Kağıt endüstrisi atıksularının elektrokimyasal yöntemle arıtılması
Paper industry wastewater treatment by means of electrochemical method
Yazar: ŞULE CAMCIOĞLU
Danışman: PROF. DR. HALE HAPOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Elektrokoagülasyonla atık su arıtımı elektrot yerleşimi ve malzemesi, akım şiddeti, arıtım süresi, pH, sıcaklık ve elektriksel iletkenlik gibi pek çok faktörden etkilenmektedir. Literatürde yapılan çalışmalarda optimizasyon uygulamaları faktörlerin başlangıç değerleri ayarlanarak gerçekleştirilmiştir. Elektrokoagülasyon prosesinin işletme parametrelerinin zamanla değiştiği göz önünde bulundurulduğunda bu durum yanıltıcı sonuçlar ortaya çıkarmaktadır. Bu amaçla, yapılan çalışmada işletme parametreleri olan elektriksel iletkenlik, pH ve sıcaklığın MIMO PID, GPC, GMV kontrolleri gerçekleştirilmiş, performans kriterleri değerlendirilerek en uygun kontrol yöntemi GMV olarak belirlenmiştir.  Elektriksel iletkenlik, pH ve sıcaklığın kontrol edilmediği durumda yapılan arıtım çalışmasında KOİ, renk, bulanıklık ve AKM giderimleri ile enerji tüketimi sırasıyla % 34.58, % 96.56, % 99.23, % 96.43 ve 128.25 kWh/kg KOİ bulunmuştur. Kontrolsüz koşullarda yapılan arıtım çalışması ile karşılaştırıldığında pH'ın SISO kontrolü sonucunda KOİ gideriminde % 9.12 artış, elektriksel iletkenliğin SISO kontrolü sonucunda enerji tüketiminde % 33.81 oranında düşüş sağlanmıştır. İşletme parametrelerinin MIMO GMV kontrollü arıtım çalışması, kontrolsüz arıtım çalışması ile kıyaslandığında KOİ gideriminde % 9.96 artış, enerji tüketiminde % 37.49 oranında düşüş elde edilmiştir.  İşletme parametrelerinin kontrol edildiği durumda sisteme 6 faktör 5 seviyeden oluşan MBT uygulanmıştır. KOİ, bulanıklık, renk, AKM giderimleri ile enerji tüketiminin cevap olarak alındığı CYY çalışmasında en yüksek kirletici giderimleri ve en düşük enerji tüketimi hedefine erişmek amacıyla deneysel tasarımı yapılan 6 faktör olan elektrot materyali, elektriksel iletkenlik, pH, sıcaklık, akım şiddeti ve arıtım süresinin en uygun değerleri, çoklu regresyon ile elde edilen matematiksel modeller kullanılarak sırasıyla alüminyum elektrot, 2.72 mS/cm, 5.82, 22.5oC, 1.22 A, 10.8 dakika olarak elde edilmiştir. En uygun işletme koşullarında gerçekleştirilen çalışmada kontrollü durumda KOİ, renk, bulanıklık, AKM giderimleri ve enerji tüketimi sırasıyla % 42.21, % 100, % 98.61, % 97.06 ve 8.82 kWh/kg KOİ olarak bulunmuştur. Geleneksel ve ileri kontrol yöntemlerinin kağıt endüstrisi atık sularının elektrokoagülasyonla arıtımına uygulanması ile kontrollü koşullarda CYY ile en uygun işletme parametrelerinin belirlenmesi literatürde ilk kez bu tez çalışmasında gerçekleştirilmiş, kontrollü koşullarda yapılan çalışmada kontrolün uygulanmadığı duruma göre kirletici giderimlerinde artış, enerji tüketiminde düşüş sağlanmıştır.

Abstract:
Wastewater treatment by means of electrocoagulation is influenced by many factors such as electrode layout and material, current intensity, treatment time, pH, temperature and electrical conductivity. Optimization studies in literature were performed with adjustment of initial values of the factors. Considering the variations of operating parameters with time, these applications may reveal misleading results. In this study MIMO PID, GPC and GMV controls of electrical conductivity, pH and temperature were performed, GMV was chosen as the optimum controller by evaluation of performance criteria. COD, color, turbidity and TSS removal and energy consumption are obtained as 34.58 %, 96.56 %, 99.23 %, 96.43 % and 128.25 kWh/kg COD respectively while electrical conductivity, pH and temperature were not controlled. In comparison with uncontrolled case SISO control of pH increased COD removal by 9.12 %. In addition to that, SISO control of electrical conductivity decreased energy consumption by 33.81 %. MIMO GMV control increased COD removal by 9.96 % and decreased energy consumption by 37.49 % compared with uncontrolled case. A CCD of 6 factors with 5 levels was applied to the system under controlled conditions. In order to reach maximum pollutant removal and minimum energy consumption goal via RSM, optimum operating conditions of electrode material, electrical conductivity, pH, temperature, current intensity and treatment time were obtained using mathematical models fitted with multiple regression as aluminum, 2.72 mS/cm, 5.82, 22.5oC, 1.22 A, 10.8 min respectively for COD, color, turbidity, TSS removal efficiencies and energy consumption responses. COD, color, turbidity, TSS removal efficiencies and energy consumption were found as  42.21 %, 100 %,   98.61 %,  97.06 % and 8.82 kWh/kg COD respectively at optimum operation conditions under control. Application of both conventional and advanced control methods to paper industry wastewater treatment by means of electrocoagulation and determination of optimum operational parameters using RSM under controlled conditions are practised for the first time in the literature. Improved pollutant removal and reduced energy consumption are achieved under controlled conditions.