کاربرد فرآیندهای فیزیکوشیمیایی تلفیق شده با فرآیند نیتریفیکاسیون بیولوژیک می تواند جهت ارتقای حذف نیتروژن آمونیاکی از فاضلاب سنتتیک به خصوص در غلظت های بالا سودمند باشد؛ بنابراین، در این مطالعه، یک فرآیند الکتروفوتوکاتالیستی حاوی پلاتین به عنوان آند و گرافیت پوشش داده شده با مخلوط نانو لوله های کربن و کربن بلاک به عنوان کاتد در ترکیب با لامپ های فرابنفش و نانوکاتالیست ترکیبی (اکسید روی و سیلیکا) تثبیت شده بر روی صفحات شیشه ای جهت کمک به حذف بیولوژیک نیتروژن آمونیاکی استفاده شد. در ابتدا، راندمان هر یک از فرآیندها (الکتروفوتوکاتالیستی و نیتریفیکاسیون بیولوژیک) به صورت مجزا با استفاده از روش آماری سطح پاسخ مبتنی بر طراحی مرکب مرکزی مورد بررسی واقع شد. در مورد راکتور الکتروفوتوکاتالیستی، کارایی حذف قسمت های مختلف فرآیند از ترتیب افزایشی که در ادامه می آید پیروی نمود: فرآیند فوتوکاتالیستی > فرآیند الکتروشیمیایی > فرآیند الکتروفوتوکاتالیستی. حذف نیتروژن آمونیاکی با کاهش غلظت اولیه نیتروژن آمونیاکی و افزایش زمان ماند و شدت جریان افزایش یافت. با توجه به نتایج می توان ابراز داشت که حذف الکتروفوتوکاتالیستی نیتروژن آمونیاکی مستقل از ph اولیه است. شرایط بهره برداری بهینه جهت فرآیند الکتروفوتوکاتالیستی، که 87 درصد راندمان حذف نیتروژن آمونیاکی را محقق ساخت، در ph اولیه 5/4، غلظت نیتروژن آمونیاکی 200 میلی گرم نیتروژن بر لیتر، زمان واکنش 90 دقیقه و شدت جریان 550 میلی آمپر به دست آمد. کاربرد آب دریا به عنوان الکترولیت جایگزین در راکتور الکتروفوتوکاتالیستی ثابت کرد که این الکترولیت از کلرید سدیم خالص کارایی بیشتری دارد. نتایج گویای این است که 3/97 درصد نیتروژن آمونیاکی تحت شرایط بهینه بهره برداری حذف گردید (غلظت اولیه نیتروژن آمونیاکی = 917 میلی گرم نیتروژن بر لیتر، زمان ماند هیدرولیکی = 108 دقیقه، شدت جریان = 8/1 آمپر و ph اولیه = 4/8) که بیانگر توانایی بالای این الکترولیت جهت حذف غلظت های بالای نیتروژن آمونیاکی است. در ارتباط با فرآیند نیتریفیکاسیون بیولوژیک، حداکثر حذف نیتروژن آمونیاکی با افزایش زمان واکنش و نرخ جریان هوا و رسیدن آن ها به بیشترین سطح خود رخ داد، در حالی که نتایج نشان داد که چگونه افزایش و یا کاهش نسبت بیکربنات سدیم به کلراید آمونیوم باعث کاهش حذف نیتروژن آمونیاکی می گردد. جهت بالاترین راندمان حذف نیتروژن آمونیاکی 7/98 درصد، نسبت بهینه بیکربنات سدیم به کلراید آمونیوم، نرخ جریان هوا و زمان واکنش به ترتیب 48/3، 86/0 لیتر بر دقیقه (44/3 لیتر حجم هوا به لیتر حجم راکتور در دقیقه) و 65/24 ساعت بر اساس غلظت اولیه نیتروژن آمونیاکی برابر با 200 میلی گرم نیتروژن بر لیتر به دست آمد. با توجه به فرآیند تلفیقی، نشان داده شده است که کاربرد فرآیند الکتروفوتوکاتالیستی با راندمان 60 درصد به عنوان پیش تصفیه می تواند باعث کاهش زمان واکنش فرآیند نیتریفیکاسیون بیولوژیک از 65/24 ساعت به 5/7 ساعت (کل زمان فرآیند تلفیقی 9 ساعت) شود به نحوی که استاندارد وضع شده جهت تخلیه نیتروژن آمونیاکی به آب های پذیرنده نیز تأمین شود. افزون بر این، با این الگو، حذف نیتروژن آمونیاکی با غلظت 600 میلی گرم نیتروژن بر لیتر طی مدت 31 ساعت در راکتور نیتریفیکاسیون بیولوژیک محقق شد. در کل، افزایش غلظت نیتروژن آمونیاکی باعث افزایش زمان ماند مورد نیاز جهت تأمین استاندارد تعیین شده گردید. به طور جالب توجه، با زمان بندی مناسب (3 ساعت نیتریفیکاسیون بیولوژیک سپس 5/1 ساعت فرآیند الکتروفوتوکاتالیستی)، حذف همزمان نیتروژن آمونیاکی و نیترات در شکل تلفیقی با کاربرد فرآیند الکتروفوتوکاتالیستی به عنوان تصفیه تکمیلی محقق شد (تحت شرایط بهینه بهره برداری جهت هر دو فرآیند الکتروفوتوکاتالیستی و نیتریفیکاسیون بیولوژیک). در نتیجه، می توان ابراز داشت که تلفیق فرآیندهای الکتروفوتوکاتالیستی و نیتریفیکاسیون بیولوژیک می تواند یک راهکار کارآمد جهت حذف نیتروژن آمونیاکی باشد.

