Karadeniz'in tuzsuzlaştırılmasında elektrodiyaliz yönteminin denenmesi ve performansının değerlendirilmesi
Testing and evaluation of elektrodialysis method on desalination of Blacksea
Yazar: SİNEM KAYA
Danışman: PROF. DR. YÜKSEL ARDALI
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Son zamanlarda hızlı nüfus artışı, kuraklık ve iklim değişikliğinin, su kaynaklarının sürdürülebilirliği üzerinde tehdit oluşturması, toplumların su temininde idari ve ekonomik önlemler alma konusunda girişimde bulunmalarını zorunlu hale getirmiştir. Bu girişmlerden birtanesi de alternatif su kaynağı elde etmek amacıyla deniz suyunun tuzsuzlaştırılarak kullanılması olmuştur.
Bu çalışmada Karadeniz'den alınan deniz suyunun tuzsuzlaştırılması amacıyla  laboratuvar ölçekli  elektrodiyaliz sistemi kurulmuştur. Bu sistemde 10, 20, 30 V voltaj, 1, 2, 3 A akım ve 35, 50, 75 mL/dk debi değerlerinde tuzsulaştırma performansı incelenmiştir. Elektrodiyaliz hücresi içerisine yerleştirilen poliviniliden florid (PVDF) membranlara katyon seçicilik özelliği kazandırmak amacı ile kafur sülfonik asit (CSA), dodeksibenzono sülfonik asit (DBSA) ve paratoluen sülfonik asit (PTSA) gibi negatif fonksiyonel gruplar içeren bileşikler ile modifikasyon yapılmıştır. Anyon seçicilik özelliği kazandırmak amacı ile ise  N-metil-2-prolidan (NMP) gibi pozitif fonksiyonel gruplar içeren bileşik ile modifikasyon yapılmıştır. Membranların modifikasyon öncesinde ve sonrasındaki morfolojileri ve fonksiyonel grupları Taramalı Elektron Mikroskop (SEM) ve Fourier Dönüşümlü Kızılıötesi Spektroskopisi (FT-IR) teknikleri ile  incelenmiştir. Ayrıca modifiye membranların su tutma kapasitesi, taşınım sayısı, iyon iletkenliği, seçici geçirgenliği ve iyon değiştirme kapasiteleri incelenmiştir. Bu çalışma sonucunda deniz suyunun elektrodiyaliz sistemi ile tuzsuzlaştırılmasında optimum voltaj, akım ve debi değerleri belirlenmiştir. Elektrodiyaliz sisteminin performansı giderim verimi, giderilen madde miktarı ve özgül enerji tüketimi incelenerek değerlendirilmiştir. 
Çalışma sonucunda en yüksek giderim verimi S-PVDF-DBSA/NMP-PVDF membran çiftinde 60. dk sonunda 10 V, 2 A ve 50 mL/dk değerlerinde anolit çıkış suyunda %71.99 ve katolit çıkış suyunda ise %73.98 olarak elde edilmiştir. Elde edilen veriler ışığında modifiye membran içeren elektrodiyaliz yönteminin deniz suyunun tuzsuzlaştırılarak kullanma suyu amacı ile kullanılmasında uygun yöntem olacağı sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
The recent rapid population growth, drought and climate change become a threat to the sustainability of water resources entail necessary for societies to take administrative and economic precautions for the water supply. One of these precautions to acquire alternative water resources, use seawater with desalination.
In this study, a comprehensive electrodialysis system was established by desalinating the sea purchased from the Black Sea. In this system, desalination performance was investigated at 10, 20, 30 V voltage, 1, 2, 3 A current and 35, 50, 75 mL/min flow rates. In order to impart cation selectivity to polyvinylidene fluoride (PVDF) membranes placed in the electrodialysis cell, modifications were made with compounds containing negative functional groups such as camphor sulfonic acid (CSA), dodexybenzono sulfonic acid (DBSA) and paratoluene sulfonic acid (PTSA). 
In order to gain anion selectivity, modification was made with a compound containing positive functional groups such as N-methyl-2-prolidane (NMP). The morphologies and functional groups of the membranes before and after modification were investigated by Scanning Electron Microscope (SEM) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) techniques. In addition, the water holding capacity, transport number, ion conductivity, selective permeability and ion exchange capacity of the modified membranes were investigated. As a result of this study, optimum voltage, current and flow values were determined in the desalination of sea water with the electrodialysis system. The performance of the Electrodialysis system was evaluated by investigating the removal efficiency, the amount of substance removed and the specific energy consumption. 
As a result of the study, the highest removal efficiency was obtained as 71.99% in the anolyte effluent and 73.98% in the catholyte effluent at the values of 10 V, 2 A and 50 mL/min at the end of the 60th minute in the S-PVDF-DBSA/NMP-PVDF membrane couple. In the light of the data obtained, it was concluded that the electrodialysis method with modified membrane would be the appropriate method for desalinating sea water and using it for potable water.