Tekstil endüstrisi atık sularının membran destekli ileri oksidasyon prosesleri ile geri kazanımı
Recovery of textile industry wastewater by membrane-assisted advanced oxidation processes
Yazar: HANDAN ATALAY EROĞLU
Danışman: PROF. DR. FERYAL AKBAL
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı, tekstil endüstrisi atıksuları için etkili ve düşük maliyetli geri kazanım proseslerinin araştırılması, membran konsantrelerinin azaltılmasına yönelik alternatiflerin değerlendirilmesi ve tekstil endüstrisi için maksimum su geri kazanımı ve minimum atık oluşumu sağlayan atıksu geri kazanım proseslerinin belirlenmesidir. Bu çalışmada, tekstil atıksularının geri kazanımını sağlayacak laboratuvar ölçekte membran destekli ileri oksidasyon prosesleri içeren bir sistem tasarlanmıştır. Çalışmada Fenton, Foto-Fenton, aktif karbon/H2O2 ve aktif karbon/PMS oksidasyon prosesleri mikrofiltrasyon (MF) ve ters osmoz (TO) proseslerini içeren membran sistem ile entegre edilmiştir.
Fenton ve Foto-Fenton prosesleri optimum koşulların belirlenmesi amacıyla, 2,3 ve 4 mM Fe2+ dozlarında, 5, 10 ve 15 mM H2O2 dozlarında ve farklı hidrolik bekleme sürelerinde sürekli işletilmiştir. En yüksek giderim verimi pH 3.0 değerinde 10 mM H2O2 dozu ve 3 mM Fe2+ ile elde edilmiştir. Farklı hidrolik bekleme sürelerinde sürekli işletilen Fenton oksidasyonunda kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) giderim verimi %70 ve toplam organik karbon (TOK) giderim verimi %76 dolaylarında elde edilmiştir. Membran istem öncesinde, düşük maliyetli tarımsal atıklardan elde edilen karbonların katalizör olarak kullanıldığı H2O2 ve PMS oksidasyonu ile KOİ ve TOK giderim veriminin arttırılması hedeflenmiştir. Bu amaçla kullanılan ticari aktif karbon, manyetik aktif karbon ve çam fıstığı aktif karbonların katalizörlüğünde, PMS ve H2O2 oksidanları ile gerçekleştirilen oksidasyonlarda KOİ giderim verimleri sırasıyla %79, %81 ve %83'e ulaşmıştır. Tekstil atıksuyu oksidasyon sonrasında 2,4,6 ve 8 bar basınçlarda MF ve TO membranlarından geçirilmiş, elde edilen ürün ve konsantrede KOİ giderim verimleri ve geri kazanım oranları hesaplanmıştır. En verimli giderim performansının; ürün KOİ değerinin <10 mg/L, iletkenliğin 25 µs/cm ve rengin tamamen giderildiği, çam fıstığından elde edilen aktif karbon katalizörlüğünde H2O2 oksidasyonu ile gerçekleştiği gözlemlenmiştir. Tekstil endüstrisi atıksuyu arıtımı için önerilen bu birleşik süreç, atıksuyun geri kazanımı için iletkenlik, KOİ ve renk parametreleri açısından verimli bir süreç olarak değerlendirilmiştir.

Abstract:
The aim of this study is to investigate effective and low-cost recovery processes for textile industry wastewater, evaluate alternatives to reduce membrane fouling, and determine wastewater recovery processes that maximize water reuse and minimize waste generation in the textile industry. In this study, a laboratory-scale system incorporating membrane-supported advanced oxidation processes has been designed for the recovery of textile wastewater. The study integrated Fenton, Photo-Fenton, activated carbon/H2O2, and activated carbon/PMS oxidation processes with a membrane system that includes microfiltration (MF) and reverse osmosis (RO) processes.
Fenton and Photo-Fenton processes were continuously operated at different hydraulic retention times, with doses of 2, 3, and 4 mM Fe2+ and 5, 10, and 15 mM H2O2, to determine the optimum conditions. The highest removal efficiency was achieved with a pH of 3.0, 10 mM H2O2, and 3 mM Fe2+. Continuous Fenton oxidation operated at different hydraulic retention times resulted in chemical oxygen demand (COD) removal efficiency of around 70% and total organic carbon (TOC) removal efficiency of around 76%. Prior to the membrane system, low-cost carbon obtained from agricultural waste was used as a catalyst in H2O2 and PMS oxidation to increase COD and TOC removal efficiency. Using commercial activated carbon, magnetic activated carbon, and pine nut activated carbon as catalysts, COD removal efficiencies of 79%, 81%, and 83%, respectively, were achieved in oxidations.
Textile wastewater was passed through MF and RO membranes at pressures of 2, 4, 6, and 8 bars after oxidation, and the COD removal efficiencies and recovery rates of the product and concentrate were calculated. The most efficient removal performance was observed with pine nut activated carbon as the catalyst in H2O2 oxidation, resulting in a product COD value of <10 mg/L, conductivity of 25 µs/cm, and complete color removal. This combined process proposed for textile industry wastewater treatment is considered an efficient process in terms of conductivity, COD, and color parameters for wastewater recovery.