Tekstil atık sularının farklı güç kaynakları kullanılarak elektrokimyasal arıtımında optimum şartların araştırılması
Investigation of optimum points using different power sources in textile wastewaters with electrochemical processes
Yazar: MUSTAFA KIRLAROĞLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. EBUBEKİR YÜKSEL
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Doğru akım = Direct current ; Elektrokoagülasyon = Electrocoagulation

Özet:
Bu tezde su ve atıksu arıtımında elektrokimyasal arıtma yöntemlerinden birisi olan elektrokoagülasyon prosesi çalışılmıştır. Elektrokoagülasyon (EC), kimyasal koagülasyon (CC) prensibine dayanarak gerçekleşen bir fizikokimyasal arıtma prosesi olup, arıtım işlemi sonucu CC'ye oranla daha az çamur üretmesi ve proseste kullanılan elektrik enerjisini etkin kullanması sebebiyle ekonomik açıdan tercih edilen bir prosestir. Ayrıca basit ekipman içeriği ve işletme kolaylığı gibi teknik özellikleri sebebiyle de sıkça kullanılmaktadır. Literatürde, farklı arıtma yöntemleri ile (fiziksel, biyolojik veya kimyasal) arıtılan çeşitli su ve atıksuların (boya ve tekstil, tavuk kesimhane, deri işleme endüstrisi, süt ve süt ürünleri endüstrisi vs.) arıtılmasında EC'nin yaygın olarak kullanıldığı bilinmektedir. EC'nin bu şekilde yaygın uygulanabilirliği, sistemin daha verimli kullanılmasına yönelik çalışmaların artmasına sebep olmuştur. Bu amaçla literatürde, reaktör tasarımına (kesikli, sürekli vs.), elektrot çeşidine (demir, alüminyum vs.) ve işletme parametrelerine (elektroliz süresi, akım yoğunluğu vs.) bağlı olarak çok sayıda laboratuar ve pilot ölçekte çalışma gerçekleştirilmiştir.EC'de kullanılan birimlerden birisi de güç kaynağıdır. Alternatif akım (AC) kullanılması durumunda şehir şebekesinin frekansını farklı noktalara çekmek için invertör kullanılması gerekmektedir. Bu durumda prosesin maliyeti oldukça artmaktadır. Bu sebeple yaygın olarak doğru akım (DC) kullanılmaktadır. Ancak bu durumda da elektroliz süresi arttıkça (reaksiyon devam ettikçe) katot materyali pasivizasyona uğramakta ve işletme şartlarını sabit tutabilmek için hem enerji maliyeti artmakta hem de metal hidroksitlerin oluşumu yavaşlamaktadır; bu da prosesin arıtma verimini düşürmektedir. Bu çalışmada katot pasivizasyonunu ortadan kaldırarak arıtma verimini yükselten ancak daha maliyetli olan alternatif akım güç kaynağı (ACPS) ile doğru akım güç kaynağının (DCPS) karşılaştırılması yapılmıştır. Bu amaçla akım ve gerilim kontrollü bir DCPS ve zaman rölesi kullanılarak, düşük frekanslarda düşük maliyetli olarak ACPS elde edilmiştir. Gerçekte bu şekilde elde edilen akım ?rectangular wave? olarak adlandırılsa da çalışma prensibi bakımından çalışmamızdaki EC'de buna ?alternatif akım? adı verilmiştir.Bu çalışmada, sulu çözeltilerden EC ile boyar madde gideriminde alternatif akımın (AC) sistem verimi üzerine etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla 4 adet monopolar paralel bağlı alüminyum elektrot kullanılan bir EC ünitesi kesikli olarak işletilmiştir. Boyar madde olarak Dianix Yellow CC (disperse yellow) ve Procion Yellow (reactive yellow 135) boyalarından hazırlanan iki farklı sulu çözelti ile ayrı ayrı çalışılmıştır. Bu şekilde de boya tipinin etkisi gözlemlenebilmiştir. Doğru akım (DC) kullanılan deneyler (60 V ? 10 A) DC güç kaynağı kullanılarak yürütülmüştür. AC deneyleri ise, DC güç kaynağına ayarlanabilir bir zaman rölesi bağlanarak elde edilmiştir. Böylece farklı frekanslarda da çalışılarak anot-katot polarizasyon süresinin etkisi incelenmiştir. Arıtma verimliliğinin ölçülmesinde toplam organik karbon (TOK) ve boya giderimleri dikkate alınmıştır. Her iki boyanın da EC ile arıtım sonrası absorbans spektrumları çıkarılmıştır.Tezin sonuçları ele alınarak pilot veya endüstriyel ölçekte AC akım kullanan bir EC reaktörünün tasarlanması planlanacaktır.Bu çalışmada elektrokoagülasyon prosesi ile, güç kaynağı ve boyar madde çeşitliliğine dayanan değişik proses konfigürasyonları uygulanarak sentetik tekstil atıksuyu üzerindeki TOK ve boyar madde giderim verimleri araştırılmıştır. Bu amaçla monopolar alüminyum elektrotların paralel olarak bağlandığı bir elektrokimyasal reaktör tasarlanmıştır. TOK ve turbidite giderimi üzerine pH, akım yoğunluğu ve zaman gibi parametrelerin etkisi araştırılmıştır. Giderme verimleri metreküp atıksu başına verildiği gibi çözünmüş elektrotun TOK ve boyar madde giderme kapasitesine göre de ayrıca hesaplanmıştır.Alüminyum elektrotların kullanıldığı elektrokoagülasyon proseslerinde flok oluşumunda ve organik maddeyi adsorbe eden etkili tür Al(OH)3 olup, pH 4.0 ? 6.5 aralığında iyi giderme verimlerinin elde edildiği bilinmektedir. Bu aralıkta monomerik ve polimerik alüninyum hidroksit türlerinin çökelme mekanizması ve pH>6.5 aralığında Al(OH)3 ve polimerik alüminyum hidroksit türlerinin adsorpsiyon mekanizması etkili olmaktadır. Çalışmada özellikle pH 4.5'de yüksek TOK ve boyarmadde giderimi görülmüştür. Ayrıca çözünen elektrotun giderme kapasitesinin de arttığı gözlenmiştir.Anahtar Kelimeler : Elektrokoagülasyon, boyar madde, doğru akım, alternatif akım.

