Antep fıstığı işleme tesisi atık sularının arıtım-su geri kazanım performansının incelenmesi ve katı atıklarından fenolik bileşiklerin geri kazanımı
Investigation of treatment-water recovery performance of pistachio processing wastewater and recovery of phenolic compounds from solid wastes
Yazar: YASİN ÖZAY
Danışman: PROF. DR. NADİR DİZGE
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Antep fıstığı işleme tesislerinden kaynaklanan atık sular ve katı atıklar yeteri kadar arıtılmadıkları ve değerlendirilemedikleri takdirde ciddi çevresel problemlere neden olmaktadırlar. Antep fıstığı işleme tesisi atık sularının sahip olduğu yüksek kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) ve toplam fenol (TF) içeriği, bu atık suların tek bir proses ile arıtımını oldukça zorlaştırmaktadır. Bu çalışmada ilk olarak atık suların arıtım verimini artırmak için elektrokimyasal arıtım prosesi ve anaerobik çürütme prosesinin kombine kullanımı araştırılmıştır. Alüminyum ve demir elektrotların kullanıldığı deneylerde akım yoğunluğu (50-100 A/m2), elektrotlar arası mesafe (2-6 cm) ve reaksiyon süresi (60-300 dk) gibi parametrelerin aralarındaki ilişkiler merkezi kompozit tasarım (CCD) kullanılarak araştırılmıştır. Sonuçlar, elektrokoagülasyon prosesi ile ön işleme tabi tutulmuş atık suların en yüksek KOİ ve TF giderim verimine sahip olduğunu ve atık sudaki TF konsantrasyonunun azalmasıyla biyokimyasal metan üretiminin arttığını göstermiştir. İkinci olarak ise kimyasal ve elektrokimyasal ön arıtım proseslerinin, membran prosesler ile kombine kullanımının su geri kazanım performansı üzerine etkisi incelenmiştir. Koagülant olarak alüm (Al2(SO4)3·18H2O), demir (III) klorür (FeCl3·6H2O) ve demir (II) sülfat (Fe(SO4)·7H2O), flokülant madde olarak anyonik polielektrolit, elektrokoagülasyon deneyleri için anot ve katot materyali olarak alüminyum ve demir, elektrooksidasyon deneyleri için katot materyali olarak platin, anot materyali olarak bor katkılı elmas ve grafit kullanılmıştır. Sonuçlar, NF90 membran kullanılarak su geri kazanımı için elektrokoagülasyon ve elektrooksidasyonun en uygun ön arıtma yöntemleri olduğunu göstermiştir. Son olarak ise temiz üretim yaklaşımıyla antep fıstığı işleme tesisi katı atığı olan fıstık kabuğundan fenol geri kazanımı amaçlanmıştır. Çözücü tipi (su, etanol, metanol, n-hekzan ve aseton), çözücü sıcaklığı (25, 50, 75 °C) ve ekstraksiyon süresi (0,5, 1, 2, 4, 8, 24 sa) en yüksek fenol geri kazanımı için optimize edilmiş ve geri kazanılan fenolik bileşikler, UP150, UP005, NF270 ve NF90 membranlar kullanılarak konsantre edilmeye çalışılmıştır. Elde edilen süzüntü ve konsantredeki fenolik bileşiklerin bakterisidal, fungisidal ve biyopestisit özellikleri araştırılmıştır.

Abstract:
Waste water and solid wastes from pistachio processing plants cause serious environmental problems if they are not sufficiently treated and evaluated. It is very challenging to treat raw pistachio processing wastewater (PPW) by one step process due to their high chemical oxygen demand (COD) and total phenols (TP). In this study electrochemical (EC) process and anaerobic digestion are combined to improve treatment efficiency. In experiments using aluminum and iron electrodes, the relationships between parameters such as current density (50-100 A/m2), electrodes distance (2-6 cm) and reaction time (60-300 min) were investigated using central composite design (CCD). Results show that pre-treated PPW with EC process had the highest COD and TP removal efficiencies and enhanced the biochemical methane production, by decreasing the concentration of total phenols in the PPW. Secondly, the effects of chemical and electrochemical pretreatment processes on water recovery performance with membrane processes were investigated. Alum (Al2(SO4)3·18H2O), iron (III) chloride (FeCl3·6H2O) and iron(II) sulfate (Fe(SO4)·7H2O) were used as coagulant and anionic polyelectrolyte was used as flocculants. Al-Al and Fe-Fe electrode pairs were used in the electrocoagulation experiments while platinum (Pt), boron doped diamond (BDD), and graphite were used in the electrooxidation experiments. The results depicted that electrocoagulation and electrooxidation was the most suitable pre-treatment methods for water recovery using NF90 membrane. Finally, it is aimed to recover phenol from the pistachio hull, which is the solid waste of the pistachio processing plant, with a clean production approach. The effects of solvent type (acetone, n-hexane, ethanol, methanol, and deionized water), solvent temperature (25, 50, 75 °C), and exctraction time (0,5, 1, 2, 4, 8, 24 h) were optimized for maximum phenol extraction from hulls. The pressure-driven membrane process was used to concentrate phenol from water used as a solvent. UP150, UP005, NF270, and NF90 membranes were used to concentrate the phenolic compounds. The bactericidal, fungicidal and biopesticide properties of the phenolic compounds in the obtained filtrate and concentrate were investigated.