Titulo:
Modelo estadístico de la descontaminación de aguas residuales que contienen Carbendazim mediante foto-Fenton
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Sumario:
La fotocatálisis homogénea foto-Fenton es uno de los procesos de oxidación avanzada más utilizados en el tratamiento de aguas residuales con contenido de pesticidas, donde la optimización de la dosis de catalizador y el agente oxidante, teniendo como respuesta la mineralización en términos de carbón orgánico total (COT) o la eliminación del contaminante específico, son el objetivo de cualquier diseño experimental. El desarrollo experimental en los procesos de tratamiento requiere la ejecución de una cantidad significativa de condiciones experimentales que necesitan el uso de reactivos, energía y tiempo de ejecución, por lo tanto, el modelamiento de este tipo de fenómenos surge como una alternativa a esta limitante en los tratamientos de agu... Ver más
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0123-4226
2619-2551
27
2024-06-30
Dorance Becerra-Moreno, Joseph Soto-Verjel, Ángelo Soto-Vergel, Fiderman Machuca-Martínez, Luisa Ramírez-Ríos - 2024
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial 4.0.
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Modelo estadístico de la descontaminación de aguas residuales que contienen Carbendazim mediante foto-Fenton Becerra-Moreno, Dorance Soto-Verjel, Joseph Soto-Vergel, Ángelo Machuca-Martínez, Fiderman Ramírez-Ríos, Luisa Carbendazim foto-Fenton Modelo de regresión Plaguicidas Regresión polinómica Carbendazim Pesticides photo-Fenton Polynomial regression Regression model |
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Statistical modeling of decontamination of wastewater containing Carbendazim using photo-Fenton |
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La fotocatálisis homogénea foto-Fenton es uno de los procesos de oxidación avanzada más utilizados en el tratamiento de aguas residuales con contenido de pesticidas, donde la optimización de la dosis de catalizador y el agente oxidante, teniendo como respuesta la mineralización en términos de carbón orgánico total (COT) o la eliminación del contaminante específico, son el objetivo de cualquier diseño experimental. El desarrollo experimental en los procesos de tratamiento requiere la ejecución de una cantidad significativa de condiciones experimentales que necesitan el uso de reactivos, energía y tiempo de ejecución, por lo tanto, el modelamiento de este tipo de fenómenos surge como una alternativa a esta limitante en los tratamientos de aguas residuales. En esta investigación, se evaluó la influencia de los factores FeSO4 y H2O2, cada uno en tres niveles, en la mineralización de una solución sintética del insecticida Carbendazim (50 mg.L-1), en términos de COT, mediante un modelo de regresión lineal múltiple y optimizado por una superficie de respuesta. Los principales resultados establecieron que el mejor ajuste del modelo se da teniendo en cuenta la interacción entre el FeSO4 y el H2O2 (X1*X2) y los términos cuadráticos de cada una de ellas (X21,X22) con p-values <0,05 y que la validación del modelo, mediante la técnica Leave-One-Out Cross Validation (LOOCV), así como la exactitud y la precisión, mediante el análisis de residuos y el supuesto de mínimos cuadrados ordinarios, establecen que las conclusiones que se deriven de él son válidas
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Homogeneous photo-Fenton photocatalysis is one of the most widely used advanced oxidation processes in treating wastewater containing pesticides, where optimizing the catalyst dosage and oxidizing agent, with the response being mineralization in terms of total organic carbon (TOC) or removal of the specific contaminant, is the goal of any experimental design. Experimental development in treatment processes necessitates executing a significant number of experimental conditions that require the use of reagents, energy, and execution time. Therefore, modeling such phenomena emerges as an alternative to these limitations in wastewater treatment. In this research, the influence of factors FeSO4 and H2O2, each at three levels, on the mineralization of a synthetic solution of the insecticide Carbendazim (50 mg/L) in terms of TOC was evaluated using a multiple linear regression model optimized by response surface methodology. The main results established that the best model fit considers the interaction between FeSO4 and H2O2 (X1*X2) and the quadratic terms of each (X21,X22) with p-values < 0.05. The validation of the model using the Leave-One-Out Cross Validation (LOOCV) technique, as well as accuracy and precision through residual analysis and ordinary least squares assumptions, confirms the validity of the conclusions derived from it.
