Hibrit alüminyum-demir elektrotlar kullanılarak petrokimya rafinerisi atıksuyunun elektrokoagülasyon ile arıtılması
Treatment of petrochemical refinery wastewater using hybrid aluminum-iron electrodes by electrocoagulation
Yazar: KAAN ERGÜN
Danışman: PROF. DR. BAHADIR KÜRŞAD KÖRBAHTİ
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Petrol, dünya üzerindeki en önemli hidrokarbon yapılı bileşiklerden biridir. Yer altından çıkartılması, nakliyesi, depolanması, rafinasyonu ve kullanımının çeşitli aşamalarında çevre kirliliğine neden olabilmektedir. Petrokimya rafinerilerinde yağlar, yakıtlar ve petrokimya ara ürünleri üretilir. Rafinasyon sırasında soğutma kulesinde soğutma suyu olarak temiz su kaynakları kullanılır. Bu sular petrol ürünleriyle etkileşime girerek yüksek kirliliğe sahip petrokimya rafinerisi atıksuyunu meydana getirirler. Bu çalışmada, petrokimya rafinerilerinde üretilen yüksek kirlilikli atıksuyun elektrokoagülasyonla arıtılması hedeflenmiştir. Çalışma süresince petrokimya rafinerisi atıksuyu gerçek petrol ürünleriyle laboratuvarımızda sentetik olarak hazırlanmıştır. Gerçekleştirilen deneyler D-optimal deney tasarımına göre tasarlanmıştır. Petrokimya rafinerisi atıksuyunun elektrokoagülasyonla arıtılmasında, %25 NaCl + %75 Na2SO4 elektrolit karışımı varlığında Al-Al, Al-Fe, Fe-Fe elektrot tipleri kullanılmıştır. %20-%100 kirlilik yükü, 1-5 mg/L eleketrolit derişimi, 0.4-2.0 mA/cm2 akım yoğunluğu ve 20-60°C reaksiyon sıcaklığı aralığındaki işletim parametrelerinin etkileri kesikli elektrokimyasal reaktörde araştırılmıştır. Cevap yüzey yöntemi kullanılarak optimum işletim şartları Al-Al, Al-Fe, Fe-Fe elektrot konfigürasyonları için ayrı ayrı belirlenmiştir. Elde edilen optimum veriler ile reaksiyon kinetiği, KOİ giderimi ve bulanıklık giderimi temelinde lojistik büyüme modeli denkleminden faydalanılarak belirlenmiştir. KOİ giderimi temelinde lojistik büyüme modeli ikinci derece reaksiyon hız denklemi ile reaksiyon hız sabitleri Al-Al elektrot tipi için 0.2423 mg¯¹Lmin¯¹, Al-Fe elektrot tipi için 0.8092 mg¯¹Lmin¯¹, Fe-Fe elektrot tipi için 1.0254 mg¯¹Lmin¯¹ olarak hesaplanmıştır. Bulanıklık giderimi temelinde lojistik büyüme modeli ikinci derece reaksiyon hız denklemi ile reaksiyon hız sabitleri Al-Al elektrot tipi için 0.2573 NTU¯¹Lmin¯¹, Al-Fe elektrot tipi için 0.4751 NTU¯¹Lmin¯¹, Fe-Fe elektrot tipi için 0.3476 NTU¯¹Lmin¯¹ olarak hesaplanmıştır. Çalışmada, petrokimya rafinerisi atıksuyunun hibrit elektrotlar kullanılarak elektrokoagülasyonla arıtılması başarıyla sağlanmıştır.

Abstract:
Petroleum is one of the most important hydrocarbon compounds in the world. It may cause environmental pollution at various stages of extraction, transportation, storage, refining and use. Oils, fuels and petrochemical intermediates are produced in petrochemical refineries. During refining, fresh water sources are used as cooling water in the cooling tower. These waters interact with petroleum products and form highly polluted petrochemical refinery wastewater. In this study, it was aimed to treat highly polluted wastewater produced in petrochemical refineries by electrocoagulation. During the study, petrochemical refinery wastewater was prepared synthetically in our laboratory with real petroleum products. The designed experiments were carried out according to the D-optimal experimental design. Al-Al, Al-Fe, Fe-Fe electrode types were used in the presence of 25% NaCl + 75% Na2SO4 electrolyte mixture in the treatment of petrochemical refinery wastewater by electrocoagulation. The effects of operating parameters in the range of 20-100% pollution load, 1-5 mg/L electrolyte concentration, 0.4-2.0 mA/cm2 current density and 20-60°C reaction temperature were investigated in a batch electrochemical reactor. Optimum operating conditions were determined separately for Al-Al, Al-Fe, Fe-Fe electrode configurations using the response surface methodology. At optimized contitions, the reaction kinetics were determined using the logistic growth model equation based on the COD removal and turbidity removal. Logistic growth model based on COD reduction with second order reaction rate equation, reaction rate constants were calculated 0.2423 mg¯¹Lmin¯¹ for Al-Al electrode type, 0.8092 mg¯¹Lmin¯¹ for Al-Fe electrode type, 1.0254 mg¯¹Lmin¯¹ for Fe-Fe electrode type. Logistic growth model based on turbidity reduction with second-order reaction rate equation and reaction rate constants were calculated as, 0.2573 NTU¯¹Lmin¯¹ for Al-Al electrode type, 0.4751 NTU¯¹Lmin¯¹ for Al-Fe electrode type, 0.3476 NTU¯¹Lmin¯¹ for Fe-Fe electrode type. In the study, the purification of petrochemical refinery wastewater by electrocoagulation using hybrid electrodes was successfully achieved.