Köpük ayırma prosesi ile boyarmadde gideriminde farklı yüzey aktif maddelerin etkisinin araştırılması
Investigation of effect of different surfactants on dye removal by foam separation processes
Yazar: MAHMUT SOYLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÖMÜR GÖKKUŞ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Tekstil endüstrilerinde boyama işlemlerinde kullanılan boyarmaddeler yüksek organik moleküllü bileşikler olup biyolojik olarak ayrışmaya karşı dirençlidirler. Bu nedenle tekstil atıksularının arıtımında kullanılan mevcut prosesler giderek daha da sıkı hale gelen çevresel sınırlamaları karşılamada yetersiz kalmaktadır. Bu çalışmada köpük ayırma prosesinin (foam separation), tekstil atıksularından renk ve toplam organik karbon (TOK) gideriminde etkinliği değerlendirilmiştir. Bu amaçla tekstil endüstrilerinde yaygın olarak kullanılan Reaktif Red 241 (RR 241) ve Disperse Blue 60 (DB 60) isimli iki farklı boyarmadde tercih edilmiştir. Böylelikle suda çözünen ve çözünmeyen türde boyarmaddelerin köpük ayırma prosesinde giderilebilirlikleri incelenmiştir. Bu çalışmada cetyltrimethylammoniumbromide (CTAB) ve dodecylpyridiniumchloride (DPC) iki farklı katyonik yüzey aktif madde olarak belirlenmiştir. Çalışma kapsamında seçilen her iki boyarmadde için köpük ayırma prosesinde giderim verimlerini etkileyen pH, hava akış hızı (mL/dak), yüzey aktif madde konsantrasyonları ve kirletici konsantrasyonunun optimum düzeyleri belirlenmiştir. Böylelikle suda çözünebilen ve çözünmeyen boyarmaddeler için köpük ayırma prosesinin etkinlik farkı ortaya konulmuştur. Yüzey aktif madde olarak CTAB kullanılması durumunda RR 241 ve DB 60 ile yürütülen çalışmalarda optimum şartlarda elde edilen giderim verimleri şu şekildedir; RR 241 için pH 5, 100 mg/L CTAB konsantrasyonu, 0,5 L/dak hava akış debisi, 100 mg/L boya konsantrasyonu ve bu optimum şartlarda elde edilen renk ve TOK giderimleri ise sırasıyla %99,3 ve %92,5'dir. Aynı optimum şartlarda sistemden azot gazı geçirilmesi ile elde edilen verimler ise %99,1 ve %91,1'dir. Diğer taraftan DB 60 için optimum değerler; pH 3, 60 mg/L CTAB konsantrasyonu, 0,5 L/dak hava debisi ve 100 mg/L boya konsantrasyonudur. Bu şartlarda elde edilen renk ve TOK giderimleri ise %90,3 ve %71,9'dur. Aynı koşullarda sistemden azot gazı geçirilmesi halinde ise verimler %99,4 ve %84,8'e yükselmiştir. Diğer yüzey aktif madde olan DPC ile yürütülen deneylerde ise RR 241 ve DB 60 ile yürütülen çalışmalarda optimum şartlarda elde edilen giderim verimleri şu şekildedir; RR 241 için pH 9, DPC konsantrasyonu 60 mg/L, hava akış debisi 0,5 L/dak, boya konsantrasyonu 100 mg/L ve bu optimum şartlarda elde edilen renk ve TOK giderimleri ise sırasıyla %92,1 ve %86,2'dir. Aynı optimum şartlarda sistemden hava yerine azot gazı geçirilmesi ile elde edilen verimler ise %93,5 ve %92,0'dir. Diğer taraftan DB 60 için optimum değerler; pH 7, 100 mg/L DPC konsantrasyonu, 0,5 L/dak hava debisi ve 300 mg/L boya konsantrasyonudur. Bu şartlarda elde edilen renk ve TOK giderimleri ise %99,1 ve %95,1'dir. Aynı koşullarda sistemden azot gazı geçirilmesi halinde ise verimler %99,6 ve %96,2'ye yükselmiştir. Çalışmalarda elde edilen bulgulara göre; CTAB yüzey aktif maddesi gerçekleştirilen giderim çalışmalarında reaktif boyarmaddelerin köpük ayırma prosesi ile daha etkin bir şekilde giderilebildiği, buna karşın DPC yüzey aktif maddesinin ise dispers boyarmadde üzerinde daha etkin olduğu görülmüştür. Tüm bu veriler ışığında, farklı yüzey aktif maddelerin köpük ayırma prosesindeki etkinliğinin, boyanın türü ile doğrudan ilişkili olduğu sonucuna varılmıştır. Bununla birlikte kullanılan gaz türünün boyarmadde türüne bağlı olarak giderim farkı oluşturduğu söylenebilir. Özellikle dispers boyarmaddelerin köpük ayırma prosesi ile gideriminde proses performansı kullanılan gaz türüne göre değişim göstermektedir.

