Optimization of Coliform Bacteria Removal in Surface Water using a Hydrodynamic Cavitation Reactor with the Response Surface Methodology

Abstract

งานวิจัยนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อหาสภาวะที่เหมาะสมในการกำจัดโคลิฟอร์มแบคทีเรียในน้ำผิวดินโดยใช้ถังปฏิกรณ์แบบไฮโดรไดนามิกส์คาวิเตชั่นเป็นตัวช่วย วิธีพื้นผิวตอบสนองถูกนำมาใช้สำหรับการวิเคราะห์อิทธิพลของตัวแปรต่อปริมาณโคลิฟอร์มแบคทีเรียทั้งหมด ตัวแปรที่ศึกษา ได้แก่ ระยะเวลาในการกำจัดโคลิฟอร์มแบคทีเรีย จำนวนรูและขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของรูบนแผ่นออริฟิซ จากผลการทดลองพบว่าคาวิเตชั่นที่เกิดขึ้นภายในถังปฏิกรณ์สามารถช่วยลดปริมาณโคลิฟอร์มแบคทีเรียทั้งหมดได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยตัวแปรสำคัญที่มีผลต่อการลดลงของปริมาณโคลิฟอร์มแบคทีเรียทั้งหมดอย่างมีนัยสำคัญคือระยะเวลาในการกำจัดโคลิฟอร์มแบคทีเรีย จำนวนรูและขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของรูบนแผ่นออริฟิซ ทั้งนี้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ได้สามารถทำนายปริมาณโคลิฟอร์มแบคทีเรียทั้งหมดได้ดีด้วยค่าสัมประสิทธิ์การตัดสินใจ (R²) เท่ากับ 0.9462 และสภาวะที่เหมาะสมในการกำจัดโคลิฟอร์มแบคทีเรียคือระยะเวลาในการกำจัดโคลิฟอร์มแบคทีเรีย 89.33 นาที จำนวนรูบนแผ่นออริฟิซ 5 รู และขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของรูบนแผ่นออริฟิซ 3 มิลลิเมตรทำให้ปริมาณโคลิฟอร์มแบคทีเรียทั้งหมดในน้ำผิวดินลดลงจาก 200 ซีเอฟยู/ 100 มิลลิลิตรเหลือ 0 ซีเอฟยู/ 100 มิลลิลิตร

This research aims to determine the optimal conditions for eliminating coliform bacteria in surface water using a hydrodynamic cavitation reactor. The response surface methodology was employed to analyze the influence of variables on the amount of total coliform bacteria. The studied variables included the duration of coliform bacteria removal, the number of holes, and the diameter of the holes on the orifice plate. The experimental results showed that the cavitation occurring within the reactor effectively reduced the amount of total coliform bacteria. The key variables significantly affecting the reduction of total coliform bacteria were the duration of removal, the number of holes, and the diameter of the holes on the orifice plate. The developed mathematical model was found to predict the amount of total coliform bacteria with high accuracy, with a coefficient of determination (R²) of 0.9462. The optimal conditions for eliminating coliform bacteria were determined to be a removal duration of 89.33 minutes, an orifice plate with 5 holes, and a hole diameter of 3 mm. Under these conditions, the amount of total coliform bacteria in surface water was reduced from 200 CFU/100 ml to 0 CFU/100 ml.