Published March 24, 2022 | Version v1
Publication Open

Enhanced Performance of Natural Polymer Coagulants for Dye Removal from Wastewater: Coagulation Kinetics, and Mathematical Modelling Approach

Creators

  • 1. Nnamdi Azikiwe University
  • 2. Enugu State University of Science and Technology

Description

This study explores the potentials of Brachystegia eurycoma coagulant (BEC) and Vigna subterranean coagulant (VSC) as natural organic polymers (NOPs) for the decolourisation of Crystal Ponceau 6R (AR 44) in wastewater. Materials characterisation studies were done on the precursors. A detailed kinetics study was employed. The decolourisation procedures were evaluated through time-dependent reduction in the concentration of particles, with the variation of the independent parameters. The proximate analysis showed protein contents of 19.77% and 18.15% for BEC and VSC, respectively. The functional test showed the presence of –OH, N–H, and C=H. The surface morphological study revealed some rough surfaces, different pores sizes, and compact-net structures. The order of removal efficiency was VSC > BEC with an optimum of 88.8% and 73.3%, respectively. The values of the coagulation rate constant (K) and coagulation order (α) obtained for BEC and VSC were 6.38 × 10− 4 L mg− 1 min− 1, 1.8 and 4.03 × 10− 3 L mg− 1 min− 1, 1.9, respectively. The coagulation time, T ag of 31.35 and 26.96 min for BEC and VSC, respectively, disclosed quick coagulation. The coagulation-flocculation kinetics demonstrated that the process conforms to the pseudo-second-order model with R 2 >0.997, suggesting that the rate-controlling mechanism is governed by chemisorption. In the mass transfer study, experimental data were well predicted by the cross-validation test, with a percentage mean relative deviation modulus (M%) of 3.26 and 2.54 for BEC and VSC, respectively. These coagulants added meaningful progress in wastewater treatment by coagulation-flocculation while displaying significant adsorption features. Likewise, the usage of kinetics studies and particle behaviour modelling should be a prerequisite in water treatment processes.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تستكشف هذه الدراسة إمكانات تخثر العضلة العضدية اليوركية (BEC) والتخثر الجوفي فيجنا (VSC) كبوليمرات عضوية طبيعية (NOPs) لإزالة اللون من كريستال بونسو 6R (AR 44) في مياه الصرف الصحي. أجريت دراسات توصيف المواد على السلائف. تم استخدام دراسة حركية مفصلة. تم تقييم إجراءات إزالة اللون من خلال تقليل تركيز الجسيمات اعتمادًا على الوقت، مع اختلاف المعلمات المستقلة. أظهر التحليل التقريبي محتويات البروتين بنسبة 19.77 ٪ و 18.15 ٪ لـ BEC و VSC، على التوالي. أظهر الاختبار الوظيفي وجود - OH و NH و C=H. كشفت الدراسة المورفولوجية السطحية عن بعض الأسطح الخشنة وأحجام المسام المختلفة وهياكل الشبكة المدمجة. كان ترتيب كفاءة الإزالة هو VSC > BEC بنسبة مثلى 88.8 ٪ و 73.3 ٪ على التوالي. كانت قيم ثابت معدل التخثر (K) وترتيب التخثر (α) التي تم الحصول عليها لـ BEC و VSC هي 6.38 × 10- 4 لتر مجم- 1 دقيقة-1، 1.8 و 4.03 × 10- 3 لتر مجم- 1 دقيقة-1، 1.9، على التوالي. كشف وقت التخثر، الذي يبلغ 31.35 و 26.96 دقيقة لـ BEC و VSC، على التوالي، عن تخثر سريع. أظهرت حركيات التخثر والتلبد أن العملية تتوافق مع نموذج الترتيب الثاني الزائف مع R 2 >0.997، مما يشير إلى أن آلية التحكم في المعدل يحكمها الامتزاز الكيميائي. في دراسة نقل الكتلة، تم التنبؤ بالبيانات التجريبية بشكل جيد من خلال اختبار التحقق المتبادل، مع نسبة مئوية لمتوسط معامل الانحراف النسبي (M٪) من 3.26 و 2.54 لـ BEC و VSC، على التوالي. أضافت مواد التخثر هذه تقدمًا هادفًا في معالجة مياه الصرف الصحي عن طريق تلبد التخثر مع عرض ميزات امتزاز كبيرة. وبالمثل، يجب أن يكون استخدام دراسات الحركية ونمذجة سلوك الجسيمات شرطًا أساسيًا في عمليات معالجة المياه.

