تعهد نامه
مجله پژوهش در بهداشت محیط

مجله پژوهش در بهداشت محیط

مدل‌سازی رگرسیونی حذف فلزات سنگین از پساب نفتی با استفاده از فرآیند الکتروفنتون

نوع مقاله : مقالات پژوهشی

نویسندگان
امیرحسین معنوی 1
مهرداد چراغی 2
علی مهدی‌نیا 3
بهاره لرستانی 2
سهیل سبحان اردکانی 2
1 دانشجوی دکتری تخصصی علوم و مهندسی محیط‌زیست، گروه محیط‌زیست، واحد همدان، دانشگاه آزاد اسلامی، همدان، ایران.
2 استاد گروه محیط‌زیست، واحد همدان، دانشگاه آزاد اسلامی، همدان، ایران.
3 استاد پژوهشکده علوم اقیانوسی، پژوهشگاه ملی اقیانوس‌شناسی و علوم جوی، تهران، ایران.
10.22038/jreh.2025.91569.1731
چکیده
زمینه و هدف: فلزات سنگین به‌دلیل سمیت، پایداری زیستی و تجمع‌پذیری در زنجیرهای غذایی، از مهم‌ترین آلاینده‌های موجود در پساب‌های صنعتی هستند. این پژوهش با هدف بررسی کارایی فرآیند الکتروفنتون در حذف عناصر سرب، کادمیوم، نیکل و وانادیوم از پساب نفتی پالایشگاه آبادان انجام شد.

مواد و روش‌ها: آزمایش‌ها بر اساس طراحی سطح پاسخ (RSM) و به کمک نرم‌افزار Design-Expert انجام گردید. متغیرهای مورد بررسی شامل pH (6-4)، زمان واکنش (20–70 دقیقه)، میزان جریان (20–60 میلی‌آمپر بر سانتی‌مترمربع) و با استفاده از دو الکترود آهن و آلومینیم بود. غلظت نهایی فلزات با روش جذب اتمی (AAS) اندازه‌گیری شد و مدل‌سازی رگرسیونی برای پیش‌بینی عملکرد حذف به کار رفت.

یافته‌ها: نتایج نشان داد که کارایی حذف فلزات در شرایط بهینه (6=pH، زمان 30 دقیقه، جریان 60 میلی‌آمپر بر سانتیمتر مربعو استفاده از الکترود آلومینیومی) بیشترین مقدار را داشته است. در این شرایط، نرخ (درصد) حذف برای نیکل، وانادیوم، کادمیوم و سرب به‌ترتیب 81، 81/3، 81/8 و 86/7 به‌دست آمد. تحلیل آماری بیانگر آن بود که pH، زمان واکنش و نوع الکترود بیشترین تأثیر را بر عملکرد فرآیند داشته‌اند و مدل طراحی سطح پاسخ توانست با دقت بالا 0/9≈R² تغییرات را پیش‌بینی کند.

نتیجه‌گیری: یافته‌ها نشان می‌دهد که فرآیند الکتروفنتون با الکترود آلومینیومی در شرایط کنترل‌شده، روشی مؤثر برای حذف فلزات سنگین از پساب‌های نفتی است و می‌تواند به‌عنوان یک فناوری کارآمد و زیست‌سازگار در تصفیه پساب‌های صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
الکتروفنتون
عناصر سمی
پساب نفتی
روش سطح پاسخ
جذب اتمی

عنوان مقاله English

Regression Modeling of Heavy Metals Removal from Oily Wastewater Using Electro-fenton Process

نویسندگان English

Amir Hossein Manavi 1
Mehrdad Cheraghi 2
Ali Mahdinia 3
Bahareh Lorestani 2
Soheil Sobhan Ardakani 2
1 Ph.D Candidate, Dept. of Environment, Ha.C., Islamic Azad University, Hamedan, Iran
2 Professor, Dept. of Environment, Ha.C., Islamic Azad University, Hamedan, Iran.
3 Professor, Dept. of Ocean Science, Iranian National Institute for Oceanography and Atmospheric Science, Tehran, Iran
چکیده English

Background and Objective: Heavy metals are among the most critical pollutants in industrial wastewater due to their toxicity, bioaccumulation, and persistence in the food chain. This study aimed to evaluate the efficiency of the Electro-Fenton process in removing heavy metals (Ni, V, Cd, and Pb) from petroleum wastewater of the Abadan refinery.

Materials and Methods: Experiments were designed using Response Surface Methodology (RSM) with Design-Expert software. The investigated variables included pH (4–6), reaction time (20–70 min), current density (20–60 mA/cm2), and electrode type (Fe-Fe and Al-Al). Final metal concentrations were measured using Atomic Absorption Spectroscopy (AAS), and regression modeling was applied to predict removal performance.

Results: The findings revealed that the highest removal efficiencies were obtained under optimal conditions (pH = 6, reaction time = 30 min, current density = 60 mA/cm2, and aluminum electrodes). Under these conditions, removal efficiencies for nickel, vanadium, cadmium, and lead were 81%, 81.3%, 81.8%, and 86.7%, respectively. Statistical analysis showed that pH, reaction time, and electrode type had the most significant effects on the process, and the RSM model accurately predicted the variations (R² ≈ 0.9).

