Metal sanayi atıksularından membran distilasyonu ile metal giderimi
Metal removal by membrane distillation from metal industry wastewater
Yazar: ELİF PALA
Danışman: DOÇ. DR. ERTAN ARSLANKAYA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Hızla gelişen sanayi kollarından biri olan metal kaplama sanayii endüstriyel faaliyetler arasında önemli bir yere sahiptir. Ancak metal kaplama faaliyetleri sırasında açığa çıkan organik maddeler, ağır metaller, kimyasal v.b kirleticiler çevre kirliliğine sebep olmakta ve kaplama atıksuyunda bulunan ağır metallerden dolayı metal kaplama sanayii riskli sanayi sektörleri arasında yer almaktadır.
		Bu çalışmada metal kaplama sanayiinden temin edilen atıksuyun karakterizasyonunun İSKİ Kanalizasyona Deşarj Yönetmeliği'nde belirtilen standart değerleri sağlaması hedeflenmiş ve bunun için membran distilasyonu işlemi kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan atıksuyun asidik özellik göstermesinden dolayı membran distilasyonun uygulanabilmesi için öncelikli olarak pH ayarlaması yapılmış ve atıksu bulanık bir hal almıştır. Bu yüzden atıksuyun membran distilasyonundan önce bir ön arıtma işlemi gerekli görülmüştür. Ön arıtma işlemi için ön çöktürme ve Seramik membran ile filtrasyon olmak üzere iki farklı yöntem denenmiş ve bunların membran distilasyonu ile atıksuların arıtılabilirliğine olan etkileri karşılaştırılmıştır. Ayrıca membran distilasyonu sonrasında sıcaklık ve membran gözenek boyutunun etkisi incelenmiştir.
								Laboratuvarlarda yapılan deneysel çalışmalar neticesinde; atıksuya, pH ayarlamasından sonra ön çöktürme yapıldığında membran distilasyonu ile %50-60 civarında KOİ, %97 civarında sülfat giderimi ve %96 Cu, %99 civarında Cr , %99 Fe giderimi sağlanırken, pH ayarlamasından sonra seramik membran ile filtrasyon yapıldığında membran distilasyonu ile KOİ giderimi %70-80'lere, sülfat giderimi %99'a ve Cu, Cr ile Fe giderimi %100 seviyesine ulaşmıştır. Ayrıca membranın gözenek çapı büyüklüğü arttığında giderim verimi azalırken, sıcaklık arttığında giderim veriminin arttığı tespit edilmiştir. Yapılan çalışmalarda en yüksek giderim verimi seramik membran ile filtrasyon sonrası 750C 'de 0,22 PTFE ile membran distilasyonu ile elde edilmiştir.
Ayrıca farklı sıcaklıklarda yapılan teorik çalışmalarda Schofield ve Dusty-Gas modelleri kullanılmış olup elde edilen teorik çalışma sonuçları deneysel çalışma sonuçları ile karşılaştırılmıştır.  Farklı sıcaklıklarda yapılan kıyaslamada deneysel çalışmalara en uygun modelin Schofield Modeli olduğu ve kirlilik oranı arttığında akı değerlerinde düşüş olduğu tespit edilmiş olup deneysel çalışmalarda elde edilen sıcaklıkla akının doğru orantılı olduğu sonucu teorik çalışmalarla da doğrulanmıştır. Diğer yandan farklı membran gözenek çaplarında yapılan teorik çalışmalarda Schofield ve Dusty-Gas modelleri ile 2014 yılında G.Rao ve diğ. tarafından uygulanan model ve 2013 yılında M.Bhattacharya tarafından uygulanan modelden elde edilen teorik çalışma sonuçları deneysel çalışma sonuçları ile karşılaştırılmıştır. 0,22 µm gözenek boyutuna sahip membran kullanıldığında deneysel sonuçlara en uygun modelin Schofield Modeli olduğu görülürken, 0,45 µm gözenek boyutunda yapılan deneysel çalışmaların G.Rao ve diğ. tarafından uygulanan modele daha uygun olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
As one of the rapidly developing industries, metal plating industry has an important place among industrial activities. However, pollutants such as organic materials, heavy metals, chemicals, etc. released during metal plating cause environmental pollution and the metal coating industry is listed among the risky industries due to the heavy metals in the plating wastewater.
In this study, the characterization of the wastewater obtained from the metal plating industry was aimed to meet the standard values stated in the Istanbul Water and Sewerage Administration (ISKI) Sewerage Discharge Regulation, and the membrane distillation process was used for this purpose. In order to apply membrane distillation, first the pH adjustment was made due to the acidic nature of the wastewater used in the study, and the wastewater became turbid. For this reason, a pre-treatment process is required before the membrane distillation process. As a pre-treatment process, pre-precipitation and filtration with ceramic membranes were performed. The effects of pre-treatment processes on membrane distillation were compared. In addition, the effect of temperature and membrane pore size on membrane distillation was also investigated.
As a result of the experimental studies performed in the laboratory, 50-60% COD removal, around 97% sulfate, 96% Cu, around 99% Cr and 99% Fe removal were achieved with membrane distillation after the pH adjustment and pre-precipitation, whereas the COD removal was 70-80%, sulfate removal was 99% and Cu, Cr and Fe removal reached 100%, with membrane distillation after the pH adjustment and the filtration with ceramic membrane. It was also determined that the removal efficiency decreases as the pore sizeof the membrane increases, whereas the removal efficiency increases with the increasing temperature. The highest removal efficiencies were obtained by membrane distillation with 0.22 PTFE at 75 °C after filtration with ceramic membrane.
In addition, Schofield and Dusty-Gas models were used in the theoretical studies at different temperatures and the results of the theoretical study were compared with the experimental results. In comparison with different temperatures, Schofield model was the most suitable model for experimental studies. When the pollution rate increased, it was found that there was a decrease in the flux values. The results obtained from the experimental studies confirmed the ones from theoretical studies.
On the other hand, Schofield model, Dusty-Gas model, models applied by G. Rao et al. in 2014 and by M. Bhattacharya in 2013 were used in theoretical studies on different membrane pore diameters. The results of the theoretical study were compared with the experimental study results. While the Schofield Model appeared to be the most suitable for the experimental results when using 0.22 µm pore size membrane, the experimental studies with 0.45 pore size membrane showed that the model of G. Rao et al. was the most suitable.