Biyodizel atıksuyunun asidifikasyon prosesini takip eden elektro-aktif persülfat oksidasyonu ile arıtımı: Box-behnken tasarımı kullanılarak proses optimizasyonu
Biodiesel wastewater treatment by electro-activated persulfate oxidation following acidification phase: Process optimization using box-behnken desing
Yazar: ALEYNA ÇEBİ
Danışman: PROF. DR. BESTAMİ ÖZKAYA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Atık su arıtma = Waste water treatment ; Biyodizel = Biodiesel ; Cevap yüzey yöntemi = Response surface methodology ; Elektrokimyasal oksidasyon = Electrochemical oxidation ; Persülfat = Persulfate ; Süreç optimizasyonu = Process optimization ; İşletme maliyeti = Operation cost

Özet:
Bitkisel atık yağlardan biyodizel üretimi gerçekleştiren prosesin transesterifikasyon aşaması, yüksek hacimlerde miktarda ve arıtılması gereken yüksek konsantrasyonda kirletici konsantrasyonuna sahip atıksu oluşumuna neden olmaktadır. Bu çalışmada ilk olarak asidifikasyon prosesine tabi tutulan biyodizel atıksuyunun demir elektrotların kullanıldığı, oksidant olarak persülfatın harici olarak ilave edildiği ileri elektrokoagülasyon prosesi ile arıtımı araştırılmıştır. Asidifikasyon prosesi ile sırasıyla %25.4, %68.7 ve %50 kimyasal oksijen ihtiyacıKOİ, yağ-gres ve uçucu yağ asidi giderimi sağlanmıştır. Elektro-persülfat (EP) prosesi cevap yüzey metodu ve Box- Behnken dizaynı kullanılarak modellenmiş ve proses değişkenleri optimize edilmiştir. Model yardımıyla sistemin cevapları olan KOİ, yağ-gres, UYA giderim verimleri ve toplam maliyet üzerine bağımsız değişkenlerinin (akım, oksidant/KOİ oranı ve reaksiyon süresi) etkisi ve proses değişkenlerinin birbirleriyle olan etkileşimleri belirlenmiştir. Geliştirilen model tarafından belirlenen optimum şartlar altında (akım: 4 A, S2O8-2/KOİ:4.4 ve reaksiyon süresi: 15 dakika) tahmin edilen maksimum yağ-gres giderimi %98.3 olup, yapılan doğrulama deneylerinde yağ-gres giderim verimi %97.2 olarak tespit edilmiştir. İlave olarak optimum şartlar altında, uygulanan ileri oksidasyon prosesi işletme maliyeti 6.3 €/m3 olarak hesaplanmıştır. Çalışma sonuçları göstermiştir ki Asidifikasyon-EP prosesi, yüksek yağ-gres konsantrasyonuna sahip biyodizel atıksu arıtımı için uygun bir arıtma yöntemidir. Cevap yüzey metodolojisi ve Box Behnken tasarım modeli biyodizel atıksularından KOİ, yağ-gres, uçucu yağ asitlerinin giderilmesi ve toplam maliyet için EP oksidasyonunun işletme şartlarının optimizasyonu için kullanılabilir güçlü bir araçtır.

Abstract:
High volumes of wastewater with high pollutant concentration form in the transesterification process stage for biodiesel production from waste vegetable oils. In this study, application of the advanced electrocoagulation process following acidification was investigated in the biodiesel wastewater. Through the acidification step of the sequential process, respectively, 25.4%, 68.7%, and 50.0% efficiencies for chemical oxygen demand (COD), oil-grease, and volatile fatty acids (VFAs) removal were obtained. Electro-activated persulfate (EAP) oxidation was modeled and optimized by using the response surface methodology and Box– Behnken design. The effect of independent variables (current, persulfate/COD ratio, time) on COD, oilgrease, VFAs removal, and total cost and the interaction of the variables of the process were determined. The maximum oil-grease removal predicted by using the model was 98.3% under the optimum conditions. Optimum conditions were determined current: 4 A, persulfate/COD: 4.4, and time: 15 minutes. Whereas oil-grease removal efficiency obtained by the verification experiments performed under the optimum conditions was found to be 97.2%. Sequential acidification–EAP process is an appropriate treatment method for biodiesel wastewater treatment with high oil-grease concentration. Response surface methodology and Box-Behnken design are powerful tools for optimization of EAP oxidation for COD, oil-grease, VFAs removal, and total cost.