Atık demir ve alüminyum metal talaş anotların kullanıldığı bir elektrokoagülasyon reaktörü ile evsel atıksulardan fosfor giderimi
Phosphorus removal from domestic wastewaters with an electroconagulation reactor used in waste iron and aluminium scrap anodes
Yazar: SADULLAH YILDIRIM
Danışman: PROF. DR. MEHMET KOBYA
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada, kentsel atıksu arıtım tesisinin anaerobik çürütücüdeki yoğunlaştırılmış susuzlaştırma çıkışlarından; demir (Fe), alüminyum (Al) ve hibrit Al-Fe talaş anotların kullanıldığı bir paket-yatak elektrokoagülasyon reaktörü ile farklı proses şartlarında fosfor giderilmiştir. Atıksulardan fosfor giderimi için (>% 99) optimum uygulanan akım 0.20 A, 90 dakika EC süresi ve anot miktarı 30.24 g olarak bulunmuştur. Al ve hibrit anotlar için optimum pH 5 ve Fe anotlar için ise optimum pH 8.12 olarak belirlenmiştir. Optimum şartlarda Al, Fe ve hibrit anotlar için enerji ve elektrot tüketimleri ve 0.958 kWh/m3 ve 0.246 kg/m3, 1.312 kWh/m3 ve 0.433 kg/m3 ve 1.260 kWh/m3 ve 0.155 kg/m3 hesaplanmıştır. Ayrıca Al, Fe ve hibrit elektrotlar için EC sonunda oluşan çamur miktarları ve işletme maliyetleri 0.6343 kg/m3 ve 0.494 $/m3, 0.448 kg/m3 ve 0.420 $/m3 ve 0.617 kg/m3 ve 0.444 $/m3 bulunmuştur. Hibrit talaş elektrotlar kullanılması durumunda Al talaş miktarı arttıkça fosfor giderim veriminin arttığı, eşit miktarda (15.12 g Al + 15.12 g Fe) kullanılması ile >% 99 üzerinde verimlere ulaşıldığı görülmüştür. Al, Fe ve Fe-Al hibrit elektrotlar için optimum şartlarda Me/P oranları sırasıyla nAl/P = 5.40, nFe/P = 4.17 ve nFe+Al/P = 6.15 mol/mol olarak hesaplanmıştır. Optimum şartlarda çözünen anot miktarı başına giderilen fosfor miktarları (qe, mg/g) ise Fe talaşlar için 99.86 mg P/g Fe (0.0327 mg P/C), Al talaşlar için ise 191.22 mg P/g Al (0.0392 mg P/C) ve hibrit talaş anotlar için 102.18 mg P/g (Fe+Al) (0.0436 mg P/C) bulunmuştur. Bu sonuçlara göre, Al talaş anotların fosfor giderim kapasitesi Fe ve hibrit talaşlardan daha yüksektir.

Abstract:
In this study, phosphorus was removed from the concentrated dewatering effluents of anaerobic digesters of urban wastewater treatment plant with a package-bed electrocoagulation reactor using iron (Fe), aluminium (Al) and hybrid Al-Fe scrape anodes. The optimum applied current for the removal of phosphorus from wastewaters (> 99 %) was 0.20 A, 90 min of EC time and the anode amount was 30.24 g. Optimum pH 5 for Al and hybrid anodes, and optimum pH 8.12 for Fe anodes. Energy and electrode consumption for Al, Fe and hybrid anodes under optimum conditions were calculated as 0.958 kWh/m3 and 0.246 kg/m3, 1.312 kWh/m3 and 0.433 kg/m3 and 1.260 kWh/m3 and 0.155 kg/m3, respectively. In addition, the sludge amounts and operating costs at the end of the EC process were found to be 0.6343 kg/m3 and 0.494 US $/m3 for Al scrap anode, 0.448 kg/m3 and US $ 0.420/m3 for Fe scrap anode, and 0.617 kg/m3 and 0.444 US $/m3 for Fe-Al hybride scrap anodes, respectively. In the case of hybrid scrap electrodes, phosphorus removal efficiency increased with increasing amount of Al scrap, yields> 99 % were obtained by using an equal amount (15.12 g Al + 15.12 g Fe). Metal/phosphours (Me/P) ratios for Al, Fe and Fe-Al hybrid electrodes were calculated as nAl/P = 5.40, nFe/P = 4.17 and nFe + Al/ P = 6.15 mol/mol, respectively. Amount of phosphorus removal (qe, mg/g) per anode amount dissolved under optimum conditions is 99.86 mg P/g Fe (0.0327 mg P/C) for Fe scrapss, 191.22 mg P/g Al (0.0392 mg P/C) for Al scraps and 102.18 mg P/g (Fe + Al) (0.0436 mg P/C) for the hybrid scrap anodes. According to these results, phosphorus removal capacity of Al scrap anodes is higher than Fe and hybrid scraps.