دوره 14، شماره 2 - ( 6-1405 )
جلد 14 شماره 2 صفحات 183-153 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Mehralipour J, Babaeinia P. Effective Removal of Polyethylene Microplastics from Aqueous Environments by Electrocoagulation: Modeling, Optimization, and Process Applicability. , J Environ Health Eng. 2026; 14 (2) :153-183
URL: http://jehe.abzums.ac.ir/article-1-1177-fa.html
URL: http://jehe.abzums.ac.ir/article-1-1177-fa.html
مهرعلی پور جمال، بابایی نیا پریا. حذف مؤثر میکروپلاستیک پلی‌اتیلن از محیط های آبی با الکتروگواگولاسیون: مدل‌سازی، بهینه‌سازی و کاربردپذیری فرایند. , مجله مهندسی بهداشت محیط. 1405; 14 (2) :153-183
1- مرکز تحقیقات سلامت در حوادث و بلایا، پژوهشکده سلامت اجتماعی، دانشگاه علوم توانبخشی و سلامت اجتماعی، تهران، ایران
2- مرکز تحقیقات سلامت در حوادث و بلایا، پژوهشکده سلامت اجتماعی، دانشگاه علوم توانبخشی و سلامت اجتماعی، تهران، ایران ،pariya.babaei251079@yahoo.com
2- مرکز تحقیقات سلامت در حوادث و بلایا، پژوهشکده سلامت اجتماعی، دانشگاه علوم توانبخشی و سلامت اجتماعی، تهران، ایران ،
چکیده: (6 مشاهده)
زمینه و هدف: با توجه به مخاطرات میکروپلاستیک‌های نوظهور، کارایی فرایند الکتروکواگولاسیون در حذف پلی‌اتیلن بهینه‌سازی و عملکرد آن در ترکیب با فرایندهای فوتو و سونوالکتروکواگولاسیون ارزیابی شد.
مواد و روش‌ها: این مطالعه در یک راکتورالکتروشیمیایی ناپیوسته با حجم یک لیتر انجام شد. بهینه‌سازی متغیرهای فرایند، با استفاده از طراحی ترکیبی مرکزی انجام شد. در شرایط بهینه، تاثیر حضور امواج فراصوت و پرتوی ماورابنفش، میزان حذف COD و TOC، سینتیک واکنش و میزان انرژی مصرفی مورد بررسی قرار گرفت.
یافته‌ها: بر اساس یافته‌ها، مدل درجه‌دوم برازش مناسبی بر داده‌های فرایند داشت. شرایط بهینه (۶/۹=pH، جریان= آمپر، فاصله الکترودی=۱ سانتیمتر، ۶ الکترود) طی ۷۵دقیقه به راندمان ۹۶/۸ درصد رسید. در شرایط یکسانِ ۴۵ دقیقه‌ای، راندمان فرایندهای فوتوالکتروکواگولاسیون، سونوالکتروکواگولاسیون و الکتروکواگولاسیون به‌ترتیب ۹۲، ۸۸ و ۷۳ درصد بود. سینتیک حذف در الکتروکواگولاسیون از مدل درجه‌صفر و در سیستم‌های هیبریدی از مدل درجه‌اول تبعیت کرد. تغییرات ضریب هم‌افزایی در بازه ۱۵ تا ۷۵ دقیقه نشان داد که راندمان سیستم‌های هیبریدی با زمان افزایش یافت. کاهش COD/TOC کمتر از حذف میکروپلاستیک بود که گویای غلبه جداسازی فیزیکی بر اکسیداسیون سطحی است. مصرف انرژی ویژه نیز برای الکتروکواگولاسیون، فوتوالکتروکواگولاسیون و سونوالکتروکواگولاسیون به‌ترتیب ۳۳/۷۵، ۳۸/۲۵ و ۱۹۸/۷۵ kWh/m³ محاسبه شد.
