Tekstil sanayi atıksularından elektrokoagülasyon ile renk gideriminin taguchi metodu ile optimizasyonu
Optimization using taguchi method for color removal from textile wastewater by electrocoagulation
Yazar: ADİL AKBEY
Danışman: DOÇ. DR. ÖMÜR GÖKKUŞ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada gerçek tekstil atıksuyunun elektrokoagulasyon prosesi ile arıtımında renk ve toplam organik karbon (TOK) parametreleri için en iyi giderim verimlerinin elde edildiği koşullar Taguchi deneysel tasarım matrisi (L9) kullanılarak belirlenmiştir. Elektrokoagulasyon çalışmalarında anot ve katot materyal olarak aluminyum plakalar kullanılmıştır. Çalışma kapsamında pH, akım yoğunluğu, elektroliz süresi olmak üzere üç farklı işletimsel parametrenin arıtım performansı üzerindeki etkisi (renk ve TOK giderimi) incelenmiştir. Elde edilen bulgulara göre renk ve TOK parametreleri için en iyi giderimin sağlandığı deneysel koşullar farklılık göstermektedir. Bu nedenle renk ve TOK parametreleri için en iyi giderim performansının sağlandığı koşullarda iki ayrı deneysel çalışma yürütülerek işletimsel faktörlerin elektrokoagülasyonla arıtım performansı üzerindeki etkisi değerlendirilmiştir. Çalışma kapsamında ayrıca pH, akım yoğunluğu ve elektroliz süresi gibi işletimsel parametrelerin her biri için ayrı ayrı sistem performansı üzerindeki etkilerinin katkı yüzdesi hesabı yapılmıştır. Çalışma sonuçlarına göre en iyi renk gideriminin elde edildiği koşullar pH 5, akım yoğunluğu 100 A/m2 ve elektroliz süresi 50 dakika olarak tespit edilmiştir. Bu koşullar altında yürütülen elektrokoagulasyon denemesinde %98,6 renk giderim verimine ulaşılmıştır. Diğer taraftan en iyi TOK gideriminin elde edildiği koşullar pH 3, akım yoğunluğu 100 A/m2 ve elektroliz süresi 100 dakikadır. Bu koşullarda yürütülen elektrokoagulasyon denemesi sonucunda ise %53,5 TOK giderimine ulaşılmıştır. Ayrıca her bir sistem parametresinin katkı yüzdeleri hesaplanmış ve maksimum renk giderimi için pH, akım yoğunluğu ve elektroliz süresi parametrelerinin katkı yüzdeleri sırasıyla %21, %16 ve %44 olduğu belirlenmiştir. En iyi TOK gideriminin elde edildiği deneysel çalışmada ise pH, akım yoğunluğu ve elektroliz süresi parametrelerinin katkı yüzdeleri sırasıyla %3, %58 ve %29 olduğu belirlenmiştir. Tekstil endüstrisi atıksularının arıtımı için elektrokoagulasyon prosesi ile yürütülen bu çalışmada TOK ve kimyasal oksijen ihtiyacı (KOI) arasında bir korelasyon yapılarak elektrokoagulasyon prosesi kullanılarak arıtılan tekstil atıksuyu için Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği ile belirtilen standart değerlerin altında bir çıkış suyu kalitesine ulaşıldığı ortaya konulmuştur. Çalışmanın son kısmını ise yürütülen optimum deneysel koşullar için mineralizasyon akım verimleri ve işletim maliyetlerinin hesapları oluşturmaktadır. Renk giderimi için optimum koşullarda yürütülen deneysel çalışmadan elde edilen verilere göre mineralizasyon akım verimi, elektrot tüketimi ve toplam işletim maliyetleri sırasıyla 128,58; 0,23 kg-Al/m3 ve 2,42 $/m3 olarak hesaplanmıştır. Diğer taraftan TOK için optimum koşullarda yürütülen deneysel çalışmaya ait mineralizasyon akım verimi, elektrot tüketimi ve toplam işletim maliyetleri ise sırasıyla 121,72; 0,46 kg-Al/m3 ve 4,20 $/m3 olarak hesaplanmıştır. Çalışma bulguları ışığında elektrokoagulasyon prosesinin tekstil atıksularının arıtımı için iyi bir alternatif olduğu ve Taguchi deneysel tasarım metodunu kullanarak zaman ve maliyet açısından önemli kazanımlar elde edilebileceği düşünülmektedir.
Anahtar Kelimeler: Elektrokoagulasyon, Tekstil, Taguchi, Optimizasyon, Deneysel Tasarım

Abstract:
In this study, the conditions at the best removal efficiencies for color and TOC parameters in treatment of real textile wastewater by electrocoagulation were determined employing Taguchi experimental design method (L9). In the electrocoagulation experiments, both anodes and cathodes were chosen aluminum plates. In the scope of the study, the effect of three different parameters like pH, current density and electrolyse time on treatment performance (as color and TOC removal) was evaluated. According to the findings, the experimental conditions, providing the best removals for color and TOC parameters are not the same. Therefore, the effect of the operational factors on the treatment performance with electrocoagulation was evaluated, performing two different experimental study, at the optimum conditions that provided the best removal performance for color and TOC parameters. In addition, the contribution ratios for each operational factors like pH, current density and electrolysis time on the treatment performance were also calculated.  According to the findings, the optimum conditions for the best color removal were determined as pH 5, current density of 100 A/m2 current density of 100 A m-2 and electrolysis time of 50 min. At these conditions, 98.6% color removal was reached with electrocoagulation process. On the other hand, the best TOC removal was reached at the conditions; pH 3,  current density of  100 A m-2 and electrolysis time of 100 min. At these conditions, 53.5% TOC removal was reached with electrocoagulation process. Moreover, the contribution ratios for each system parameters were calculated and it is found that the contribution ratios for each parameters at the best conditions for the color removal were 21%, 16% and 44% for pH, current density and electrolysis time, respectively. Also, the contribution ratios for pH, current density and electrolysis time were calculated, with the obtained data from the experiment at the best conditions for TOC removal, 3%, 58% and 29%, respectively. In this study, performed with electrocoagulation process to treatment of textile wastewater, it is also presented a comparison for the effluent quality for textile wastewater after EC process in terms of Turkish Water Pollution Control Regulation by means of a correlation between TOC and COD, and the results showed that the water quality after EC process met the related quality requirement with regard to COD limits.
The final part of the study is the calculation of mineralization current efficiencies and operating costs for EC process at the optimum experimental conditions. According to the calculations with the data obtained from the EC experiments for color removal, mineralization current efficiency, electrode consumption and total operational costs were 128,58; 0,23 kg-Al/m3 and 2,42 $/m3, respectively. On the other hand, mineralization current efficiency, electrode consumption and total operational costs belong to the experiments performed at the optimum conditions for TOC removal were calculated as 121,72; 0,46 kg-Al/m3 and 4,20 $/m3, respectively. The experimental findings showed that EC process can be a good alternative for removal of textile wastewater and it is thought that employing Taguchi experimental design method, significant benefits in terms of time and cost can be obtained.

Keywords: Electrocoagulation, Textile, Taguchi, Optimization, Experimental Design