Elektrokoagülasyon yöntemleri ile yağ-su emülsiyonlarının ayrılması
Separati̇on of oil-water emulsions by electrocoagulation processes
Yazar: HATİCE SEVİM EKŞİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLİZAR KURTOĞLU AKKAYA
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Elektrokoagülasyon = Electrocoagulation

Özet:
Günümüzde su içinde oldukça yaygın bir kirletici olan yağlar, petrokimya tesislerinde, maden işletmelerinde, gıda endüstrilerinde ve birçok endüstriyel proses sonucunda oluşan suların içinde genellikle emülsiyon halinde bulunmaktadır. Bunun dışında, deniz üzerinden yapılan petrol taşımacılığında ve petrol üretimi esnasında sürekli meydana gelen petrol sızıntıları/dökülmeleri büyük miktarda yağ bazlı kirletici içeren petrolün, su kaynaklarına karışarak yağlı atıksuların oluşmasına sebep olmaktadır. Petrol sızıntılarının-kazalarının sıklıkla yaşanması ve emülsiyon haldeki yağ-su karışımlarının doğrudan alıcı ortamlara deşarj edilmesi, çevreye ve canlı yaşamı üzerine zararlı etkiler oluşturacağından, bu tür atıksuların verimli bir şekilde arıtılması büyük önem taşımaktadır.
Bu tez çalışmasında, sürdürülebilir su yönetimi için etkili ve umut verici bir yöntem olarak değerlendirilen elektrokoagülasyon (EC) ve ileri elektrokoagülasyon prosesi olarak adlandırılan elektro-persülfat yöntemi (EPS) ile yağ-su emülsiyonlarının arıtılması amaçlanmıştır. Deneysel çalışmalar için model bir yağ-su emülsiyonu hazırlanmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında, üç farklı elektrot konfigürasyonu ile yağ-su emülsiyonlarının EC ile arıtımı gerçekleştirilmiş ve en ekonomik elektrot çifti belirlenmiştir. Çalışmanın devamında, yağ-su emülsiyonlarının ayrılması için EC ve EPS prosesi cevap yüzey yöntemi (RSM) ve Box-Behnken tasarımı (BBD) kullanılarak modellenmiş ve işletme şartları optimize edilmiştir. BBD ile işletme parametrelerinin (EC için pH, akım yoğunluğu ve elektroliz süresi; EPS için pH, akım yoğunluğu, persülfat (PS)/KOİ ve elektroliz süresi), sistem yanıtı (KOİ giderimi) üzerindeki etkileri ve birbirleriyle etkileşimleri ortaya konmuştur. Nötr pH'da, maksimum KOİ giderimi için model yardımı ile belirlenen optimal işletme şartları EC için 27 mA/cm2, 37 dk ve EPS için 27 mA/cm2, 25 dk ve PS/KOİ=0,5'dir. Optimum koşullar altında BBD tarafından tahmin edilen ve doğrulama deneyleri sonucu KOİ giderim verimi EC ve EPS için sırasıyla %100, %97,15 ve %88,18 ve %87,94 olarak ve toplam maliyet EC ve EPS için sırasıyla 2,061 €/m3 ve 1,19 €/m3 olarak belirlenmiştir. Çalışma neticesinde EC, EPS prosesine göre daha yüksek atıksu arıtma performansı sağlamıştır. Ancak, ekonomik açıdan EPS prosesi daha verimli yağ-su emülsiyonlarının arıtımını sağlamıştır.

Anahtar Kelimeler: Elektrokoagülasyon, Elektro-persülfat, Optimizasyon, Sonifikasyon, Yağ-su emülsiyonu,

Abstract:
Oils, which are a fairly common pollutant in water today, are usually found in emulsion form in petrochemical plants, mining operations, food industries and in water formed as a result of many industrial processes. In addition, oil spills/spills that occur continuously during oil transportation and oil production over the sea cause oil containing a large amount of oil-based pollutants to mix with water resources and form oily wastewater. Since frequent occurrence of oil spills-accidents and discharge of emulsified oil-water mixtures directly to receiving environments will have harmful effects on the environment and living life, efficient treatment of such wastewater is of great importance.
In this thesis study, it is aimed to separate oil-water emulsions by electrocoagulation (EC) which is evaluated as an effective and promising method for sustainable water management and electro-persulfate method (EPS) called advanced electrocoagulation process. A model oil-water emulsion was prepared for experimental studies. As a firstly in the study, oil-water emulsions with three different electrode configurations were treated with EC and the most economical electrode pair was determined. Afterwards, operating conditions of EC and EPS were modeled and optimized for the treatment of oil-water emulsions process by response surface method (RSM) and Box-Behnken design (BBD). Operating parameters with BBD (pH, current density, and electrolysis time for EC; pH, current density, persulfate (PS)/COD and electrolysis time for EPS), effects on system response (COD removal) and their interactions with each other have been revealed. At neutral pH, the optimal operating conditions determined with the help of the model for maximum COD removal are 27 mA/cm2, 37 min for EC and 27 mA/cm2, 25 min and PS/COD=0.5 for EPS. Whereas The COD removal efficiency estimated as 100% and 88.18% by BBD under optimum conditions, tests results in the same conditions were 97.15% and and 87.94% for EC and EPS respectively, and the total cost was 2,061 €/m3 and 1.19 €/m3 for EC and EPS respectively. As a result of the study, EC achieved higher wastewater treatment performance than the EPS process. However, from an economic point of view, the EPS process has enabled the treatment of more efficient oil-water emulsions.
 
Keywords: Electrocoagulation, Electro-persülfate, Optimization, Sonication, Oil-water emulsion