نتیجه‌گیری: فرایندهای هیبریدی فوتو و سونوالکتروکواگولاسیون با تسریع سینتیک حذف و افزایش راندمان، کارایی بالاتری نسبت به الکتروکواگولاسیون نشان دادند و پتانسیل مناسبی برای کاربرد در تصفیه محیط‌های آبی آلوده به میکروپلاستیک دارند.
مواد و روش‌ها: این مطالعه در یک راکتورالکتروشیمیایی ناپیوسته با حجم یک لیتر انجام شد. بهینه‌سازی متغیرهای فرایند، با استفاده از طراحی ترکیبی مرکزی انجام شد. در شرایط بهینه، تاثیر حضور امواج فراصوت و پرتوی ماورابنفش، میزان حذف COD و TOC، سینتیک واکنش و میزان انرژی مصرفی مورد بررسی قرار گرفت.
یافته‌ها: بر اساس یافته‌ها، مدل درجه‌دوم برازش مناسبی بر داده‌های فرایند داشت. شرایط بهینه (۶/۹=pH، جریان= آمپر، فاصله الکترودی=۱ سانتیمتر، ۶ الکترود) طی ۷۵دقیقه به راندمان ۹۶/۸ درصد رسید. در شرایط یکسانِ ۴۵ دقیقه‌ای، راندمان فرایندهای فوتوالکتروکواگولاسیون، سونوالکتروکواگولاسیون و الکتروکواگولاسیون به‌ترتیب ۹۲، ۸۸ و ۷۳ درصد بود. سینتیک حذف در الکتروکواگولاسیون از مدل درجه‌صفر و در سیستم‌های هیبریدی از مدل درجه‌اول تبعیت کرد. تغییرات ضریب هم‌افزایی در بازه ۱۵ تا ۷۵ دقیقه نشان داد که راندمان سیستم‌های هیبریدی با زمان افزایش یافت. کاهش COD/TOC کمتر از حذف میکروپلاستیک بود که گویای غلبه جداسازی فیزیکی بر اکسیداسیون سطحی است. مصرف انرژی ویژه نیز برای الکتروکواگولاسیون، فوتوالکتروکواگولاسیون و سونوالکتروکواگولاسیون به‌ترتیب ۳۳/۷۵، ۳۸/۲۵ و ۱۹۸/۷۵ kWh/m³ محاسبه شد.
نتیجه‌گیری: فرایندهای هیبریدی فوتو و سونوالکتروکواگولاسیون با تسریع سینتیک حذف و افزایش راندمان، کارایی بالاتری نسبت به الکتروکواگولاسیون نشان دادند و پتانسیل مناسبی برای کاربرد در تصفیه محیط‌های آبی آلوده به میکروپلاستیک دارند.
واژه‌های کلیدی: میکروپلاستیک پلی‌اتیلن، الکتروکواگولاسیون، فوتوالکتروکواگولاسیون، سونوالکتروکواگولاسیون، روش سطح پاسخ
فهرست منابع
1. Kida M, Pochwat K, Ziembowicz S, Strojny W, Koszelnik P. Estimating methane emissions during microplastic degradation in aquatic environments. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2026:123808. [DOI:10.1016/j.jece.2026.123808]
2. Kamalasekaran K, Sundramoorthy AK. A review on microplastics: sources, environmental fate, degradation pathways, and analytical identification methods. RSC advances. 2026;16(15):13851-74. [DOI:10.1039/D5RA09062H]
3. Kowalczyk P, Kadac-Czapska K, Grembecka M. Polyethylene packaging as a source of microplastics: Current knowledge and future directions on food contamination. Foods. 2025;14(14):2408. [DOI:10.3390/foods14142408]
4. Ho KL, Yeap SP, Lee KM. A critical review of microplastics and nanoplastics in wastewater: Insights into adsorbent-based remediation strategies. Environmental Pollution. 2025;382:126658. [DOI:10.1016/j.envpol.2025.126658]
5. Zoumpouli GA, Krapfl S, Burkhardt M, Chew J, Wu B. Impact of microplastic fibres on direct membrane filtration of low-strength primary wastewater. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2025:118476. [DOI:10.1016/j.jece.2025.118476]
6. Melis N, Rubanu MG, Mais L, Mascia M, Vacca A. Removal of polyethylene terephthalate microplastics from water with reactive oxygen species generated by electrochemical and photoelectrochemical processes. Electrochimica Acta. 2025;537:146905. [DOI:10.1016/j.electacta.2025.146905]
7. Ziembowicz S, Kida M, Koszelnik P, Zdeb M, Baluk M. The role of abiotic and biotic aging in the elimination of polyethylene microplastics by coagulation. Science of the Total Environment. 2026;1023:181633. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2026.181633]
