Membran kapasitif prosesler kullanılarak atıksulardan amonyum iyonu giderimi ve geri kazanımı
Recovery and removal of ammonium ions from wastewater by membrane capacitive deionization process
Yazar: HACER ŞAKAR
Danışman: PROF. DR. AHMET KARAGÜNDÜZ
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Son yıllarda çevresel duyarlılığın artması sebebiyle atıksulardan amonyum giderimi üzerinde çeşitli sayıda teknolojiler ortaya çıkmıştır. Organik yapılı atıkların anaerobik çürütücülerde arıtılması sırasında suda bulunan azot sıvı haldeki amonyum azotuna dönüşmektedir. Anaerobik çürütücü suyu olarak adlandırılan bu suda amonyum iyonlarının yanısıra sodyum, potasyum ve kalsiyum gibi iyonlar ve organik yapılı maddeler içermektedir. Çürütücü suyunun amonyum içeriği amonyak gazı ve amonyumun bitkiler tarafından kolayca adsorblanabilmeleri ve dolayısıyla gübre olarak kullanabilmeleri sebebiyle önem arz etmektedir.
Bu çalışmada Kapasitif İyonsuzlaştırma (Kİ) ve Membran Kapasitif İyonsuzlaştırma (MKİ) hücreleri kullanılarak amonyum iyonlarının giderim performansları araştırılmıştır. Kİ ve MKİ hücrelerinin amonyum iyonlarını tutma mekanizmaları açıklanmıştır. Her iki sistemin elektrokimyasal davranışları belirlenerek işletme parametreleri optimize edilmiştir. Besleme çözeltisine Ca2+, Mg2+, Na+, K+ gibi iyonlar ve organik madde olarak glikoz eklenerek çoklu konsantrasyona sahip ortamlarda sistemin amonyum giderim performansları araştırılmıştır. Farklı elektrot materyalleri ve farklı membran türleri de denenmiştir. Son olarak gerçek atıksuyun arıtılabilirliği, spesifik olarak amonyum giderim performansı ve amonyum içeriği zengin çıkış suyunun elde edilebilirliği ortaya konmuştur.

Anahtar Kelimeler: Amonyum, Anaerobik Çürütücü, Kapasitif İyonsuzlaştırma, Membran Kapasitif İyonsuzlaştırma.

Abstract:
Increasing awareness of environmental issues in recent years has resulted in a number of technologies being applied for the removal of nitrogen from wastewaters. When a significant amount of nitrogen is present in the organic feed sources, nitrogen is converted to ammonium (NH4+), which is dissolved in the liquid inside the anaerobic digester. This liquid contains other components, including sodium, magnesium, potassium and calcium, as well as some organic matter, and is known as the digestate. The ammonium content of the digestate is of particular interest for the reason that ammonia and ammonium are a source of nitrogen that is easily absorbed by plants, and consequently could be used as fertilizers.
In this study, a Capacitve Deionization (CDI) and a Membrane Capacitive Deionization (MCDI) unit cells were used to remove NH4+ ions. The understanding of ammonium ion capture for both CDI and MCDI units were initiated. The electrochemical behaviour of the two system were identified and the operational parameters were optimized. By adding different type of ions like Ca2+, Mg2+, Na+, K+ and glucose as an organic matter to the feed solution and the ammonium removal performances of the two system were investigated in that multi-concentrated media. Different electrode materials and different membrane types were also tested. Finally the treatability of the real digestate wastewater and also the spesific ammonium removal performance were assessed and the production of ammonium rich effluent water was revealed.

Key Words: Ammonium, Anaerobic Digestate, Capacitive Deionization, Membrane Capacitive Deionization.