Hybrid Treatment Strategies Based on Hydrodynamic Cavitation, Advanced Oxidation Processes, and Aerobic Oxidation for Efficient Removal of Naproxen

Abstract

Removal of naproxen (NAP) present in wastewater has been studied using an improved approach based on hydrodynamic cavitation (HC), combined with ozone or hydrogen peroxide as pretreatment for biological oxidation. Initially, the operating conditions for pretreatment based on HC reactor has been optimized as an inlet pressure of 4 bar and pH 3, where the maximum extents of degradation of NAP (28.9%) and chemical oxygen demand (COD) reduction (11.3%) were achieved using the approach of HC operated individually. Combined approaches of HC with hydrogen peroxide (HC+ H 2 O 2 ) and ozone (HC + O 3 ) were also investigated for maximizing the removal of NAP from wastewater. Almost 100% NAP degradation with a COD reduction of 40% was obtained for the combined approach of HC + O 3 in 40 min, whereas HC + H 2 O 2 resulted in 80% degradation with COD reduction of 24% within 120 min of treatment. The effluent obtained from the best pretreatment approach of HC + O 3 was further treated using aerobic oxidation based on activated sludge, and it was observed that ∼89.5% COD reduction was achieved in the subsequent operation. Use of only aerobic oxidation resulted in 36.7% as the COD reduction and 20.4% as the biochemical oxygen demand (BOD) reduction. The biodegradability index (BI) was calculated for the raw effluent without any pretreatment, as well as for effluent subjected to HC + O 3 pretreatment. The increased value of biodegradability index, BI (from 0.35 to 0.70) and also the kinetic analysis of biological process revealed the improvement in biological oxidation using pretreatment based on HC and ozone. Also, the operational costs for different treatment approaches were calculated based on the power consumption. Overall, significant benefits using combination of ozone and hydrodynamic cavitation with aerobic oxidation have been demonstrated.

Кавітація У Комбінованих Технологіях Очищення Стічних Вод Від Толуену

“…Вступ. Кавітація та її комбінації з іншими методами -основа ефективних технологій очищення стічних вод від дисперсних твердих частинок [1,2] та шкідливих органічних сполук [3][4][5][6][7][8][9][10]. Так, встановлено, що максимальної швидкості флотації кальцію оксалату, який утворювався внаслідок хімічної взаємодії натрію оксалату (протрава під час дублення шкіри) із кавітаційно активованими дисперсними частинками суспензії кальцію гідроксиду, досягали за тривалості кавітаційного оброблення 600…900 с і тиску на вході у гідродинамічний кавітатор 0,3…0,4 МПа [1].…”

“…Ефективність деградації забруднювачів визначається їх початковою концентрацією у рідині (воді) [3], величиною pH [4], реаґентним режимом [4,5], енергетичними характеристиками кавітаційного оброблення (питомою потужністю ультразвукових генераторів, тиском на вході у гідродинамічні кавітатори) [6][7][8], а також конструктивними особливостями кавітаційних апаратів [9,10].…”

“…для вилучення протизапального препарату напроксену зі стічних вод фармацевтичних підприємств забезпечило ступінь деградації напроксену 100 % і зменшення величини ХСК на 40 %. Подальше використання аеробного окиснення на активованому мулі зумовлювало зменшення величини ХСК ще на 49,5 %, тобто загальне зменшення величини ХСК після застосування гідродинамічної кавітації, реаґентного оброблення та аеробного окиснення становило 89,5 % [7].…”

Treatment of rhodamine B with cavitation technology: comparison of hydrodynamic cavitation with ultrasonic cavitation

“…In recent years, cavitation technology has been widely used for the degradation of organic wastewater, purification of drinking water, hydrolysis of oils, and strengthening of biodiesel synthesis. Thanekar et al 15 have studied the treatment of naproxen (NAP) in wastewater with combined HC and oxidants (HC + O 3 ). They found that the best HC + O 3 pretreatment method can reduce chemical oxygen demand (COD) by 40%, and the sewage that is further treated with activated HC + O 3 has reduced COD by about 89.5%.…”

I&EC Research Special Issue on Fluidic Devices without Moving Parts

“…Some applications not envisaged at the time of the call are also seen (for example, a cook stove as a fluidic device without any moving parts). The contributions in this special issue may be broadly classified into four groups: Microfluidics/microreactors − Coils, curved channels, and inserts − Specialized fluidic devices − Other − …”