Su ve atıksu ortamında endokrin bozucu kimyasalların ozon ve fotokatalitik oksidasyon yöntemleri ile arıtılabilirliği: kinetik çalışmaları ve proses değişkenlerinin maliyet değerlendirmesi
Treatability of endocrine disrupting chemicals in water and wastewater by ozone and photocatalytic oxidation methods: kinetic studies and cost evaluation of process variables
Yazar: EYLEM TOPKAYA
Danışman: PROF. DR. AYLA ARSLAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Günümüzde artan nüfus ve sanayileşme fazla su tüketimine ve kirletici miktarlarının artmasına neden olmaktadır. Su kaynaklarının kısıtlı olması, endüstrilerde oluşan atıksuların yeniden kullanılabilirliğinin araştırılmasını gerektirmektedir. Endüstride kullanılan kimyasallar kararlı yapılarından dolayı klasik arıtma yöntemleri ile giderilememekte ve deşarjlarla alıcı su kaynaklarını kirletmektedir. Bu tez çalışmasında Organize Sanayi Bölgesi arıtma tesisi çıkış suyundaki endokrin bozucu kimyasalların (EDC) belirlenmesi ve bu kimyasalların ozon bazlı oksidasyon yöntemleri ile arıtılabilirliğinin incelenmesi amaçlanmıştır. Katalitik- fotokatalitik oksidasyon proseslerinde daha önce kullanılmayan ZnO, In2O3, CuO ve Fe2O3 yarı iletken katalizörler kullanılmıştır. Hedef EDC'ler olarak Bisfenol A (BPA), Diklofenak (DCF), Triklosan (TCS), Poliaromatik hidrokarbonlar ve Poliklorlu bifeniller belirlenmiştir. BPA, DCF ve TCS sentetik çözeltileriyle; O3, O3/UV, UV/ZnO, O3/ZnO ve O3/UV/ZnO proseslerinde 5 ppm ozon dozunda, 2x8 W UVC ışık etkisinde, 0,1 g/L ZnO katalizör kullanımında farklı konsantrasyonlarda ve 30-90-120 dakikalarda ön denemeler yapılmıştır. 5 mg/L ve 10 mg/L başlangıç kirletici konsantrasyonlarında %50-90 aralığında KOİ ve %8-100 aralığında TOK giderim verimlerine ulaşılmıştır. Taguchi deneysel tasarımı ile etken madde giderim çalışmalarıda yapılmıştır. O3/UVC/In2O3 ve O3/UVC/ZnO prosesleri ile 3. dak ve 5. dak, O3 ve O3/UV proselerinde ise 10. dakikada kirleticilerin tam bozunduğu tespit edilmiştir. O3, O3/UV/ZnO ve O3/UV en etkili prosesler olarak belirlenmiş ve gerçek atıksuda belirlenen EDC'lerin arıtılabilirliği incelenmiştir. Atıksu çalışmalarında; O3 ve O3/UVC/ZnO proseslerinde yüksek mineralizasyon ve etken madde giderimlerine ulaşılmıştır. Etken madde giderimleri birinci derece kinetiklerle uyumlu bulunmuş; KOİ ve TOK giderimleri ise kinetik modeller ile yorumlanamamıştır. En düşük arıtım maliyetleri O3, O3/UV ve O3/UVC/ZnO proseslerinde bulunmuştur. Lepidium sativum fitotoksisite testi sonucunda fotokatalitik ozon proseslerinin toksik etki göstermediği belirlenmiştir.

Abstract:
Increasing population and industrialization today cause excessive water consumption and increase in the amount of pollutants. The scarcity of water resources necessitates investigating the reusability of wastewater generated in industries. Chemicals used in the industry can't be removed by conventional treatment methods due to its stable nature and it pollute the receiving water resources with discharges. In this thesis, it is aimed to determined the endocrine disrupting chemicals (EDC) in the effluent of the Organized Industrial Zone treatment plant and to examine the treatability of these chemicals by ozone-based oxidation methods. ZnO, In2O3, CuO and Fe2O3 semiconductor catalysts were used, which weren't used before in catalytic-photocatalytic processes. Bisphenol A (BPA), Diclofenac (DCF), Triclosan (TCS), Polyaromatic hydrocarbons and Polychlorinated biphenyls were determined as target EDCs. With synthetic solutions of BPA, DCF and TCS; preliminary experiments were carried out by O3, O3/UV, UV/ZnO, O3/ZnO and O3/UV/ZnO processes at 5 ppm ozone dose, 2x8 W UVC light effect, used of 0.1 g/L ZnO catalyst, different concentrations and 30-90-120 minutes. COD and TOC removal efficiencies were achieved in the range of 50-90% and 8-100% respectively, at the initial pollutant concentrations of 5 mg/L and 10 mg/L. Studies of active substance removal were also carried out with the Taguchi experimental design. It was determined that the pollutants were completely degradation in the O3/UVC/In2O3 and O3/UVC/ZnO processes at the 3rd and 5th minutes, and at the 10th minute in the O3 and O3/UV processes. O3, O3/UV/ZnO and O3/UV were determined as the most effective processes and the treatability of the determined EDCs in real wastewater was investigated. High mineralization and active substance removals were achieved in O3 and O3/UVC/ZnO processes in wastewater studies. The active substance datas were found to be suitable of first-order kinetics; but COD and TOC removals datas couldn't be interpreted with kinetic models. The lowest treatment costs were found in the O3, O3/UV and O3/UVC/ZnO processes. As a result of the Lepidium sativum phytotoxicity test, it was determined that photocatalytic ozone processes didn't show any toxic effects.