روش¬های مختلفی جهت حساس سازی کاتالیزورهای مورد استفاده در فرآیند اکسایش فوتوکاتالیزوری به نور مرئی وجود دارد. در این کار پژوهشی از روش دوپه با فلزات (لانتانیدها) جهت حساس سازی کاتالیزور zno به نور مرئی استفاده شده است. لذا در بخش اول پروژه حاضر، نانوذرات zno خالص و zno دوپه شده با لانتانید یوروپیوم (eu) به روش سونوشیمیایی سنتز و با آنالیزهای sem، xps، xrd و ft-ir شناسایی شده است. بر اساس تصاویر sem نانوذرات zno سنتز شده دارای شکل غیر یکنواخت بودند که ناشی از تجمع نانوذرات در حین فرآیند سنتز می¬باشد. ولی در مورد نانوذرات دوپه شده با لانتانیدها ذرات دارای شکل یکنواخت بودند. میانگین اندازه نانوذرات zno دوپه شده با eu 40-20 نانومتر به دست آمد. با توجه به طیف xrd بعد از دوپه کردن با یون¬های لانتانید، فقط پیک¬های مربوط به zno مشاهده می¬شود و پیک¬های مربوط به اکسید لانتانیدها و سایر ناخالصی¬ها مشاهده نمی¬شود، که تایید می¬کند یون¬های eu+3 به جای یون¬های zn+2 جایگزین شده¬اند. در ادامه از نانوذرات zno دوپه شده با eu جهت حذف ماده رنگزای قرمز اسیدی 17 در فرآیند اکسایش فوتوکاتالیزوری تحت تابش نور مرئی بهره گرفته شد. راندمان رنگزدایی قرمز اسیدی 17 در فرآیند فوتوکاتالیزوری با استفاده از نانوذرات zno خالص وzno دوپه شده با eu به ترتیب 24 و60 درصد به دست آمد. تاثیر پارامترهای عملیاتی مانند غلظت آلاینده، غلظت کاتالیزور، غلظت اکسید کننده پراکسی دی-سولفات و زمان انجام واکنش با استفاده از طراحی آزمایش به روش رویه پاسخ مورد بررسی قرار گرفت. شرایط بهینه به دست آمده با استفاده از روش رویه پاسخ برای متغیرهای غلظت قرمز اسیدی 17، غلظت کاتالیزور، غلظت اکسید کننده پراکسی دی سولفات و زمان انجام واکنش به ترتیب mg/l 5، g/l 1، mmol/l 2/0 و 150 دقیقه به دست آمد. در شرایط بهینه در حضور پراکسی دی سولفات میزان حذف ماده رنگزا در فرآیند فوتوکاتالیزوری 98 درصد به دست آمد. آنالیز واریانس(anova) ضریب همبستگی بالایی را برای مدل پیشنهاد شده نشان داد (935/0r2= و 965/0adjusted-r2=). در بخش دوم کار پژوهشی حاضر، نانوذرات دوپه شده با پرازودایمیوم (pr) سنتز و با آنالیزهای sem، xps، xrd و ft-ir شناسایی شدند. از نانوذرات zno دوپه شده با pr در فرآیند سونوکاتالیز جهت حذف ماده رنگزای قرمز اسیدی 17 بهره گرفته شد. تاثیر پارامترهای عملیاتی مانند غلظت ماده رنگزا، غلظت کاتالیزور، اثر ph اولیه محلول و توان حمام اولتراسونیک مورد بررسی قرار گرفت. شرایط بهینه بدست آمده در این بخش از آزمایش¬ها برای متغیرهای غلظت اولیه قرمز اسیدی 7، غلظت کاتالیزور، ph اولیه و توان حمام اولتراسونیک به ترتیب mg/l 10، g/l 1، 25/6ph= و w/l 200 به دست آمد. میزان حذف ماده رنگزا در شرایط بهینه با استفاده از فرآیند سونوکاتالیز 100 درصد به دست آمد. همچنین تاثیر بازدارنده¬های رادیکالی مختلف و مواد اکسید کننده شیمیایی بر راندمان فرآیند سونوکاتالیزوری تخریب قرمز اسیدی 17 مورد بررسی قرار گرفت. در بخش سوم و پایانی کار پژوهشی، نانوذرات zno دوپه شده با گادولونیوم (gd) سنتز و با آنالیزهای sem، xps، xrd و ft-ir شناسایی شدند و در فرآیند سونوکاتالیز جهت حذف ماده رنگزای نارنجی اسیدی 7 بهره گرفته شد. به منظور یافتن شرایط بهینه برای رنگزدایی همانند بخش دوم، تاثیر پارامترهای عملیاتی مانند غلظت ماده رنگزا، غلظت کاتالیزور، تاثیر ph اولیه محلول و توان حمام اولتراسونیک مورد بررسی قرار گرفت. شرایط بهینه بدست آمده در این بخش از آزمایش¬ها برای متغیرهای غلظت اولیه نارنجی اسیدی 7، غلظت کاتالیزور و ph اولیه به ترتیب mg/l 5، g/l 1، 4/6ph= و w/l 150 به دست آمد. میزان حذف ماده رنگزای نارنجی اسیدی 7 با استفاده از نانوذرات zno دوپه شده با gd در شرایط بهینه ذکر شده در فرآیند سونوکاتالیز 92 درصد به دست آمد. همچنین کاتالیزورهای سنتز شده دارای تکرارپذیری بالایی هستند به طوری که بعد از 4 بار استفاده تنها 7 درصد کاهش کارایی دارند. با استفاده از آنالیز gc-ms اقدام به شناسایی محصولات حد واسط در مسیر تخریب سونوکاتالیزوری ماده رنگزای نارنجی اسیدی 7 گردید.

چکیده ندارد.