Conclusion: The results demonstrate that the Electro-Fenton process using aluminum electrodes under controlled conditions is an effective method for removing heavy metals from petroleum wastewater and can be applied as an efficient and eco-friendly technology for industrial wastewater treatment.
 
Open Access Policy: This is an open access article under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits use, distribution and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. To view a copy of this licence, visit https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
 

کلیدواژه‌ها English

Electro-Fenton
Toxic Elements
Petroleum Wastewater
Response Surface Methodology
Atomic Absorption Spectroscopy
  1. Tizro N, Moniri E, Saeb K, Ahmad Panahi H, Sobhanardakani S. Preparation and application of grafted β-Cyclodextrin/thermo-sensetive polymer onto modified Fe3O4@SiO2 nano-particles for fenitrothion elimination from aqueous solution. Microchem J. 2019;145:59-67. https://doi.org/10.1016/j.microc.2018.09.005
  2. Sobhanardakani S, Jamshidi K. Assessment of metals (Co, Ni and Zn) content in the sediments of Mighan Wetland using geo-accumulation index. Iran J Toxicol. 2015; 9(30):1386-1390.
  3. American Public Health Association (APHA), American Water Works Association (AWWA), & Water Environment Federation (WEF). (2023). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (24th ed.). Washington, D.C.: APHA Press.
  4. Azimi A, Azari A, Rezakazemi M, Ansarpour M. Removal of heavy metals from industrial wastewaters: a review. ChemBioEng Rev. 2017;4(1):37-59. https://doi.org/10.1002/cben.201600010
  5. De Silva M, Cao G, Tam KC. Nanomaterials for the removal and detection of heavy metals: a review. Environ Sci: Nano. 2025;12(4):2154-2176. https://doi.org/10.1039/D4EN01041H
  6. Garrido-Cardenas JA, Esteban-García B, Agüera A, Sánchez-Pérez JA, Manzano-Agugliaro F. Wastewater treatment by advanced oxidation process and their worldwide research trends. Int J Environ Res Publ Health. 2020;17(1):170. https://doi.org/10.3390/ijerph17010170
    PMid:31881722 PMCid:PMC6981484
  7. Guo W, Zhang J, Xu Y. Efficiency of aluminum electrodes in electrochemical treatment of industrial wastewater. J Environ Manage. 2018;227:402-10. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.08.048
    PMid:30121459
  8. Hosseinpour M, Ghanbari F, Alizadeh R. Optimization of electro-Fenton process for removal of heavy metals using response surface methodology. Environ Technol Innov. 2020;17:100563. doi:10.1016/j.eti.2020.100563
  9. Huang J, Wang S, Zhang Y. Synergistic effect of carbon nanotubes and electrochemical processes for removal of heavy metals in wastewater. J Hazard Mater. 2020;399:123047. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123047 PMid:32937711
  10. Iyer S, Deshmukh SM, Tapre RW. Review on removal of heavy metals from industrial effluents by adsorption. Rev Inorg Chem. 2024;0. https://doi.org/10.1515/revic-2024-0079
  11. Kew YN, Lau SY. Review on electrochemical reactors for efficient heavy metals removal from wastewater. J Ind Eng Chem. 2025;140:25-40. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2025.03.015
  12. Lu J. A rigorous introduction to linear models. arXiv preprint 2021. https://arxiv.org/abs/2105.04240
  13. Nidheesh PV, Ganiyu SO, Martínez-Huitle CA, Mousset E, Olvera-Vargas H, Trellu C, et al. Recent advances in electro-Fenton process and its emerging applications. Crit Rev Environ Sci Technol. 2023;53(8):887-913. https://doi.org/10.1080/10643389.2022.2093074
  14. Omar BM, Omar BM, Zyadah MA, Ali MY, El-Sonbati MA. Pre-treatment of composite industrial wastewater by Fenton & electro-Fenton processes. Sci Rep. 2024;14:27906. https://doi.org/10.1038/s41598-024-78846-w PMid:39537851 PMCid:PMC11561168
  15. Pham TD, Tan YW, Ong SA. A critical review on electro-Fenton treatment for organic pollutants in wastewater. Environ Pollut. 2021;287:117246. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.117246 PMid:33940231
  16. Pormazar SM, Dalvand A. Heterogeneous electro-Fenton process using a novel catalytic electrode for the degradation of direct dye from aqueous solutions: modeling, optimization, degradation pathway and toxicity evaluation. Appl Water Sci. 2025;15:52. https://doi.org/10.1007/s13201-025-02394-5
  17. Rayaroth MP, Aravindakumar CT, Shah NS, Boczkaj G. Advanced oxidation processes (AOPs) based wastewater treatment-unexpected nitration side reactions-a serious environmental issue: A review. Chem Eng J. 2022;430:133002. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133002
  18. Wang F. Research on novel heavy metal wastewater treatment methods. Acad J Environ Earth Sci. 2023;5(3):13-20. https://doi.org/10.25236/AJEE.2023.050303
  19. Wu L, Garg S, Waite TD. Progress and challenges in the use of electrochemical oxidation and reduction processes for heavy metals removal and recovery from wastewaters. J Hazard Mater. 2024;479:135581. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135581 PMid:39216250
  20. Yang R, Li X, Zhao J, Chen Y. Review on electrochemical processes for the treatment of heavy-metal containing wastewaters. Chem Eng J. 2025;495:148293.