Translated Description (French)

Cette étude explore les potentiels du coagulant Brachystegia eurycoma (bec) et du coagulant souterrain Vigna (VSC) en tant que polymères organiques naturels (NOP) pour la décoloration du Crystal Ponceau 6R (AR 44) dans les eaux usées. Des études de caractérisation des matériaux ont été réalisées sur les précurseurs. Une étude cinétique détaillée a été utilisée. Les procédures de décoloration ont été évaluées par réduction de la concentration de particules en fonction du temps, avec variation des paramètres indépendants. L'analyse proximale a montré des teneurs en protéines de 19,77% et 18,15% pour bec et VSC, respectivement. Le test fonctionnel a montré la présence de –OH, N–H et C=H. L'étude morphologique de surface a révélé des surfaces rugueuses, des tailles de pores différentes et des structures de réseau compact. L'ordre d'efficacité d'élimination était VSC > bec avec un optimum de 88,8% et 73,3%, respectivement. Les valeurs de la constante de vitesse de coagulation (K) et de l'ordre de coagulation (α) obtenues pour bec et VSC étaient de 6,38 × 10− 4 L mg − 1 min− 1, 1,8 et 4,03 × 10− 3 L mg− 1 min− 1, 1,9, respectivement. Le temps de coagulation, T ag de 31,35 et 26,96 min pour bec et VSC, respectivement, a révélé une coagulation rapide. La cinétique de coagulation-floculation a démontré que le processus est conforme au modèle de pseudo-seconde-ordre avec R 2 >0,997, suggérant que le mécanisme de contrôle de la vitesse est régi par la chimisorption. Dans l'étude de transfert de masse, les données expérimentales ont été bien prédites par le test de validation croisée, avec un module d'écart relatif moyen en pourcentage (M%) de 3,26 et 2,54 pour bec et VSC, respectivement. Ces coagulants ont ajouté des progrès significatifs dans le traitement des eaux usées par coagulation-floculation tout en présentant des caractéristiques d'adsorption significatives. De même, l'utilisation d'études cinétiques et de modélisation du comportement des particules devrait être une condition préalable dans les processus de traitement de l'eau.

Translated Description (Spanish)

Este estudio explora los potenciales del coagulante de Brachystegia eurycoma (BEC) y el coagulante subterráneo Vigna (VSC) como polímeros orgánicos naturales (NOP) para la decoloración de Crystal Ponceau 6R (AR 44) en aguas residuales. Se realizaron estudios de caracterización de materiales sobre los precursores. Se empleó un estudio cinético detallado. Los procedimientos de decoloración se evaluaron a través de la reducción dependiente del tiempo en la concentración de partículas, con la variación de los parámetros independientes. El análisis próximo mostró contenidos de proteínas de 19.77% y 18.15% para BEC y VSC, respectivamente. La prueba funcional mostró la presencia de –OH, N–H y C=H. El estudio morfológico de superficie reveló algunas superficies rugosas, diferentes tamaños de poros y estructuras de red compacta. El orden de eficiencia de eliminación fue VSC > BEC con un óptimo de 88.8% y 73.3%, respectivamente. Los valores de la constante de velocidad de coagulación (K) y el orden de coagulación (α) obtenidos para BEC y VSC fueron 6.38 × 10− 4 L mg− 1 min− 1, 1.8 y 4.03 × 10− 3 L mg− 1 min− 1, 1.9, respectivamente. El tiempo de coagulación, Tag de 31.35 y 26.96 min para BEC y VSC, respectivamente, reveló una coagulación rápida. La cinética de coagulación-floculación demostró que el proceso se ajusta al modelo de pseudo-segundo orden con R 2 >0,997, lo que sugiere que el mecanismo de control de la velocidad se rige por la quimisorción. En el estudio de transferencia de masa, los datos experimentales se predijeron bien mediante la prueba de validación cruzada, con un módulo de desviación relativa media porcentual (M%) de 3.26 y 2.54 para BEC y VSC, respectivamente. Estos coagulantes añadieron un progreso significativo en el tratamiento de aguas residuales por coagulación-floculación mientras mostraban características de adsorción significativas. Del mismo modo, el uso de estudios cinéticos y modelos de comportamiento de partículas debe ser un requisito previo en los procesos de tratamiento de agua.