8. Bharti A, Sengupta S, Mondal A. Enhancing the degradation of polystyrene and polyethylene terephthalate microplastics in water using electrochemical treatment at neutral pH. Journal of Environmental Management. 2025;394:127401. [DOI:10.1016/j.jenvman.2025.127401]
9. Aziz KH, Mustafa FS, Karim MA, Hama S. Pharmaceutical pollution in the aquatic environment: advanced oxidation processes as efficient treatment approaches: a review. Mater Adv. 2025;6(11):3433-54. [DOI:10.1039/D4MA01122H]
10. Patel SK, Shukla SC, Natarajan BR, Asaithambi P, Dwivedi HK, Sharma A, et al. State of the art review for industrial wastewater treatment by electrocoagulation process: Mechanism, cost and sludge analysis. Desalination and Water Treatment. 2025;321:100915. [DOI:10.1016/j.dwt.2024.100915]
11. Maindarkar SP, Salunke SR, Wagh SS, Dhekane PA, Chaugule SS, Khadake SB. Solar-Powered Automated Electrocoagulation System for Sustainable Sugar Mill Wastewater Treatment. IJARSCT; 2026.
12. Yan H, Wang Z, Weng Y, Pan H, Zhang L, Han X, et al. Characteristics and mechanisms of microplastics-heavy metals composite pollutants removal in the electrocoagulation process: study on PE microplastics and Cr (VI). Journal of Environmental Chemical Engineering. 2025;13(3):117103. [DOI:10.1016/j.jece.2025.117103]
13. Man S, Liu X, Presser V, Dong S, Li Z, Qiu L, et al. Degradation of microplastics by electrocoagulation technology: Combination oxidation and flocculation effects. Journal of Hazardous Materials. 2025;493:138379. [DOI:10.1016/j.jhazmat.2025.138379]
14. Lu J, Yan J, Jia Y, Hou B, Zheng S, Bai H, et al. The Enhancement Effect and Mechanism of Natural Clay on the Removal of Polyethylene Microplastics by Electrocoagulation. CLEAN-Soil, Air, Water. 2026;54(1):e70106. [DOI:10.1002/clen.70106]
15. Ducoli S, Rani M, Marchesi C, Speziani M, Zacco A, Gavazzi G, et al. Comparison of different fragmentation techniques for the production of true-to-life microplastics. Talanta. 2025;283:127106. [DOI:10.1016/j.talanta.2024.127106]
16. Seghers J, Cella C, Pequeur E, La Spina R, Roncari F, Valsesia A, et al. Approaches for the preparation and evaluation of hydrophilic polyethylene and polyethylene terephthalate microplastic particles suited for toxicological effect studies: Seghers et al. Analytical and bioanalytical chemistry. 2025;417(12):2589-602. [DOI:10.1007/s00216-024-05726-7]
17. Mehralipour J, Vakili B, Aria EA, Kermani M, Ghobadi N. Synthesis and characterization of Bi2S3@ NH2-MIL125 (Ti) and survey the sono-catalytic ozonation process's efficiency in the degradation of Tocilizumab from aqueous. Inorganic Chemistry Communications. 2024;169:113118. [DOI:10.1016/j.inoche.2024.113118]
18. Khoramipour S, Mehralipour J, Hosseini M. Optimisation of ultrasonic-electrocoagulation process efficiency in the landfill leachate treatment: a novel advanced oxidation process. International Journal of Environmental Analytical Chemistry. 2023;103(19):7587-605. [DOI:10.1080/03067319.2021.1973449]
19. Mehralipour J, Akbari H, Adibzadeh A, Akbari H. Tocilizumab degradation via photo-catalytic ozonation process from aqueous. Scientific Reports. 2023;13(1):22402. [DOI:10.1038/s41598-023-49290-z]