Abstract:
In textile industry, dye stuffs used in dyeing processes are highly organic molecules and they are resistant to biodegradation. For this reason, existing treatment processes for wastewater containing dyes remain in sufficient to meet to environmental regulations become more stringent. In this study, the effectiveness of the foam separation process for the removal of color and total organic carbon (TOC) from textile wastewater was evaluated. For this purpose, two different dye stuffs Reactive Red 241 (RR 241) and Disperse Blue 60 (DB 60), which are widely used in textile industry, are preferred. Thus, the treatability of water-soluble and insoluble dye stuffs in the foam separation process has been investigated. In this study, cetyltrimethylammoniumbromide (CTAB) and dodecylpyridiniumchloride (DPC) were used as two different cationic surfactants. Within the scope of the study, optimum conditions for some parameters which have effected on foam separation process performance such as pH, airflow rate, concentration of surfactant sand the pollutant concentration were determined for the selected two dye stuffs. Thus, the effectiveness difference of the foam separation process for water-soluble and insoluble dyes has been demonstrated. The removal efficiencies obtained under optimum conditions in the study performed with RR 241 and DB 60 are as follows; pH 5, 100 mg/L CTAB concentration, 0.5 L/min airflow rate, 100 mg/L dye concentration and color and TOC removals for RR 241, were 99.3% and 92.5%, respectively. In the case of nitrogen instead of oxygen gas in the column system under the same optimum conditions, color and TOC removal efficiencies were obtained as 99.1% and 91.1%, respectively. On the other hand, the optimum values for DB 60 were as follows; pH 3, CTAB concentration of 60 mg/L, 0.5 L/min airflow and 100 mg/L of dye concentration. The color and TOC removals obtained at these conditions are 90.3% and 71.8%, respectively. Under the same conditions, when nitrogen gas is passed through into the system, system performance has increasedto99.4% and 84.8% for color and TOC, respectively. The obtained experimental results which carried out by DPC at optimum conditions were given as follows; Optimum conditions are pH 9, 60 mg/L of DPC concentration, 0.5 L/min of air flow rate, 100 mg/L of dye concentration for RR 241andcolor and TOC removals at this optimum conditions are 92.1% and 86.2%, respectively. At the same conditions, color and TOC removals are 93.5% and92.0%, respectively in case of using of N2 gases instead of O2. On the other hand, the optimum results for DB 60 are pH 7, DPC concentration of 100 mg/L, air flow rate of 0.5 L/min and dye concentration of 300 mg/L. At these optimum conditions, the obtained color and TOC removals are 99.1% and95.1%.When nitrogen gas is passed through the system, removals were increased to 99.6% and 96.2%, respectively at the same conditions. In the lights of the data, it can be said that there active dyes can be removed more efficiently by foam separation process and the gas type used in the process may make a difference depending on the type of dye stuff. Particularly, the treatment performance varies according to the type of gas used in the column in case of the removal of disperse dyes by the foam separation process.