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AGUAS, Y.; HINCAPIE, M.; FERNÁNDEZ-IBÁÑEZ, P.; POLO-LÓPEZ, M.I. 2017. Solar photocatalytic disinfection of agricultural pathogenic fungi (Curvularia sp.) in real urban wastewater. Science of The Total Environment. 607-608:1213-1224. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.07.085 BADII, M.H.; LANDEROS, J. 2015. Plaguicidas que afectan a la salud humana y la sustentabilidad. CULCYT Cultura Científica y Tecnológica. 19(4). DE LA OBRA, I.; PONCE-ROBLES, L.; MIRALLES-CUEVAS, S.; OLLER, I.; MALATO, S.; SÁNCHEZ PÉREZ, J. 2017. Microcontaminant removal in secondary effluents by solar photo-Fenton at circumneutral pH in raceway pond reactors. Catalysis Today. 287:10-14. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2016.12.028 DONADELLI, J.A.; BERARDOZZI, E.; CARLOS, L.; GARCÍA EINSCHLAG, F.S. 2020. Continuous treatment of an azo dye based on a combined ZVI/Photo-Fenton setup. Process modelling by response surface methodology. Journal of Water Process Engineering. 37:101480. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101480 ESTEBAN GARCÍA, B.; RIVAS, G.; ARZATE, S.; SÁNCHEZ PÉREZ, J.A. 2018. Wild bacteria inactivation in WWTP secondary effluents by solar Photo-Fenton at neutral pH in raceway pond reactors. Catalysis Today. 313:72-78. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2017.10.031 GOJUN, M.; LJUBIĆ, A.; BAČIĆ, M.; JURINJAK TUŠEK, A.; ŠALIĆ, A.; ZELIĆ, B. 2021. Model-to-model: Comparison of mathematical process models of lipase catalysed biodiesel production in a microreactor. Computers & Chemical Engineering. 145:107200. https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2020.107200 GOMES JÚNIOR, O.; SANTOS, M.G.B.; NOSSOL, A.B.S.; STARLING, M.C.V.M.; TROVÓ, A.G. 2021. Decontamination and toxicity removal of an industrial effluent containing pesticides via multistage treatment: Coagulation-flocculation-settling and Photo-Fenton process. Process Safety and Environmental Protection. 147:674-683. https://doi.org/10.1016/j.psep.2020.12.021 GONÇALVES, B.R.; GUIMARÃES, R.O.; BATISTA, L.L.; UEIRA-VIEIRA, C.; STARLING, M.C.V.M.; TROVÓ, A.G. 2020. Reducing toxicity and antimicrobial activity of a pesticide mixture via Photo-Fenton in different aqueous matrices using iron complexes. Science of The Total Environment. 740:140152. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.140152 KUSIC, H.; KOPRIVANAC, N.; HORVAT, S.; BAKIJA, S.; BOZIC, A.L. 2009. Modeling dye degradation kinetic using dark- and Photo-Fenton type processes. Chemical Engineering Journal. 155(1-2):144-154. https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.07.029 LIBERATORE, L.; BRESSAN, M.; BELLI, C.; LUSTRATO, G.; RANALLI, G. 2012. Chemical and biological combined treatments for the removal of pesticides from wastewaters. Water, Air, and Soil Pollution. 223(8):4751-4759. https://doi.org/10.1007/s11270-012-1230-5 LIPPS, W.C.; BRAUN-HOWLAND, E.B.; BAXTER, T.E. 2022. Standard methods for the examination of water and wastewater. American 24th edition. Public Health Association, American Water Works Association, and Water Environment Federation. p.1516 LÓPEZ-VINENT, N.; CRUZ-ALCALDE, A.; GIMÉNEZ, J.; ESPLUGAS, S.; SANS, C. 2021. Improvement of the Photo-Fenton process at natural condition of pH using organic fertilizers mixtures: Potential application to agricultural reuse of wastewater. Applied Catalysis B: Environmental. 290:120066. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120066 MITSIKA, E.E.; CHRISTOPHORIDIS, C.; FYTIANOS, K. 2013. Fenton and Fenton-like oxidation of pesticide acetamiprid in water samples: Kinetic study of the degradation and optimization using response surface methodology. Chemosphere. 