Taguchi metodu kullanılarak sızıntı suyunun elektrokoagülasyon ile arıtılabilirlik optimizasyonu
Optimization of the treatability of landfill leachate by electrocoagulation using Taguchi method
Yazar: EBRU ÖZKAN
Danışman: DOÇ. DR. ÖMER APAYDIN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada; katı atık depolama sahasında oluşan sızıntı suyunun (SS) bir elektrokimyasal arıtım yöntemi olan elektrokoagülasyon prosesi ile arıtılabilirliği araştırılmıştır. Elektrokoagülasyon deneyleri Al ve Fe elektrotlar kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmada deney setlerinin oluşturulması ve deney sonuçlarının değerlendirilmesine yönelik optimizasyon çalışmaları Taguchi Metoduna göre gerçekleştirilmiştir. Elde edilen deney sonuçları kullanılarak en iyi KOİ, çözünmüş KOİ ve renk giderim verimleri hesaplanmıştır. Taguchi Metoduna göre analiz edilen deney verilerine göre, faktörlerin hangi seviyelerinde en iyi giderim verimleri elde edildiği tespit edilmiştir.  
Elektrokoagülasyon çalışmaları 3 faktör 5 seviyede gerçekleştirilmiştir. Bağımsız değişkenler; akım yoğunluğu, reaksiyon süresi, pH olarak belirlenmiştir. Bağımlı değişken olarak ise KOİ, çözünmüş KOİ ve renk parametreleri değerlendirilmiştir. Taguchi Metodu kullanılarak oluşturulan deney matrisi, 3 faktör 5 seviye için uygun olan L25 ortagonal dizisine göre oluşturulmuş ve kesikli çalışmalar bu matrise göre yapılmıştır. Deney sonuçlarının analizinde Taguchi metodundan ve ANOVA yönteminden faydalanılmıştır. Taguchi metodu ile en iyi giderim elde edilen faktör ve seviyeleri belirlenmiş, ANOVA yöntemi ile de varyans analizi yapılarak deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen sonuçların modele uygunluğu test edilmiştir. 
Alüminyum elektrodların anot ve katot olarak kullanıldığı çalışmalardan elde dilen sonuçlara göre; KOİ, çözünmüş KOİ ve renk giderim verimleri sırasıyla %61.53, %50.83 ve %88'dir. Demir elektrodların anot ve katot olarak kullanıldığı çalışmalardan elde dilen sonuçlara göre ise; KOİ, çözünümüş KOİ ve renk giderim verimleri sırasıyla %39,19, %38,81 ve %88 olarak elde edilmiştir. Elektrokimyasal elektrik tüketim maliyetleri ise alüminyum ve demir elektrotlar için sırasıyla 1,82 $/m3SS ve 2,26 $/m3SS olarak hesaplanmıştır. 
Taguchi metodu ile gerçekleştirilen optimizasyon çalışmaları sonucunda faktörlerin en iyi seviyeleri belirlenmiştir. Al elektrot ile gerçekleşen EC çalışmaları sonucu KOİ giderimi için bu seviyeler; akım yoğunluğu beşinci seviye, reaksiyon süresi dördüncü seviye ve pH ikinci seviye olarak belirlenmiştir. Fe elektrot için ise bu değerler; akım yoğunluğu beşinci seviye, reaksiyon süresi beşinci ve pH birinci seviye olarak elde edilmiştir.
Hem Fe hem de Al elektrotlar kullanılarak yapılan EC çalışmalarında giderim verimlerine en büyük katkıyı sağlayan faktör pH olmuştur. Al elektrodlar ile yapılan çalışmaların ANOVA ile analizi sonucunda bağımsız değişkenlerin (akım yoğunluğu, reaksiyon süresi ve pH) KOİ giderim verimine etkileri sırasıyla %6,79, %7,87 ve %77,79 olarak belirlenmiştir. Fe elektrodlar ile yapılan çalışmalar sonucunda ise bağımsız değişkenlerin KOİ giderim verimine etkileri sırasıyla %5,83, %7,17 ve %81,07 düzeyinde olduğu tespit edilmiştir. 

Anahtar Kelimeler: Elektrokoagülasyon, Sızıntı suyu arıtımı, Taguchi Metodu, ANOVA.

Abstract:
In this study; treatability of landfill leachate (LL) from the landfill site by electrocoagulation (EC) process, which is an electrochemical treatment method, was investigated. EC processes were performed to using Fe-Fe and Al-Al electrod pairs in the separate battch studies. In the study, the optimization of the experimental sets and evaluation of the test results were performed according to the Taguchi Method. The best COD, dissolved COD and color removal efficiencies were calculated from the obtained from batch test results. At which levels the highest pollutant removal efficiencies obtained, was determined according to experimental test results analized using Taguchi Metod
Electrocoagulation studies were performed in 3 factors and 5 levels. Independent variables were current density, reaction time and pH. As dependent variables were COD, dissolved COD and color. The experiment matrix generated using the Taguchi Method was constructed according to the orthogonal sequence L25 which is suitable for 3 factor and 5 levels. All studies done were performed according to this matrix. The Taguchi method and ANOVA method were used in the analysis of the experimental results. Taguchi method was used to determine the factors and levels of best pollutant removal efficiency. Morover, ANOVA method was used for variance analysis and the results obtained from experimental studies were tested for conformity to the model.
As a result of using aluminum electrodes as anode and cathode; COD, dissolved COD and color removal efficiencies were obtained as 61.53%, 50.83% and 88%, respectively. As a result of the experiments conducted using iron electrodes as anode and cathode; COD, dissolved COD and color removal efficiencies were obtained as 39.19%, 38.81% and 88%, respectively. Electrochemical electric consumption costs for Al and Fe electrodes were calculated as 1,82 $/m3LL and 2,26 $/m3LL, respectively.
As a result of the optimization studies carried out the Taguchi method, the best levels of the factors were determined. Studies with Al electrodes, levels obtained the best COD removal efficiency for current density, reaction time and pH were determined as 5, 4 and 2, respectively. These levels for Fe electrodes were obtained as 5, 5 and 1, respectively.
For all removal parameters, the most important factor contributing to removal efficiencies was obtained as pH. As a result of ANOVA analysis of the studies performed with Al electrodes, the effects of independent variables (current density, reaction time and pH) on COD removal efficiency were determined as %6,79, %7,87 and %77,79 respectively. As a result of studies with Fe electrodes, the effects of independent variables on COD removal were determined as %5,83, %7,17 ve %81,07, respectively.

Keywords: Electrocoagulation, Landfill Leachate Treatment, Taguchi Method, ANOVA.