Abstract:
In this thesis; the process of electrocoagulation, which is one of the methods of electrochemical treatment in purification of water and waste water, was investigated. Electrocoagulation is a process of physicochemical treatment depending on principle of chemical coagulation. It is also economically preferable; because, it produces less sludge than CC after the treatment and uses the electric energy effectively. It is also preferred thanks to its technical features such as simple equipment content and easiness in running. In literature; it is known for its common usage for the treatments of water and waste water (painting and textile, slaughterhouse, leather treatment, and dairy industry) which are treated with different methods (physical, chemical and biological). The common applicability of EC has provided further studies devoted to increasing the productivity of usage of the system. Thus; in literature, the studies depending on reactor design (batch, continuous), type of electrode (iron, aluminum) and running parameters (electrolysis time, current density, etc.) were applied at many plants in pilot scale and laboratories. One of the units used in EC is power supply. It is necessary to use inventor to distribute the frequency of mains to different points in case alternative current is used. In this situation; the costs are too high. Thus; direct current (DC) is used commonly. But, in this case, as the period of electrolysis increases (the reaction goes on); cathode material undergoes passivization and in order to fix conditions of running, both the cost of energy rises and the formation of metal hydroxides slows down. This also reduces the treatment productivity of the process. In this study; ACPS (alternative current power supply), which increases the treatment productivity by removing pacification but more expensive, and DCPS (direct current power supply) were compared. Thus; ACPS was obtained with low costs and at low frequencies by using a current and voltage controlled DCPS and time relay. Although this kind of current is actually named as ?rectangular wave?, it is now called as alternative current according to research principles in EC in our study.In this study; the effect of alternative current in the removal of EC, one of the dilute solutions, and pigments on the system of output was investigated. Thus; an EC unite -in which 4 monopolar parallel connected aluminum electrodes were used- was run intermittently. It was separately studied with two different dilute solutions made from disperse yellow and procion yellow as the dyestuffs. By this mechanism, the effect of the type of dye could be observed. The experiments in which DC was used were run by using 60V-10A power supply. Thus; the effect the period of anode-cathode polarization was examined by studying at different frequencies. Total organic carbon (TOC) and dye removal were considered in measuring treatment productivity. In EC; post-treatment absorbance spectrums of both dyes were produced. Given the results of thesis; it will be planned to design an EC reactor that uses AC at the pilot or full (industrial) scale. In this study; the removals of TOC and dye on synthetic textile waste water were investigated by applying different process configurations and electrocoagulation process, depending on power supply and type of dye. Thus; an electrochemical reactor connected with parallel monopolar aluminum electrodes was designed. The effects of the parameters such as pH, current density and time, on TOC and turbidity removal were investigated. Removal efficiency ratios were given per m3 dye solution and electrode consumption per TOC and dye removal was also calculated.The effective type in electrocoagulation processes in which aluminum electrodes were used, in flock formations and which also absorbs the organic substance is Al(OH)3. It is known that effective removal results were observed in between of 6.0-6.5. In this interval, the precipitation mechanisms of the types of aluminum hydroxide; and in the interval of pH>6.5 absorption mechanisms of the types of polymeric aluminum hydroxide and Al(OH)3 is effective. In the study; high TOC and dye removal were observed especially at pH 4.5. Moreover; it was observed that the removal capacity of dissolved electrode increased.Key Words : Electrocoagulation, Dilute solutions, Direct Current, Alternative Current