93(9):1818-1825. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2013.06.033 PRETE, P.; FIORENTINO, A.; RIZZO, L.; PROTO, A.; CUCCINIELLO, R. 2021. Review of aminopolycarboxylic acids–based metal complexes application to water and wastewater treatment by (Photo-)Fenton process at neutral pH. Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry. 28:100451. https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2021.100451 SANNINO, D.; VAIANO, V.; CIAMBELLI, P.; ISUPOVA, L.A. 2013. Mathematical modelling of the heterogeneous Photo-Fenton oxidation of acetic acid on structured catalysts. Chemical Engineering Journal. 224:53-58. https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.01.078 SERRA-CLUSELLAS, A.; DE ANGELIS, L.; LIN, C.-H.; VO, P.; BAYATI, M.; SUMNER, L.; LEI, Z.; AMARAL, N.B.; BERTINI, L.M.; MAZZA, J.; PIZZIO, L.R.; STRIPEIKIS, J.D.; RENGIFO-HERRERA, J.A.; FIDALGO DE CORTALEZZI, M.M. 2018. Abatement of 2,4-D by H2O2 solar photolysis and solar Photo-Fenton-like process with minute Fe(III) concentrations. Water Research. 144:572-580. https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.07.072 SGROI, M.; SNYDER, S.A.; ROCCARO, P. 2020. Comparison of AOPs at pilot scale: Energy costs for micro-pollutants oxidation, disinfection by-products formation and pathogens inactivation. Chemosphere. 128527. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.128527 SUN, S.; SIDHU, V.; RONG, Y.; ZHENG, Y. 2018. Pesticide Pollution in Agricultural Soils and Sustainable Remediation Methods: a Review. Current Pollution Reports. 4(3):240-250. https://doi.org/10.1007/s40726-018-0092-x SAINI, R.; KUMAR, P. 2016. Optimization of chlorpyrifos degradation by Fenton oxidation using CCD and ANFIS computing technique. Journal of Environmental Chemical Engineering. 4(3):2952-2963. https://doi.org/10.1016/j.jece.2016.06.003 SCHENONE, A.V.; CONTE, L.O.; BOTTA, M.A.; ALFANO, O.M. 2015. Modeling and optimization of photo-Fenton degradation of 2,4-D using ferrioxalate complex and response surface methodology (RSM). Journal of Environmental Management. 155:177-183. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2015.03.028 TALWAR, S.; VERMA, A.K.; SANGAL, V.K. 2019. 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Modelo estadístico de la descontaminación de aguas residuales que contienen Carbendazim mediante foto-Fenton Statistical modeling of decontamination of wastewater containing Carbendazim using photo-Fenton La fotocatálisis homogénea foto-Fenton es uno de los procesos de oxidación avanzada más utilizados en el tratamiento de aguas residuales con contenido de pesticidas, donde la optimización de la dosis de catalizador y el agente oxidante, teniendo como respuesta la mineralización en términos de carbón orgánico total (COT) o la eliminación del contaminante específico, son el objetivo de cualquier diseño experimental. El desarrollo experimental en los procesos de tratamiento requiere la ejecución de una cantidad significativa de condiciones experimentales que necesitan el uso de reactivos, energía y tiempo de ejecución, por lo tanto, el modelamiento de este tipo de fenómenos surge como una alternativa a esta limitante en los tratamientos de aguas residuales. En esta investigación, se evaluó la influencia de los factores FeSO4 y H2O2, cada uno en tres niveles, en la mineralización de una solución sintética del insecticida Carbendazim (50 mg.L-1), en términos de COT, mediante un modelo de regresión lineal múltiple y optimizado por una superficie de respuesta. Los principales resultados establecieron que el mejor ajuste del modelo se da teniendo en cuenta la interacción entre el FeSO4 y el