Mühimmat endüstrisi atıksularının süperkritik su oksidasyonu ile arıtılabilirliğinin araştırılması
Investigation of treatability of munitions industry wastewater by supercritical water oxidation
Yazar: ERCAN GÜRBULAK
Danışman: PROF. DR. EBUBEKİR YÜKSEL
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Atık arıtma = Waste treatment ; Süperkritik akışkanlar = Supercritical fluids

Özet:
Bu tez çalışmasında mühimmat üretiminde farklı aşamalarda oluşan ve biyolojik olarak parçalamayan özellikteki toksik Nitroaromatik ve Nitramin yapıdaki TNT, HMX, RDX ve Octol gibi askeri patlayıcıları içeren atıksuların Süperkritik su oksidasyonu prosesi ile arıtılabilirliği araştırılmıştır. 
Bu amaçla deneysel çalışma süresince süperkritik arıtım prosesinin mühimmat atıksularındaki patlayıcıların giderim verimini etkileyen sıcaklık, zaman, bekleme süresi ve oksidant oranı parametreleri incelenmiştir. Ayrıca çıkış suyunda oluşan organik ve azot türlerinin tesbiti yapılarak herbir türün toksitite etkileri de incelenmiştir. Bu amaçla, meydana gelen reaksiyon mekanizmaları tahmin edilerek reaksiyon adımları belirlenmiş ve oksidasyon reaksiyonlarının aktivasyon enerjileri her bir kirletici için hesaplanmıştır.
Elde edilen sonuçlara göre; konsantrasyon giderimi açısından 250 bar basınçta Oksidant Oranı (OR) 1.5 değerinde, 150 sn 550 oC'de TNT, HMX ve RDX için ve 120 sn 500 oC'de oktol için % 99.9 giderim verimi elde edilirken toksisitenin tamamen bertaraf edildiği değerler 250 bar basınçta OR=1.5 değerinde TNT ve HMX için sırasıyla 150 sn 550 oC, 120sn 550 oC; RDX için 500 oC 180 sn ve Oktol için 500oC 120 sn'dir. En iyi arıtma performansının sağlandığı bu şartlarda son oksidasyon ürünleri TNT için çok düşük konsantrasyonlarda Octadecanoic acid, 13-Docosenamide ve HMX RDX için lineer yapıdaki alkan yapılar olarak tesbit edilmiştir. 
Ek olarak gerçekleşen reaksiyonların aktivasyon enerjileri hesaplandığında; TNT, HMX ve RDX için sırasıyla aktivasyon enerjisi (Ea) değerleri, 27 kJ/mol, 34.92 kJ/mol, 43.13kJ/mol ve Oktol ile yapılan denemelerde TNT ve HMX türleri için sırasyıla 34.5 ve 32.3 kJ/mol olarak bulunmuştur.
Bu tez kapsamında elde edilen deney verilerinin işletme maliyetleri analiz edilerek değerlendirildiğinde SKSO prosesinin birim işletim maliyetinin, literatürdeki yakma prosesine göre % 50 daha düşük olduğu hesaplanmıştır.

Abstract:
In this thesis, treatability by supercritical water oxidation process of wastewaters containing toxic nitroaromatic and nitramine species which are formed at different stages of explosive production such as TNT, HMX, RDX and Octol was investigated.
For this purpose, the effects of temperature, residence time and oxidant ratio parameters that are operation parameters of SCWO on the degradation of explosives during the experimental study were examined on the basis of concentration removal and toxicity. In addition, the effects of process parameters on the final organic products and nitrogen species formed in the effluent were investigated. Thus,  the reaction steps were determined and the activation energies of the oxidation reactions were calculated for each pollutant.
According to the results obtained; at 250 bar pressure and OR=1.5, maximum degradation efficiency (99.9 %) was achieved at T= 550 oC and t=150 sec for TNT, HMX, RDX pollutants and at T= 500 oC, t=120 sec for octol. Besides, while toxicity completely eliminated for TNT and HMX at 150 sec, 550 oC and 120 sec, 550 oC, respectively; that was eliminated at 500 oC and 180 sec for RDX and at 500 oC and 120 sec for Octol.
At the optimum conditions the final oxidation products have been determined to be very low concentrations of Octadecanoic acid, 13-Docosenamide for TNT and linear alkanes for HMX and RDX.
In addition, Calculated activation energy (Ea) for TNT, HMX and RDX, respectively, were 27 kJ / mol, 34.92 kJ / mol, 43.13 kJ / mol, and in the experiments with Octol, 34.5 and 32.3 kJ / mol for TNT and HMX species, respectively.
When the operating cost of the SCWO process is analyzed, the operation cost of SCWO process is 50 % lower than that of the incineration process in the literature.