20. Lipps WC, Braun-Howland EB, Baxter TE. Standard methods for the examination of water and wastewater2023.
21. Ara EA, Jafari AJ, Kermani M, Mehralipour J, Esrafili A. Highly efficient 1, 2-Dichloroethane removal from air using Bi2S3@ NH2-MIL-125 (Ti) via synergistic ozonation-photocatalysis process. Chemical Engineering Science. 2026;319:122354. [DOI:10.1016/j.ces.2025.122354]
22. Rahmani A. performance evaluation of advanced electrochemical oxidation process with the using persulfate in degradation of acid blue 113 from aqueous solutions. 2014.
23. Brožová K, Heviánková S, Halfar J, Čabanová K, Valigůrová A. Plastic degradation in aquatic environments: a review of challenges and the need for standardized experimental approaches. Frontiers in Environmental Science. 2025;13:1677793. [DOI:10.3389/fenvs.2025.1677793]
24. Ayala-Raggi SE, Rendón-Marín M. An Exponential Correction to Ramanujan's Second Formula for Ellipse Perimeter Computation. AppliedMath. 2026;6(4):56. [DOI:10.3390/appliedmath6040056]
25. Jia Y, Rizvi OS, Wang Z, Li C, Liu Y, Qi F, et al. Electrocoagulation or it coupling with ozonation for sustainable wastewater treatment: A comprehensive review of mechanisms, performance, and emerging applications. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2025;13(5):117685. [DOI:10.1016/j.jece.2025.117685]
26. Barakat MMM, Soliman MSS, Mubarak MF. Improving electrocoagulation performance by adding environmentally friendly materials. Scientific Reports. 2025;15(1):32422. [DOI:10.1038/s41598-025-14462-6]
27. Luu NS, Ngo TS. Electrocoagulation-based removal of lead from wastewater: Process optimization using response surface methodology. Journal of Ecological Engineering. 2026;27(9). [DOI:10.12911/22998993/221353]
28. Liu Y, Chang Y, Liu X, Yan W, Tian M-g, Xu H. An integrated pump-suction electrocoagulation system for accelerated hardness removal: Process intensification and crystallization mechanisms. Water Research. 2026:126298. [DOI:10.1016/j.watres.2026.126298]
29. Mohammadi AS, Mehralipour J, Shabanlo A, Roshanaie G, Barafreshtepour M, Asgari G. Comparing the Electrocoagulation and Electro-Fenton Processes for Removing Nitrate in Aqueous Solution for Fe Electrodes. Journal of Mazandaran University of Medical Sciences (JMUMS). 2013;23(104):56.
30. Rahmanian M, Yasri NG, Roberts EP. Polarization-Driven Hydrogen Evolution and Metal Dissolution in Electrocoagulation. ACS ES&T Water. 2026. [DOI:10.1021/acsestwater.5c01000]
31. Valsami-Jones E, Oyehan TA, Pfrang C. Enhanced Dye Removal Using Functionalised Mesoporous Silica Nanoparticles: Experimental and Data-Driven Performance Prediction. Available at SSRN 5336393.