H2O2 (X1*X2) y los términos cuadráticos de cada una de ellas (X21,X22) con p-values <0,05 y que la validación del modelo, mediante la técnica Leave-One-Out Cross Validation (LOOCV), así como la exactitud y la precisión, mediante el análisis de residuos y el supuesto de mínimos cuadrados ordinarios, establecen que las conclusiones que se deriven de él son válidas Homogeneous photo-Fenton photocatalysis is one of the most widely used advanced oxidation processes in treating wastewater containing pesticides, where optimizing the catalyst dosage and oxidizing agent, with the response being mineralization in terms of total organic carbon (TOC) or removal of the specific contaminant, is the goal of any experimental design. Experimental development in treatment processes necessitates executing a significant number of experimental conditions that require the use of reagents, energy, and execution time. Therefore, modeling such phenomena emerges as an alternative to these limitations in wastewater treatment. In this research, the influence of factors FeSO4 and H2O2, each at three levels, on the mineralization of a synthetic solution of the insecticide Carbendazim (50 mg/L) in terms of TOC was evaluated using a multiple linear regression model optimized by response surface methodology. The main results established that the best model fit considers the interaction between FeSO4 and H2O2 (X1*X2) and the quadratic terms of each (X21,X22) with p-values < 0.05. The validation of the model using the Leave-One-Out Cross Validation (LOOCV) technique, as well as accuracy and precision through residual analysis and ordinary least squares assumptions, confirms the validity of the conclusions derived from it. Becerra-Moreno, Dorance Soto-Verjel, Joseph Soto-Vergel, Ángelo Machuca-Martínez, Fiderman Ramírez-Ríos, Luisa Carbendazim foto-Fenton Modelo de regresión Plaguicidas Regresión polinómica Carbendazim Pesticides photo-Fenton Polynomial regression Regression model 27 1 Núm. 1 , Año 2024 :Revista U.D.C.A Actualidad & Divulgación Científica. Enero-Junio Artículo de revista Journal article 2024-06-30T00:00:00Z 2024-06-30T00:00:00Z 2024-06-30 text/xml application/pdf Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales U.D.C.A Revista U.D.C.A Actualidad & Divulgación Científica 0123-4226 2619-2551 https://revistas.udca.edu.co/index.php/ruadc/article/view/2253 10.31910/rudca.v27.n1.2024.2253 https://doi.org/10.31910/rudca.v27.n1.2024.2253 eng http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 Dorance Becerra-Moreno, Joseph Soto-Verjel, Ángelo Soto-Vergel, Fiderman Machuca-Martínez, Luisa Ramírez-Ríos - 2024 Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial 4.0. AGUAS, Y.; HINCAPIE, M.; FERNÁNDEZ-IBÁÑEZ, P.; POLO-LÓPEZ, M.I. 2017. Solar photocatalytic disinfection of agricultural pathogenic fungi (Curvularia sp.) in real urban wastewater. Science of The Total Environment. 607-608:1213-1224. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.07.085 BADII, M.H.; LANDEROS, J. 2015. Plaguicidas que afectan a la salud humana y la sustentabilidad. CULCYT Cultura Científica y Tecnológica. 19(4). DE LA OBRA, I.; PONCE-ROBLES, L.; MIRALLES-CUEVAS, S.; OLLER, I.; MALATO, S.; SÁNCHEZ PÉREZ, J. 2017. Microcontaminant removal in secondary effluents by solar photo-Fenton at circumneutral pH in raceway pond reactors. Catalysis Today. 287:10-14. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2016.12.028 DONADELLI, J.A.; BERARDOZZI, E.; CARLOS, L.; GARCÍA EINSCHLAG, F.S. 2020. Continuous treatment of an azo dye based on a combined ZVI/Photo-Fenton setup. Process modelling by response surface methodology. 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