Efficient treatment for tannery wastewater through sequential electro-Fenton and electrocoagulation processes

• DOI: 10.1016/j.jece.2022.107424
• Publication Date: 2022-03-07T07:25:29Z
• Authors: Soumaya Rezgui; Mouna Ghazouani; Latifa Bousselmi; Hanene Akrout
• Keywords: Pulp and paper industry; Health, Toxicology and Mutagenesis; Electrode; Biomedical Engineering; Environmental engineering; Reuse; Wastewater; Nanoscale Zero-Valent Iron Applications and Remediation; FOS: Medical engineering; Oceanography; 01 natural sciences; Environmental science; Turbidity; Engineering; Electrocoagulation; Chromium Bioremediation and Health Impacts; Waste management; Water Science and Technology; 0105 earth and related environmental sciences; Wastewater Decontamination; FOS: Environmental engineering; Geology; FOS: Earth and related environmental sciences; Materials science; Anode; Sewage treatment; Chemistry; Physical chemistry; Environmental Science; Physical Sciences; Water Treatment; Wastewater Treatment; Chemical oxygen demand; Cathode; Advanced Oxidation Processes for Water Treatment

Ce travail vise à étudier la capacité d'utiliser des procédés d'électro-Fenton (EF) et d'électrocoagulation (EC) simples et séquentiels afin de traiter les eaux usées de tannerie. La première méthode (EF) a été exécutée avec une cathode à diffusion d'air pour la génération de H2O2 et du diamant dopé au bore (BDD) comme anode. La deuxième méthode (EC) a été réalisée avec des électrodes en acier doux. Les performances des procédés appliqués ont été suivies par les absorptions de la demande chimique en oxygène (DCO) ainsi que du Cr total en plus de la consommation d'énergie électrique (CEE). Pour atteindre les limites de rejet admissibles dans les milieux aquatiques, un procédé hybride EF-5 h EC de 2 h a été appliqué pour traiter les eaux usées de tannerie, sur la base des résultats d'optimisation de chaque méthode, atteignant (88,1 ± 4,8)% de taux d'élimination de la DCO avec élimination totale du Cr. En outre, les résultats de l'évolution d'autres paramètres tels que le pH, la turbidité et la concentration d'ions ont été discutés. En conséquence, la CEE globale du traitement hybride a été réduite à environ 1,7 fois. Enfin, les précipités et les boues générés à la fin de chaque traitement ont été examinés par analyse par diffraction des rayons X (DRX) afin de déterminer leur structure cristalline pour des possibilités de valorisation ou de réutilisation.<br/>This work aims to study the ability of using single and sequential electro-Fenton (EF) and electrocoagulation (EC) processes in order to treat tannery wastewater. The first method (EF) was run with an air diffusion cathode for H2O2 generation and boron–doped diamond (BDD) as an anode. The second method (EC) was conducted with mild steel electrodes. The applied processes' performance was monitored by the removals of chemical oxygen demand (COD) along with the total Cr in addition to the electric energy consumption (EEC). To achieve the allowable discharge limits in aquatic media, a hybrid 2 h EF-5 h EC process was applied to treat tannery wastewater, based on the optimization results of every single method, achieving (88.1 ± 4.8)% COD removal rate with total elimination of Cr. In addition, the results of other parameters evolution such as pH, turbidity and the concentration of ions were discussed. As a result, the global EEC of the hybrid treatment was reduced to about 1.7 times. Finally, precipitate and sludge generated at the end of each treatment were examined by X-Ray Diffraction (XRD) analysis to determine their crystalline structure for valorization or reuse possibilities.<br/>Este trabajo tiene como objetivo estudiar la capacidad de utilizar procesos de electro-Fenton (EF) y electrocoagulación (EC) individuales y secuenciales para tratar las aguas residuales de las curtidurías. El primer método (EF) se ejecutó con un cátodo de difusión de aire para la generación de H2O2 y diamante dopado con boro (BDD) como ánodo. El segundo método (EC) se llevó a cabo con electrodos de acero dulce. El rendimiento de los procesos aplicados fue monitoreado por las eliminaciones de la demanda química de oxígeno (COD) junto con el Cr total además del consumo de energía eléctrica (EEC). Para lograr los límites de descarga permitidos en medios acuáticos, se aplicó un proceso híbrido de 2 h EF-5 h EC para tratar las aguas residuales de la curtiduría, basado en los resultados de optimización de cada método, logrando una tasa de eliminación de DQO del (88.1 ± 4.8)% con eliminación total de Cr. Además, se discutieron los resultados de la evolución de otros parámetros como el pH, la turbidez y la concentración de iones. Como resultado, la EEC global del tratamiento híbrido se redujo a aproximadamente 1,7 veces. Finalmente, el precipitado y el lodo generado al final de cada tratamiento se examinaron mediante análisis de difracción de rayos X (XRD) para determinar su estructura cristalina para posibilidades de valorización o reutilización.<br/>يهدف هذا العمل إلى دراسة القدرة على استخدام عمليات الفنتون الكهربائي (EF) والتخثير الكهربائي (EC) أحادية ومتسلسلة من أجل معالجة مياه الصرف الصحي للمدابغ. تم تشغيل الطريقة الأولى (EF) مع كاثود انتشار الهواء لتوليد H2O2 والماس المشبع بالبورون (BDD) كقطب. تم إجراء الطريقة الثانية (EC) باستخدام إلكترودات فولاذية خفيفة. تمت مراقبة أداء العمليات المطبقة من خلال عمليات إزالة الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) جنبًا إلى جنب مع إجمالي الكروم بالإضافة إلى استهلاك الطاقة الكهربائية (EEC). لتحقيق حدود التصريف المسموح بها في الوسائط المائية، تم تطبيق عملية هجينة EF -5 h EC لمعالجة مياه الصرف الصحي للدباغة، بناءً على نتائج التحسين لكل طريقة، وتحقيق (88.1 ± 4.8 )٪ معدل إزالة COD مع القضاء التام على Cr. بالإضافة إلى ذلك، تمت مناقشة نتائج تطور المعلمات الأخرى مثل درجة الحموضة والتعكر وتركيز الأيونات. ونتيجة لذلك، تم تخفيض السوق الأوروبية المشتركة العالمية للمعالجة الهجينة إلى حوالي 1.7 مرة. أخيرًا، تم فحص الراسب والحمأة المتولدة في نهاية كل علاج من خلال تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) لتحديد بنيتها البلورية لإمكانيات التثمين أو إعادة الاستخدام.<br/>