32. Fatimura M, Agustina TE, Kurniawan I, Masriatini R, Fitriyanti R. Evaluation of electrocoagulation process efficiency in laboratory wastewater treatment with various current densities. Journal of Chemical Process Engineering. 2025;10(1):1-9. [DOI:10.33096/jcpe.v10i1.1533]
33. Amri I, Meldha Z, Herman S, Karmila D, Ramadani MF. Effects of electric voltage and number of aluminum electrodes on continuous electrocoagulation of liquid waste from the palm oil industry. Materials Today: Proceedings. 2023;87:345-9. [DOI:10.1016/j.matpr.2023.03.621]
34. Albaba MT, Talhami M, Omar A, Varghese S, Akoumeh R, Ayari MA, et al. Machine learning-aided prediction of COD removal in the electrocoagulation process using a super learner model. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2025;13(5):117469. [DOI:10.1016/j.jece.2025.117469]
35. El-Gawad HA, Hassan GK, Aboelghait KM, Mahmoud WH, Mohamed R, Afify AA. Removal of chromium from tannery industry wastewater using iron-based electrocoagulation process: experimental; kinetics; isotherm and economical studies. Scientific Reports. 2023;13(1):19597. [DOI:10.1038/s41598-023-46848-9]
36. Soltan Y, Bani-Melhem K, Ba-Abbad M, Almomani F, Al-Muhtaseb Aa. Optimization of Aluminum Electrocoagulation Parameters for Nutrient Removal from Hydroponic Wastewater Using Response Surface Methodology. Water. 2025;17(23):3346. [DOI:10.3390/w17233346]
37. Phu TKC, Nguyen PL, Phung TVB. Recent progress in highly effective electrocoagulation-coupled systems for advanced wastewater treatment. IScience. 2025;28(3). [DOI:10.1016/j.isci.2025.111965]
38. Joag S, Kiesewetter J, Chellam S. Ohmic Losses Dominated Electrode Fouling during Long-Term Aluminum Electrocoagulation of Hypersaline and Divalent Cation-Rich Oilfield-Produced Water. ACS Es&t Engineering. 2025;5(12):3519-32. [DOI:10.1021/acsestengg.5c00628]
39. Salim A, Handaoui E, Nour H, Adel M, Bouari AE, Lghazi Y, et al. Electrode Configuration Effects on Nutrient Removal and Energy Efficiency in Electrocoagulation of Municipal Wastewater. Water Conservation Science and Engineering. 2026;11(2):65. [DOI:10.1007/s41101-026-00525-w]
40. Zhao J, Liu W, Azari R, Chen L, Wang K, Boccaccini AR, et al. Electrophoretic deposition. Nature Reviews Methods Primers. 2026;6(1):12. [DOI:10.1038/s43586-025-00462-3]
41. Ahmad A, Priyadarshini M, Das S, Ghangrekar MM. Electrocoagulation as an efficacious technology for the treatment of wastewater containing active pharmaceutical compounds: a review. Separation Science and Technology. 2022;57(8):1234-56. [DOI:10.1080/01496395.2021.1972011]
42. Zheng B, Wu H, Zhang M, Lin S. Removal of polystyrene microplastics from wastewater by Ti-Al electrode electrocoagulation under pulse current: Efficiency and mechanism. Water Environ Res. 2025;97(3):e70057. [DOI:10.1002/wer.70057]
43. Jamrah A, Al-Zghoul TM, Al-Qodah Z, Al-Karablieh E, Mahroos M, Assirey E. Optimizing Electrocoagulation-Adsorption Treatment System for Comprehensive Water Quality Improvement in Olive-Mill-Wastewater (OMW): Synergy of EC Utilizing Al Electrodes and Olive Stones Biochar as a Sustainable Adsorbent. Water. 2026;18(2):212. [DOI:10.3390/w18020212]
44. Dadpanah F, Moghaddam SS. Bio-based derived activated carbon electrodes for azo dye removal: Enhanced electrocoagulation via hybrid statistical-machine learning framework. Journal of Water Process Engineering. 2025;76:108283. [DOI:10.1016/j.jwpe.2025.108283]
