Elektrodiyaliz bipolar membran prosesiyle arıtılmış sızıntı suyunun fenton oksidasyonu ile nihai arıtımının değerlendirilmesi
Evaluation of final treatment with fenton oxidation of treated leachate by electrodialysis bipolar membrane process
Yazar: HANİFE SARI
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÖMER APAYDIN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Cevap yüzey yöntemi = Response surface methodology ; Elektrodiyaliz = Electrodialysis ; Fenton reaksiyonu = Fenton reaction ; Sızıntı suyu = Leachate

Özet:
Bu çalışmada, katı atık depolama sürelerine bağlı olarak genç, orta yaşlı ve yaşlı sızıntı sularının ultrafiltrasyon (UF), beş seri iyon değiştirici ve elektrodiyaliz bipolar membran prosesi (EDBM) ile kombine arıtımı sonrasında kalan sızıntı sularının Fenton oksidasyonu ile nihai arıtımı araştırılmıştır.Fenton prosesi için önem arz eden işletme parametreleri (H2O2:KOİ oranı, H2O2:Fe+2 oranı, pH ve reaksiyon süresi) belirlenmiş ve bu parametreler için 4 faktör-5 seviyeden oluşan Merkezi Kompozit Dizaynı yapılarak deneysel çalışma setleri oluşturulmuştur. Deneysel çalışmalarla bağımsız değişkenler (H2O2:KOİ oranı, H2O2:Fe+2 oranı, pH ve reaksiyon süresi) ve bağımlı değişkenler (KOİ, TOK, renk ve NH3-N giderimleri) arasındaki ilişkiler ve proses üzerindeki etkileri optimize edilmiştir. Optimizasyon için Cevap-Yüzey Yöntemi kullanılmıştır. En yüksek KOİ giderim verimlerinin elde edildiği çalışma setlerindeki işletme parametreleri orta yaşlı sızıntı suyu (H2O2:KOİ=1, H2O2:Fe+2=15, pH=3, süre=90 dk), genç sızıntı suyu (H2O2:KOİ=0,6, H2O2:Fe+2=5, pH=3, süre=90 dk) ve yaşlı sızıntı suyu için (H2O2:KOİ=0,6, H2O2:Fe+2=5, pH=3, süre=90 dk) ayrı ayrı belirlenmiştir.Orta yaşlı sızıntı suyunun Fenton oksidasyonu ile arıtımında KOİ, TOK, renk ve NH3-N giderimleri sırasıyla %59-87, %56-82, %74-97 ve %19-37 aralıklarında bulunmuştur. Genç sızıntı suyu ile yapılan Fenton çalışmalarında KOİ, TOK, renk ve NH3-N giderimleri sırasıyla %29-54, %8-38, %74-97 ve %40-55 bulunmuştur. Yaşlı sızıntı suyu ile yapılan Fenton çalışmalarında ise KOİ, TOK, renk ve NH3-N giderim verimleri sırasıyla, %2-79, %1-74, %14-98 ve %35-59 olarak elde edilmiştir. Optimizasyon sonucunda tüm sızıntı suyu türleri için en yüksek giderim verimlerine ulaşılabilecek optimum şartlar model tarafından öngörülmüştür. Fenton oksidasyonu ile nihai arıtım sonucunda orta yaşlı, genç ve yaşlı sızıntı suları için BOİ5/KOİ oranları sırasıyla 0,275'den 0,554'e, 0,47'den 0,679'a ve 0,066'dan 0,337 değerine kadar artmıştır.Elde edilen sonuçlar İSKİ Atıksuların Kanalizasyona Deşarj Yönetmeliği ile kıyaslanmıştır. Orta ve yaşlı sızıntı suları için kanalizasyon sistemi derin deniz deşarjı ile sonlanan kanal sistemlerinde öngörülen limit KOİ değerleri (<600 mg/L) sağlanmıştır. Genç sızıntı suyu için ise kanalizasyon sistemi tam arıtma ile sonlanan sistemlere deşarj için gerekli limit KOİ değeri (<4000 mg/L) sağlanabilmiştir.

Abstract:
In present study, according as solid waste storage time, young, middle-aged and old leachates were treated with the combination of ultrafiltration (UF), five stage ion exchanger and electrodialysis with bipolar membrane (EDBM) process. The final treatment with fenton oxidation was investigated for EDBM effluents.Operating parameters (H2O2:COD rate, H2O2:Fe+2 rates, pH and reaction time), which are important to Fenton oxidation, were determined and four factor-five level Central Composite Experimental Design was selected for obtaining experimental sets. Experimental studies for determination of the relationship between independent variables (H2O2:KOİ rate, H2O2:Fe+2 rate, pH ve reaction time) and dependent variables (response function; COD removal, TOC removal, color removal and NH3-N removal) have been optimized using Response Surface Methodology (RSM). Operating parameters of experimental sets, which were obtained from the highest COD removal efficiencies, were determined for middle-aged leachate (H2O2:COD=1, H2O2:Fe+2=15, pH=3, time=90 min), for young leachate (H2O2:COD=0,6, H2O2:Fe+2=5, pH=3, tine=90 min), and for old leachate (H2O2:COD=0,6, H2O2:Fe+2=5, pH=3, time=90 min).In middle-aged leachate treatment by Fenton oxidation, COD, TOC, color and NH3-N removal efficiency were achieved between 59-87%, 56-82%, 74-97%, and 19-37%, respectively. In young leachate treatment by Fenton oxidation, COD, TOC, color, and NH3-N removal efficiency were found between 29-54%, 8-38%, 74-97% and 40-55% respectively. In old leachate treatment by Fenton oxidation, COD, TOC, color and NH3-N removal efficiency were obtained between 2-79%, 1-74%, 14-98% and 35-59%, respectively. At the end of the optimization, the maximum removal efficiencies for COD, TOC, color, NH3-N were estimated by the model for all types of leachate. In consequence of the final treatment with Fenton oxidation, BOD5/COD rate increased to 0.554 from 0.275 for middle-aged leachate, increased to 0.679 from 0.470 for young leachate, and increased to 0.337 from 0.066 for old leachate.According to the results obtained from middle-aged and old leachate experiments, discharge limits have achieved the deep sea discharge criteria (COD<600 mg/L) based on İSKİ Sewer Discharge Regulation. On the other hand, for young leachate, the discharge limits (COD<4000 mg/L) have been provided for full-scale wastewater treatment systems from the end of sewer systems based on same regulation.