Katı atık düzenli depolama sahası sızıntı sularının membran distilasyonu ile arıtılabilirliği /
Yazar: ALI ZOUNGRANA
Danışman: PROF. DR. MEHMET ÇAKMAKCI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çimento Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Çöp sızıntı suyu yüksek konsantrasyonlarda zararlı kirleticiler içeren ve dünyadaki hemen hemen bütün ülkelerde bulunan bir atıksudur. Düzenli depolama sahası dizaynları genel olarak çevrenin zarar görmesini önleme amacıyla yapılmaktadır. Ancak depolama sahasından sızan su çok toksik olup çevreyi ve insan sağlığını tehdit etmektedir. Bu çalışmada, iki farklı çöp sızıntı suyunun (ham çöp sızıntı suyu ve UF ile ön arıtılmış sızıntı suyu) modifiye edilmiş doğrudan temaslı membran distilasyonu (DCMD) ile farklı delta sıcaklıklarında 30, 40 ve 50 oC'de arıtılabilirliği araştırılmıştır. Farklı por çaplarına sahip (0,22 ve 0,45 µm) politetrafloroetilen (PTFE) ve polivinilidin florid (PVDF) hidrofobik membranları kullanılmıştır. Çalışma boyunca, beslenen atıksular 40, 50 ve 60 oC'de ısıtılmış ve soğutma suyu 10 oC'de tutulmuştur. Çalışmaya 10 saat boyunca aynı membranla devam edilmiş, sadece besleme sıcaklıkları 40 oC'den 60 oC'ye çıkarılmıştır. Çalışmanın ikinci aşaması distilasyon sonunda elde edilen konsantrenin evaporasyonundan oluşmaktadır. Beslenen atıksuyun hacmi %70 oranında azaltılıp %30'luk kısım konsantre olarak alınmış ve evaporatörde, 150 C'de evaporasyona tabi tutulmuştur. Evaporasyon sonucunda konsantre kolay ve ucuz bir şekilde bertaraf edilebilen katı forma dönüştürülmüştür. Modifiye edilmiş DCMD ile iletkenlik, KOİ, alkalinite ve sertliğin başarılı bir şekilde giderilebildiği görülmüştür.  35800 µs/cm ve 34.000 µs/cm iletkenliğe sahip ham su ve UF çıkış sularının iletkenliği distilasyon ile 5000 µs/cm ve 450 µs/cm'ye düşürülmüştür. Amonyum (NH4-N) giderim verimi diğer parametrelere göre daha düşük olmuştur. KOİ, sülfat, alkalinite, sertlik, toplam katı ve uçucu katı madde için giderim verimleri ham su için (kullanılan tüm mebranlarda) sırasıyla 85%, 99%, 95%, 90%, 98%,  99% ve 99% ve UF çıkış suyu için 99%, 98%, 92%, 85%, 98%, 99% ve 99% olmuştur. Amonyum giderim verimleri ise ham su ve UF çıkış suyu için 70% ve 92% olmuştur. Membranın performansının belirlenmesi için membran akıları ölçülmüştür. 0,45 µm por çaplı PTFE membranında 60 oC (∆T = 50 oC) sıcaklıkta yüksek akı elde edilmiştir. Ham su ve UF çıkış sularının distilasyonunda en yüksek akılar 9.87 ve 15.54 L/m2.h olmuştur. Membranların temas açıları kullanım öncesi ve sonrası ölçülmüş ve PTFE membranının temas açısında %3'lük düşme görülmüştür. PVDF membranında ise daha yüksek yüzey hasarına bağlı olarak %22'lik düşme görülmüştür. Sonuç olarak, çalışmada kullanılan tüm membranların modifiye DCMD ile çöp sızıntı suyunun arıtımında etkili olduğu görülmüştür. PTFE membranlarında daha yüksek süzüntü kalitesi, yüksek transmembran akısı elde edilmiş ve membranların ıslanmaya, tıkanmaya ve fiziksel hasara daha dayanıklı olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Landfill leachate known as a very strength wastewater with high concentration of harmful pollutants is present in almost countries in the world due to historical landfilling and the ease and costless of its process. Sanitary landfill designs are widely found with more precaution and prevention of the damage to the environment. However, water percolating through landfill remains very toxic and threatens the environment as well as human well-being.  In the present study, the treatability of two different landfill leachates (raw leachate and UF pretreated outlet leachate) by modified direct contact membrane distillation (DCMD) at different delta temperatures (30, 40 and 50 0C) has been investigated. Two hydrophobic membranes made of polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvilidene difluoride (PVDF) with different pore sizes (0.22 µm and 0.45 µm) were used. Feed leachates were heated at  40, 50 and 60 oC and cooling water was maintained at 10 oC during the whole study. The study lasted after 10 hours of treatment with the same membrane, only feed temperatures are increased from 40 to 60oC during the 10 hours experiments. A second part of the study consisted of the evaporation of the concentrate achieved at the end of the distillation. Almost 70% the initial feed volume is reduced, the remaining 30% considered as concentrate is evaporated in an evaporator at 150 oC to leave only a solid state that becomes easily and cheaply handleable. The experimental results indicated that conductivity, COD, alkalinity and hardness can successfully be removed by modified DCMD. An initial conductivity of 35800 µs/cm of the raw leachate and 34.000 µs/cm of the UF outlet leachate has been reduced to about 5000 µs/cm and 450 µs/cm respectively. Ammonium (NH4+-N) removal was less efficient than the other constituents. The removal efficiencies for conductivity, COD, sulfate, alkalinity, hardness, total solid and volatile solid were approximately 85%, 99%, 95%, 90%, 98%,  99% and 99% respectively for all membranes used with raw leachate and 99%, 98%, 92%, 85%, 98%, 99% and 99% respectively for all membranes used with UF outlet leachate , while ammonia removal efficiency was about 70% and 92% for raw and UF outlet leachate respectively. Flux was also measured to evaluate membrane performance. High flux was obtained at 60 0C (50 0C delta T) with 0.45 µm pore size of PTFE. The highest flux with raw leachate was 9.87 L/m2.h. while it was 15.54 L/m2.h with UF outlet leachate. Membranes contact angles has been accessed before and after being used and PTFE membrane presented a drop of less than 3% of the contact angle. In contrary PVDF membranes showed high surface damage and contact angle decreased to about 22%. As a result, modified DCMD and all membranes used in this study were effective for the treatment of landfill leachate. PTFE membranes worked well and resulted better effluent quality, higher transmembrane flux and resisted more to wetting, fouling and membrane damage.