Removal of Chromium (VI) ions from Aqueous Solutions using Electrocoagulation System

Abstract

Access to freshwater resources has been dwindling in recent years, owing in part to the rising population, industrial expansion, and the uncontrolled discharge of various contaminants into waterways. Chromium-containing wastewater, in particular, is one of the major environmental contaminants; it is an exceedingly hazardous metal in the form of Cr(VI) that causes serious environmental and health issues. As a result, the goal of this study was to remove chromium ions from an aqueous solution utilizing cost-effective and environmentally friendly electrocoagulation technology with iron and aluminium electrodes, as well as to assess its treatment capacities under a variety of parametric conditions. Under identical conditions, the chromium removal efficiency of iron and aluminium electrodes were evaluated. First, the results shows that removal efficiency improves with increasing agitation in the reaction tank and at an optimum electrode distance of 2 cm under both acidic and basic conditions. At optimum conditions (chromium concentration of 25 mg/L, electrode distance of 2 cm, 1.5 g electrolyte (NaCl), 9 V, and stirring speed of 400 rpm); an iron electrode removed 95% of the chromium ion at pH 8, while an aluminium electrode removed ~100% of the chromium ion at pH 3 in 60 minutes. To treat 200 mL of the aqueous solution containing 25 mg/L of chromium ions, the Fe and Al electrodes demonstrated 81.5% and 92.4% Faraday electrode efficiencies and consumed 7.2 kWh and 13.5 kWh electrical energy, respectively. The operating costs to treat an aqueous solution containing 200 mL of chromium ion were $ 1.26 per m3 for Al and $ 0.68 per m3 for Fe electrode, when considering the electrical energy consumed and the cost of electrodes. When the removal efficiencies, treatment duration, and treatment cost are considered, it can be stated that the electrocoagulation approach used here is efficient, cost effective, and simple to manage and maintain. In addition, using the adsorption approach, the sludge produced can be reconditioned and utilized as an adsorbent for water treatment.

ÖZ: Kısmen artan nüfus, endüstriyel genişleme ve çeşitli kirleticilerin su yollarına kontrolsüz deşarjı nedeniyle tatlı su kaynaklarına erişim son yıllarda azalmaktadır. Özellikle krom içeren atık su, başlıca çevresel kirleticilerden biridir; ciddi çevre ve sağlık sorunlarına neden olan Cr(VI) formundaki son derece tehlikeli bir metaldir. Sonuç olarak, bu çalışmanın amacı, demir ve alüminyum elektrotlarla uygun maliyetli ve çevre dostu elektrokoagülasyon teknolojisini kullanarak sulu bir çözeltiden krom iyonlarını uzaklaştırmak ve ayrıca çeşitli parametrik koşullar altında arıtma kapasitelerini değerlendirmektir. Aynı koşullar altında, demir ve alüminyum elektrotların krom giderme verimliliği değerlendirildi. İlk olarak, sonuçlar, hem asidik hem de bazik koşullar altında, reaksiyon tankında artan çalkalama ile ve 2 cm'lik bir optimum elektrot mesafesinde çıkarma verimliliğinin arttığını göstermektedir. Optimum koşullarda (25 mg/L krom konsantrasyonu, 2 cm elektrot mesafesi, 1.5 g elektrolit (NaCl), 9 V ve 400 rpm karıştırma hızı); bir demir elektrot pH 8'de krom iyonunun %95'ini çıkarırken, bir alüminyum elektrot pH 3'te krom iyonunun ~%100'ünü 60 dakikada uzaklaştırdı. 25 mg/L krom iyonu içeren 200 mL sulu çözeltideki krom giderimi için Fe ve Al elektrotları sırasıyla %81.5 ve %92.4 Faraday elektrot verimliliği gösterdi ve yine sırasıyla 7,2 kWh ve 13,5 kWh elektrik enerjisi tüketti. 200 mL krom iyonu içeren sulu bir çözeltiyi işlemek için işletme maliyetleri, tüketilen elektrik enerjisi ve elektrotların maliyeti göz önüne alındığında, Al için m3 başına 1,26 $ (dolar) ve Fe elektrot için m3 başına 0,68 $ (dolar) olarak hesaplanmıştır. Giderim etkinliği, giderim süresi ve giderim maliyeti göz önüne alındığında, burada kullanılan elektrokoagülasyon yaklaşımının verimli, uygun maliyetli, yönetimi ve bakımı basit olduğu ifade edilebilir. Ek olarak, adsorpsiyon yaklaşımı kullanılarak üretilen kalıntı, yenilenebilir ve su arıtımı için bir adsorban olarak kullanılabilir.