Yüksek gerilimli elektrik deşarjı kullanılarak fenolik bileşiklerin giderimi
Removal of phenolic compounds using high voltage electrical discharge
Yazar: YASEMİN KAPLAN ÇAKMAK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÖZLEM SELÇUK KUŞÇU
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Elektriksel boşalma = Electrical discharge ; Fenol giderimi = Phenol removal ; Fenolik bileşikler = Phenolic compounds ; Yüksek gerilim = High voltage

Özet:
Yüksek Gerilimli Elektrik Deşarj (YGED) teknolojisi çok yeni bir ileri oksidasyon prosesi (İOP)'dir. Bu teknolojinin temel mekanizması hem fiziksel hem de kimyasal prosesleri açığa çıkaran plazma oluşumudur. Fiziksel prosesler plazma kanalı içinde oluşur. UV radyasyonu, yoğun şok dalgalar, elektrohidrolik kavitasyon, piroliz ve süperkritik su oksidasyonu içerir. Kimyasal prosesler ise su içinde oluşur. OH, H, O, O2, HO2, H202, O3 gibi aktif türler içerir. YGED teknolojisi özellikle yüksek toksisite ve düşük biyolojik ayrışmaya sahip organik maddelerin etkili eliminasyonu için atıksu arıtımında kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, fenol ve p-nitrofenol içeren sulu çözeltiye elektrik deşarjı uygulayarak, toksik ve organik kirletici olan bu fenolik bileşiklerin ortamdan giderimi hedeflenmiştir. Ayrıca çalışmada, yüksek gerilimli elektrik deşarjının, pH, sıcaklık, iletkenlik, elektrot mesafesi, arıtım süresi ve farklı konsantrasyonlarda arıtım verimine etkisi incelenmiştir. Buna ek olarak, sisteme demir (Fe+2) ve hidrojen peroksit (H2O2) eklenmesi durumunda verime etkisi incelenmiştir. Deneysel veriler fenol ve nitrofenol giderim veriminin, yüksek gerilim, pH, sıcaklık ve arıtım süresinin artması ile arttığı ve elektrot mesafesi ve iletkenlik ile azaldığını göstermektedir. Optimum deney koşulları, 1 cm elektrot mesafesi, 24 kV voltaj, çözelti pH değeri 10, çözelti sıcaklığı 30 0C olarak belirlenmiştir. Fenol ve nitrofenol çözeltilerin içerisine Fe+2 ve H2O2 çözeltisi eklenmesi ile, fenol ve nitrofenol giderim oranlarının önemli ölçüde arttığı gözlemlenmiştir. Fenol giderim verimi 10, 40, 90 ve 160 mg/l fenol konsantrasyonları için sırasıyla, % 48, % 46, % 42 ve % 34 olarak bulunmuştur. İçerisine 0,28-0,56 mM Fe+2 ilave edilen 40, 90 ve 120 mg/l fenol çözeltileri için gözlemlenen fenol giderim verimleri %78, %72 ve % 71 olarak gözlemlenmiştir. Nitrofenol içeren fenolik bileşik çözeltisinde yüksek gerilimli elektrik deşarjının etkisi incelendiğinde aynı şartlar altında 120 mg/l p-Nitrofenol çözeltisi için, 5,93 mM H2O2 ilavesinde % 97 verim elde edilmiştir.

Abstract:
The high-voltage electrical discharge (HVED) process has been a novel alternative method to advanced oxidation processes. The basic mechanism of the technology is the formation of plasmas, which can promote both physical and chemical processes. Physical processes include ultraviolet light emission, shock waves, electrohydraulic cavidation, pyrolysis within plasma channels and supercritical water conditions. Chemical processes simultaneously occur in water and include the formation of active species such as OH, H+,O-2, O2, HO2, H202, O3. HVED technology has been used in wastewater treatment for the effective elimination of organic compounds, especially with high toxicity and low biodegradability. In this study, the toxic and biorefractory organic pollutant phenol and nitrophenol was chosen as the removal target for the technique of pulsed high-voltage discharge in water. The effect of pulsed peak voltage, pH, temperature, conductivity, electrode gap, treatment time and phenol concentration on phenol degradation were investigated. In addition, the effect of ferrous iron (Fe+2) and hydrogen peroxide (H2O2) on HVED process was evaluated. Experimental data show that the phenol and nitrophenol removal efficiency increased with the increase of pulsed peak voltage, pH, temperature and treatment time and decreased discharge gap and conductivity of solution. The optimum experimental conditions was founded as electrode gap of 20 mm, an applied voltage of 24 kV, a solution pH of 10, a solution temperature of 30 0C. The phenol and nitrofenol degradation rate increased dramatically when Fe+2 and H2O2 were added into the solution. The phenol removal efficiency was 48%, 46%, 42% and 34%, respectively at 10, 40, 90 and 160 mg/l phenol solutions. The phenol removal efficiency reached 78%, 72% and 71% when 0.28-0.56 mM Fe+2 were added into phenol solutions of 40, 90 and 120 mg/l , respectively. The nitrophenol removal efficiency was 97 % at 120 mg/l nitrophenol solutions. The phenol removal efficiency reached 97 % when 5,93 Mm H2O2 were added into nitrophenol solutions of 120 mg/l .