Sızıntı suyu nanofiltrasyon konsantresinin elektro-fenton ve elektro-persülfat yöntemleri ile arıtımı ve proses optimizasyonu
Leachate nanofiltration concentrate treatment by electro-fenton & electro-persulfate methods and process optimization
Yazar: KAAN DİNÇER
Danışman: DOÇ. DR. GAMZE VARANK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada anaerobik biyolojik arıtmanın ardından sırasıyla ultrafiltrasyon ve nanofiltrasyon membran arıtımı uygulanmış sızıntı sularının nanofiltrasyon membran üzerinde kalan konsantresinin ileri elektrokoagulasyon prosesleri ile arıtımı araştırılmıştır. İleri elektrokoagulasyon proseslerinde oksidant olarak hidrojen peroksit ve persülfat, elektrot olarak ise demir elektrotlar kullanılmıştır. Sızıntı suyu nanofiltrasyon konsantresinden KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı) ve renk giderimine etki eden parametreleri optimize etmek için cevap yüzey metodu ve merkezi kompozit dizayn uygulanmıştır. Bağımsız değişkenler oksidant/KOİ oranı, başlangıç pH'ı, akım ve reaksiyon süresi, sistem cevapları ise KOI ve renk giderimi olarak belirlenmiştir. Model uygunluğunu kontrol etmek ve veri analizi için varyans analizi (ANOVA) kullanılmıştır. Giderim verimlerini tahmin etmek için Statik Centurion XVI.I yazılım programı kullanılarak ikinci dereceden regresyon modelleri geliştirilmiştir. Elektro-Fenton prosesi ile maksimum KOİ giderimi elde etmek için model tarafından belirlenen optimum şartlar H2O2/KOİ oranı 1.42, reaksiyon süresi 30.3 dk, pH 2.9 ve akım 2.27 A olarak, elektro-persülfat prosesi ile maksimum KOİ giderimi için elde edilen optimum şartlar ise S2O8/KOİ oranı 1.72, reaksiyon süresi 34.8 dk, pH 5.0 ve akım 1.26 A, renk giderimi için sırasıyla 3.5, 15 dk, 5.0 ve 1.25 A olarak belirlenmiştir. Optimum şartlarda model tarafından tahmin edilen KOİ giderim verimleris EF (Elektro-Fenton) ve EP (Elektro-Persülfat) prosesleri için sırasıyla 67.1% ve 72.6% olarak elde edilmiştir. Doğrulama çalışmaları için gerçekleştirilen deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen KOI giderim verimleri ise EF ve EP prosesleri için sırasıyla 60.8% ve 71.4%'tür. Arıtım öncesi ve sonrası nanofiltrasyon sızıntı suyu konsantresinin KOİ fraksiyonları belirlenmiştir. Biyolojik olarak ayrışabilen KOİ fraksiyonu 12.2%' den EF prosesi sonrası için 19.2%'ye, EP prosesi sonrası 32.5%'e e yükselmiştir. Çözünebilir KOİ fraksiyonu ise 71.4%'ten EF prosesi sonrası 83.2%'ye, EP prosesi sonrası 87.7%'ye yükselmiştir. Çalışma sonuçları göstermiştir ki her ki proseste sızıntı suyu nanofiltrasyon konsantresi arıtımında etkili alternatiflerdir ancak daha düşük enerji tüketiminden dolayı elektro-persülfat prosesi tercih edilebilir.

Abstract:
Current work deals with treatment of leachate nanofiltration concentrate which was exposed to ultrafiltration membrane treatment following anaerobic biological process before by advanced electrocoagulation processes In advanced electrocoagulation processes hydrogen peroxide and persulfate were used as oxidants whereas iron plates were used as electrodes.  Response surface methodology (RSM) and central composite design (CCD) were employed for modelling and optimizing the processes. Oxidant/COD (Chemical Oxygen Demand) ratio, initial Ph value, current and reaction time were selected as independent variables and COD and color removal efficiencies were determined as system responses. Adequacy of the model was examined by application of varyans analysis (ANOVA) that verified the conformity of experimental and predicted data. Second order regression models were developed by Statical Centurion XVI.I software programme to predict removal efficiencies.  Under statistically obtained optimized conditions for COD removal ( H2O2/COD ratio 1.42, current 2.27 A, pH 2.9 and reaction time 30.3 min for EF (Electro-Fenton) and S2O8-2/COD ratio 1.72, current 1.26 A, pH 5.0 and reaction time 34.8 min for EP (Electro-Persulfate) processes), predicted COD removal efficiencies were determined to be 67.1% and 72.6% for EF and EP treatment, respectively. By performing experimental sets for validation, 60.8% and 71.4% COD removals through EF and EP processes were obtained under these conditions. NF (Nanofiltration) concentrate COD fractions were also determined before and after treatment processes. Soluble COD fraction raised from 71.4% to 83.2% and 87.7% whereas biodegradable COD fraction raised from 12.2% to 19.2% and 32.5% after EF and EP processes, respectively. Results of the study showed that both processes were efficient alternatives for leachate NF concentrate treatment but EP process can be preferred due to lower energy consumption.