking water treatment, Water Research 1998, 32, 11, 3208(3222.
• [2] Imai D., Dabwan A., Kaneco S., Katsumata H., Suzuki T.,Kato T., Ohta K., Degradation of ma(rine humic acids by ozone(initiated radical reactions, Chemical Engineering Journal 2009, 148, 336(341.
• [3] Matilainen A., Sillanpaa M., Removal of natural organic matter from drinking water by advanced oxidation processes, Chemosphere 2010, 80, 351(365.
• [4] Lei Zhao, Jun Ma, Xuedong Zhai, Enhanced mechanism of catalytic ozonation by ultrasound with orthogonal dual frequencies for the degradation of nitrobenzene in aqueous solution,Ultra(sonics Sonochemistry 2010, 17, 1, 84 (91).
• [5] Lamsal R., Walsh M.E., Gagnon G.A., Comparison of advancedoxidation processes for the re(moval of natural organic matter, Water Research 2011, 45, 10, 3263(3269.
• [6] Dąbek L., Ozimina E., Picheta(Oleś A., Wpływ właściwości węgli aktywnych na szybkość usu(wania wybranych barwników z roztworów w obecności nadtlenku wodoru, Rocznik Ochrony Środowiska 2011, 13, 1023(1042.
• [7] Shuang Song, Haiping Ying, Zhiqiao He, Jianmeng Chen, Mechanism of decolorization and degradation of CI Direct Red 23 by ozonation combined with sonolysis, Chemosphere 2007, 66, 1782(1788.
• [8] Naddeo V., Belgiorno V., Ricco D., Kassinos D., Degradation of diclofenac during sonolysis, ozonation and their simultaneous application, Ultrasonics Sonochemistry 2009, 16, 6, 790(794.
• [9] Mahamuni N.N., Adewuyi Y.G., Advanced oxidation processes (AOPs) involving ultrasound for waste water treatment: A review with emphasis on cost estimation, Ultrasonics Sonochemistry 2010, 17, 6, 990(1003.
• [10] Schemer H., Narkis N., Sonochemical removal of trihalomethanes from aqueous solutions, Ultrasonics Sonochemistry 2005, 12, 6, 495(499.
• [11] Naddeo V., Belgiorno V., Napoli R., Behaviour of natural organic mater during ultrasonic irra(diation, Desalination 2007, 210, 175(182.
• [12] Mahvi A.H., Maleki A., Rezaee R., Safari M., Reduction of humic substances in water by appli(cation of ultrasound waves and ultraviolet irradiation, Iran. J. Environ. Health. Sci. Eng. 2009, 6, 4, 233(240.
• [13] Qi B.C., Aldrich C., Lorenzen L., Effect of ultrasonication on the humic acids extracted from lignocellulose substrate decomposed by anaerobic digestion, Chemical Engineering Journal 2004, 98, 153(163.
• [14] Chemat F., Teunissen P.G., Chemat S., Bartels P.V., Sono(oxidation treatment of humic substances in drinking water, Ultrasonics Sonochemistry 2001, 8, 3, 247(250.
• [15] Hui Zhang, Lijie Duan, Daobin Zhang, Absorption kineticsof ozone in water with ultrasonic radiation, Ultrasonics Sonochemistry 2007, 14, 5, 552(556.
• [16] Olson T.M., Barbier P.F., Oxidation kinetics of natural organic matter by sonolysis and ozone, Water Research 1994, 28, 6, 1383(1391.
• [17] Mingan Cui, Min Jang, Sang(Hyun Cho, David Elena, Jeehyeong Khim, Enhancement in min(eralization of a number of natural refractory organic compounds by the combined process of sonolysis and ozonolysis (US/O3), Ultrasonics Sonochemistry 2011, 18, 3, 773(780.