45. Akhtar NA, Kobya M, Gengec E. Chemical and electrochemical coagulation processes as a tertiary treatment for residual phosphate removal from domestic wastewater: effect of operating parameters and calculation of operating cost. Environmental Science: Water Research & Technology. 2025;11(6):1554-67. [DOI:10.1039/D5EW00047E]
46. Suci SA, Masthura M, Jumiati E. Reduction of COD and BOD Levels in Tofu Liquid Waste Processing Using the Electrocoagulation Method. Journal of Technomaterial Physics. 2025;7(2):119-25. [DOI:10.32734/jotp.v7i2.22378]
47. Tunsu C, Wickman B. Effective removal of mercury from aqueous streams via electrochemical alloy formation on platinum. Nature Communications. 2018;9(1):4876. [DOI:10.1038/s41467-018-07300-z]
48. Yusmaini N, Suzaimi N, Abuhabib A, Almanassra I, Bagastyo A, Adnan F, et al. Electrocoagulation strategies for oily wastewater treatment: a review on process efficiency and optimization. International Journal of Environmental Science and Technology. 2026;23(3):227. [DOI:10.1007/s13762-025-06847-x]
49. Shahedi A, Jamshidi-Zanjani A, Darban AK, Homaee M, Taghipour F. Use of a combined method of photo-electrocoagulation-oxidation for simultaneous removal of Ni, CN, Zn, and Cu from synthesized mine wastewater. Results in Engineering. 2025;27:106752. [DOI:10.1016/j.rineng.2025.106752]
50. Bai W, Wu M, Wei J, Liu Y, Qiao Z, Shi Y, et al. Flocculation characteristics and mechanisms of suspended sediment under ultrasonic-electric coupling intervention. International Journal of Sediment Research. 2026. [DOI:10.1016/j.ijsrc.2026.01.001]
51. Gharaghani MA, Hashemi H, Samaei M, Ameli F, Bontempi E, Khaneghah AM, et al. Assessing pollution levels and implementing eco-friendly hybrid sedimentation and sono-electrocoagulation for car wash wastewater treatment. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C. 2025;140:103999. [DOI:10.1016/j.pce.2025.103999]
52. Asaithambi P, Ezzat AO, Abd-Elkader OH, Al-Lohedan HA, Vigneshwaran S. Investigation on operating parameters for efficient reduction of contaminants from wastewater utilizing a combined airlift, sono, and electrocoagulation techniques. Scientific Reports. 2025;15(1):34045. [DOI:10.1038/s41598-025-13716-7]
53. Čule I, Medvidović NV, Vrsalović L, Svilović S, Gudić S. Comparison of Pulsed and Continuous Ultrasound-Assisted Electrocoagulation and Zeolite Integration: Assessment of a Hybrid Wastewater Treatment Approach. Processes. 2026;14(7):1152. [DOI:10.3390/pr14071152]
54. Amparán MAA, Palacios A, Flores GM, Olivera PMC. Review and future outlook for the removal of microplastics by physical, biological and chemical methods in water bodies and wastewaters. Environ Monit Assess. 2025;197(4):429. [DOI:10.1007/s10661-025-13883-0]
55. Saini A, Shankar V. Evaluation of COD and Turbidity Removal Efficiency Using Hybrid Electrocoagulation-Electrooxidation-Based Domestic Wastewater Treatment. Water Conservation Science and Engineering. 2025;10(3):123. [DOI:10.1007/s41101-025-00431-7]
56. Yu H, Liu B, Yuan H, Guo T, Yuan T, Huang Y, et al. Advances in electrochemical-based treatment of microplastics in wastewater: removal performance and influencing factors. ENGINEERING Chemical Engineering. 2026;20(2):9. [DOI:10.1007/s11705-025-2616-4]
57. Mateo S, Wenk J, Chew J, Exposito A. Electrocoagulation for Polystyrene and Polyethylene Microplastic Removal: Particle Size Effects, Mechanisms, and Floc Characterization. ACS ES T Water. 2026;6(8):5132-42. [DOI:10.1021/acsestwater.6c00398]
58. Ahmadi MF, De Luna Y, Ahmad MI, Bensalah N. Iron electrocoagulation for kinetic hydrate inhibitor removal. Journal of Applied Electrochemistry. 2026;56(11):225. [DOI:10.1007/s10800-026-02598-w]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