Files

latest.pdf.pdf

Files (731.2 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:5dbbc4f3d3ee7d1a1e8faf321c7dbbb4
731.2 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الأداء المحسن لمخثرات البوليمر الطبيعية لإزالة الصبغة من مياه الصرف الصحي: حركية التخثر، ونهج النمذجة الرياضية
Translated title (French)
Amélioration des performances des coagulants polymères naturels pour l'élimination des colorants des eaux usées : cinétique de coagulation et approche de modélisation mathématique
Translated title (Spanish)
Mejor rendimiento de los coagulantes de polímeros naturales para la eliminación de colorantes de las aguas residuales: cinética de la coagulación y enfoque de modelado matemático

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4225688146
DOI
10.1007/s40710-022-00561-3

Is supplement to
https://openalex.org/W159531061 (Other)
https://openalex.org/W2349051655 (Other)
https://openalex.org/W2369154212 (Other)
https://openalex.org/W1549008700 (Other)
https://openalex.org/W2613560984 (Other)
https://openalex.org/W1602880324 (Other)
https://openalex.org/W2003564114 (Other)
https://openalex.org/W2350539592 (Other)
https://openalex.org/W4250902863 (Other)
https://openalex.org/W3197625826 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Nigeria

References

  • https://openalex.org/W1572819095
  • https://openalex.org/W1607981218
  • https://openalex.org/W1966345661
  • https://openalex.org/W1968114192
  • https://openalex.org/W1989157581
  • https://openalex.org/W1994343204
  • https://openalex.org/W1996073808
  • https://openalex.org/W2005270565
  • https://openalex.org/W2014022169
  • https://openalex.org/W2027931083
  • https://openalex.org/W2038436904
  • https://openalex.org/W2048981228
  • https://openalex.org/W2055672590
  • https://openalex.org/W2065611018
  • https://openalex.org/W2071603422
  • https://openalex.org/W2085045295
  • https://openalex.org/W2090332669
  • https://openalex.org/W2098310507
  • https://openalex.org/W2120360822
  • https://openalex.org/W2131777974
  • https://openalex.org/W2220908867
  • https://openalex.org/W2276956059
  • https://openalex.org/W2329943167
  • https://openalex.org/W2755269934
  • https://openalex.org/W2783170538
  • https://openalex.org/W2810083856
  • https://openalex.org/W2895752197
  • https://openalex.org/W2908810971
  • https://openalex.org/W2972863771
  • https://openalex.org/W2981388018
  • https://openalex.org/W3018604492
  • https://openalex.org/W3037420902
  • https://openalex.org/W3042126987
  • https://openalex.org/W3042668929
  • https://openalex.org/W3046411435
  • https://openalex.org/W3089022225
  • https://openalex.org/W3093598265
  • https://openalex.org/W3097335670
  • https://openalex.org/W3098787144
  • https://openalex.org/W3110232747
  • https://openalex.org/W3117868424
  • https://openalex.org/W3118892866
  • https://openalex.org/W3137199515
  • https://openalex.org/W3137814709
  • https://openalex.org/W3151266251
  • https://openalex.org/W3155114612
  • https://openalex.org/W3165770651
  • https://openalex.org/W3183892994
  • https://openalex.org/W3196196774
  • https://openalex.org/W4321794881