Arıtma çamurunun dezentegrasyonu üzerine sono foto fenton ve sono foto katalitik yöntemlerin etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of sono photo fenton and sonophotocatalytic processes on the disintegration of sewagesludge
Yazar: ASAAD OLABİ
Danışman: DOÇ. DR. SAYITER YILDIZ
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Arıtma çamuru = Treatment sludge ; Dezentegrasyon = Disintegration ; Fenton = Fenton ; Fotokatalitik = Photocatalytic

Özet:
Bu tezin amacı, Sivas'taki atıksu arıtma tesisinden alınan çamurun hem klasik Fenton (KFP), modifeye Fenton (MFP), ve TiO2 ile fotokatalitik proses (FOP) hem de (kombine) prosesler ile dezentegrasyonuna ultrasesin (US) sinerjik etkisini araştırmaktır. Bu kapsamda temel 3 proses için dezentegrasyon derecesine (DD) tesir eden başlangıç pH'ı, reaksiyon süresi, katalist demir ve TiO2 dozları ve H2O2 dozlarının etkileri tespit edilmiştir. UV ışığının etkisini gözlemlemek için farklı dalga boylarındaki UV (UV-A, UV-B, UV-C) en iyi DD'ye sahip olan temel prosesler uygulanmıştır. Ayrıca, temel proseslerde belirletilmiş optimum koşullar kullanılarak TiO2/demir, TiO2/H2O2 ve TiO2/Fenton'ın birlikte kullanımının farklı UV lambalarda dezentegrasyona etkisi incelenip en iyi dezentegrasyon prosesi belirlenmeye çalışılmıştır. Daha sonra, US'ın sinerjik etkisini ortaya koymak amacıyla hem temel proseslere hem de bütün kombine proseslere 40 kHz frekans ve 180 watt güçte bir US jeneratörü içeren entegre edilmiş bir reaktörde ultrases uygulanmıştır. 
Deneysel çalışmalar sonucunda ve belirletilmiş optimum koşullar altında: KFP için; en iyi DD % 22.85 olarak 256 nm dalga boyu olan UV-C ışığıyla bulunurken US varlığında % 37.83 e kadar varmıştır. MFP için; en iyi DD % 25.84 olarak 256 nm dalga boyu olan UV-C ışığıyla elde edilirken US varlığında da % 42.32 ye kadar artmıştır. FOP için ise; en iyi DD % 18.35 olarak 365 nm dalga boyu olan UV-A ışığıyla belirlenirken US varlığında da % 30.34 e kadar yükselmiştir. 
Fotokatalitik dezentegrasyon işleminde TiO2 katalizörüne ilave edilecek demir ve H2O2 ile (FOP/Fenton) oldukça yüksek dezentegrasyon derecelerine ulaşıldığı ortaya konmuştur. Buna ilaveten, US kullanımının tüm proseslerde çamurun DD'ini geliştiren sinerjik bir etki yarattığı bulunmuştur. Bu sinerjik etki, KFP'de en büyükken (DD'de artış %70), TiO2/KFP/UV-B'de en düşükmüştür (DD'de artış %52). Kinetik çalışmada, tüm proseslerin sıfırıncı derece kinetiğe uyduğu belirlenmiştir. Tüm proseslerde çamurun toksisitesi ve partikül boyutu düşmüştür. Sonunda, FT-IR, SEM ve EDX analizlerinde dezentegrasyon öncesi ve sonrası çamur parçacıklarının morfolojisi ve bileşimi belirlenmiştir.

Abstract:
The aim of this thesis is to investigate the synergistic effect of ultrasound (US) on the disintegration of the sludge taken from the wastewater treatment plant in Sivas with both classical Fenton (KFP), modified Fenton (MFP), photocatalytic proces with TiO2 (FOP) and (combined) processes. In this context, the effects of initial pH, reaction time, catalyst iron and TiO2 doses and H2O2 doses affecting the degree of disintegration (DD) for the basic 3 processes were determined. Basic processes with the best DD at different wavelengths of UV (UV-A, UV-B, UV-C) were applied to observe the effect of UV light. In addition, by using the optimum conditions determined in basic processes, the effect of using TiO2/iron, TiO2/H2O2 and TiO2/Fenton together on disintegration with different UV lamps was examined and the best disintegration process was sought out. Subsequently, US was applied to both basic processes and all combined processes in an integrated reactor containing an ultrasound generator with a frequency of 40 kHz and a power of 180 watts in order to reveal the synergistic effect of US. 
As a result of experimental studies and under specified optimum conditions: For KFP; The best DD was found as 22.85% with UV-C light (with a wavelength of 256 nm), while it increased to 37.83% in the presence of US. For MFP; The best DD was obtained with 25.84% UV-C light, while it rose to 42.32% in the presence of US. For FOP; The best DD was determined as 18.35% with UV-A light (with a wavelength of 365 nm), while it reached to 30.34% in the presence of US.
In the photocatalytic disintegration process, it was shown that very high disintegration degrees are achieved with iron and H2O2 added to TiO2 catalyst (FOP/Fenton). Morever, it has been found that the use of US produces a synergistic effect that improves the DD of the sludge in all processes. This synergistic effect was greatest in KFP (70% increase in DD) and lowest in TiO2/KFP/UV-B (52% increase in DD). In the kinetic study, it was determined that all processes comply with zero-order kinetics. In all processes, the toxicity and particle size of the sludge was reduced. Finally, morphology and composition of sludge particles before and after disintegration were determined in FT-IR, SEM and EDX analyzes.