Batık membran sistemleri ile içme suyu arıtımına nanopartiküllerin etkisi
Effect of nanoparticles on drinking water treatment with immersed membrane systems
Yazar: CAN BURAK ÖZKAL
Danışman: PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
İçme suyu arıtımında konvansiyonel sistemlere alternatif olarak daha az yer kaplayan ve işletmesi daha kolay olan membran sistemler kullanılmaktadır. Membran sistemler içme suyu arıtımında kullanılan en yaygın yöntemlerden biridir.Membran sistemlerin işletilmesinde karşılaşılan en önemli problem membran tıkanmasıdır.. Bu durum öncelikle membran performansını ve üretim kapasitesini azaltmakta ve beraberinde maliyeti artırmakta, işletme güçlükleri meydana getirmekte ve membran sistemlerinin kullanımını kısıtlamaktadır.Membran sistemlerin su arıtımında kullanımında iki konfigürasyon göze çarpmaktadır, birincisi, basınç uygulanması ile membrandan geçen suyun arıtılmış su olarak kullanılfığı ve konsantre akım uzaklaştırıldığı basınçlı sistemler, ikincisi bir tank içerisindeki membrana vakum basıncı uygulanması ile arıtılmış su elde edilen batık membran sistemleridir.Yağılan bir çok laboratuar ölçekli deneysel çalışmanın sonuçlarına göre, batık membran sisteminin mevcut su arıtma sistemlerine kolayca adapte edilebildiği ve basınç altında çalışan membran sistemlerine göre enerji ve alan kazancı sağladığı, işletilmesinin daha kolay ve ucuz olduğu belirtilmiştir.Bu çalışmanın amacı, çeşitli organik kirlilik değerlerine sahip göl ve hazırlanmış sentetik suların batık membran sistemleri ile arıtılması sırasında kullanılan laboratuar ölçekli batık membran sisteminde mikrofiltrasyon membranları ile birlikte organik madde giderimini arttırmak ve membran tıkanmasını azaltmak amacıyla demir(III)oksit nanopartikülü ve karbon nanotüpü ilavesi etkilerinin araştırılmasıdır. Laboratuar ölçekli bu sistemde demiroksit nanopartiküllerinin ve karbon nanotüplerinin farklı dozlarda ilavesinin membran tıkanmasına ve organik maddegiderimine etkileri incelenecektir. Organik madde konsantrasyonunu temsil etmesi bakımından hamsu, reaktör içi ve çıkıştan numuneler alınarak TOK ve UV254 absorbans ölçümleri yapılmıştır. Membran tıkanıklığının göstergesi olarak vakum basıncındaki artış deney sırasında sürekli olarak kayıt edilmiştir.Deneysel çalışmalar şu aşamalardan oluşmaktadır, düşük ve yüksek hümik asit konsantrasyonuna sahip farklı iki sentetik suda, farklı dozlarda Fe nanopartikülü ilavesinin organik madde giderim verimi ve membran tıkanmasına olan etkileri araştırılmıştır. Ayrıca, yüksek hümik asit konsantrasyonundaki sentetik suda, Fe nanopartikülü ile aynı dozda karbon nanotüpü ilavesinin organik madde giderimi ve membran tıkanmasına olan etkileri araştırılmıştır.Doğal sularda yapılan çalışmalarda, Ömerli ve Terkos göl suları kullanılmıştır. Farklı dozlarda Fe nanopartikülü ilavesinin organik madde giderimi membran tıkanmasına olan etkileri araştırılmıştır.Yapılan çalışmalar neticesinde, farklı su kaynaklarında organik madde giderimini arttırmak ve membran tıkanmasını azaltmak için uygun adsorban ve doz belirlenmiştir.

Abstract:
Membrane systems are used as an alternative for drinking water treatment with many advantages including small floor area, easy maintenance etc. It is the common method for drinking water treatment The major problem to maintain membrane systems is pore blockage. Pore blockage, primarily reduce membrane performance and production capacity and creates maintenance problem with increasing cost, herewith constrain membrane usage.In water treatment area, two configuration of membrane stand out, the first is pressurized system, which use passing stream and remove concentrate, the second is immersed membrane which use vacuum pressure to gain treated water According to the results of many lab scale experiment, immersed membrane system is easily adopted to existing water treatment system and have advantage to pressurized membrane systems of energy, field and cost saving with easy maintenance.The objective of the study, to research the effects of iron(III) oxide nanoparticle and carbon nanotube to enhance organic removal and to reduce membrane fouling with lab scale immersed Microfilter membrane system, using natural and synthetic water samples with different loading rate.In this lab scale system, the effect of the addition different dosage of iron oxide nanoparticle and carbon nanotube to membrane fouling and organic removal was researched. To evaluate organic matter concentration, TOC and UV254 were measured of samples were taken from raw water, inside of reactor and permeate the increase in the vacuum pressure, which present membrane fouling was permanently recorded along experiments running.In two different synthetic water samples which have low and high humic acid loading, the effect of the addition different dosage of iron nanoparticle to removal efficiency and organic removal is studied. Furthermore, in high humic acid loading synthetic water sample, the effect of carbon nanotube addition as much as iron nanoparticle, to organic removal and membrane fouling. is researched.Natural water samples were taken from Ömerli, Terkos and Büyükçekmece lake .The effects of different dosage of iron nanoparticle to organic removal and membrane fouling are studied.According to the results, favorable adsorbent and dosage were determined. to improve organic matter removal and to reduce membrane fouling