Removal of Antibiotics and Heavy Metal from Water by Electrocoagulation Technology

Abstract

The release of heavy metals and antibiotics into the environment is a major concern. It affects both human and aquatic lives. A promising cost-effective and high efficiency water treatment process is electrocoagulation (EC). In this study, EC was adopted to treat nickel (Ni) and tetracycline (TC) synthetic wastewater solutions using iron and aluminium electrode materials separately. Two different electrode materials (aluminium and iron) were investigated and compared. The results showed that removal efficiency is favorable at neutral and basic condition with increasing stirring speed and decreasing inter electrode distance. After optimum conditions, removal percentage of Ni solution by iron electrodes reached more than 99% within 60 min with optimum conditions (10 g.L-1 initial concentration, pH 7, 1 cm gap, 1.12 g NaCl, 9 V and 400 rpm mixing speed), while more than 96% removal of TC (15 mg.L-1) with the same electrode within 5 min with pH 9, 1 cm gap, 2.24 g NaCl, 9 V and 250 rpm mixing speed. On the other hand, %removal of TC with Al electrode reached 99.9% within 5 min reaction time (15mg.L-1 initial concentration, pH 7, 1 cm gap, 0.56g NaCl, 4.5 V and 400 rpm mixing speed). The operating costs and electrical energy consumed to remove Ni and TC by Fe were (1.4 $.m-3, 27.9 Kwh) and (0.95 $.m-3, 18.9 Kwh) respectively. In contrast, 0.26 $.m-3 and 5.18 Kwh were the operating cost and electrical energy consumed to remove TC via Al electrode respectively. EC operating parameters in this study at optinium conditions showed that the treatment is extremely effective.

ÖZ: Ağır metallerin ve antibiyotiklerin çevreye salınımı büyük bir endişe kaynağıdır. Hem insan hem de su yaşamını etkiler. Umut verici, uygun maliyetli ve yüksek verimli bir su arıtma işlemi elektrokoagülasyondur (EC). Bu çalışmada, demir ve alüminyum elektrot malzemeleri ayrı ayrı kullanılarak nikel (Ni) ve tetrasiklin (TC) sentetik atık su çözeltilerinin arıtılması için EC benimsenmiştir. İki farklı elektrot malzemesi (alüminyum ve demir) incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, artan karıştırma hızı ve azalan elektrotlar arası mesafe ile nötr ve bazik durumda giderme verimliliğinin olumlu olduğunu göstermiştir. Optimum koşullardan sonra, optimum koşullarda (10 gL-1 başlangıç konsantrasyonu, pH 7, 1 cm boşluk, 1.12 g NaCl, 9 V ve 400 rpm karıştırma hızı) demir elektrotlar tarafından Ni çözeltisinin uzaklaştırma yüzdesi 60 dakika içinde %99'un üzerine çıkmıştır. pH 9, 1 cm boşluk, 2.24 g NaCl, 9 V ve 250 rpm karıştırma hızı ile aynı elektrot ile 5 dakika içerisinde TC (15 mg.L 1) %96'dan fazla giderilirken. Öte yandan, Al elektrotlu TC'nin % uzaklaştırılması, 5 dakikalık reaksiyon süresi (15mg.L-1 başlangıç konsantrasyonu, pH 7, 1 cm boşluk, 0.56g NaCl, 4.5 V ve 400 rpm karıştırma hızı) içerisinde %99.9'a ulaştı. Ni ve TC'yi Fe ile uzaklaştırmak için tüketilen işletme maliyetleri ve elektrik enerjisi sırasıyla (1.4 $.m-3, 27.9 Kwh) ve (0.95 $.m-3, 18.9 Kwh) idi. Buna karşılık, 0,26 $.m-3 ve 5,18 Kwh, sırasıyla Al elektrot yoluyla TC'yi çıkarmak için tüketilen işletme maliyeti ve elektrik enerjisiydi. Optinium koşullarında yapılan bu çalışmada EC çalışma parametreleri, tedavinin son derece etkili olduğunu göstermiştir.