Tekstil endüstrisi atıksularının hidrodinamik kavitasyon destekli fotokatalitik ve fotofenton prosesleri ile arıtımının incelenmesi
Investigation of textile industrial wastewater treatment using photocatalytic and photofenton processes enhanced by hydrodynamic cavitation
Yazar: YASEMİN ÇALIŞKAN
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN CENGİZ YATMAZ ; PROF. DR. NİHAL BEKTAŞ
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada hidrodinamik kavitasyon (HDK) destekli fotokatalitik (FKO) ve foto-Fenton (FF) oksidasyon proseslerinin sentetik boyar madde çözeltileri (Reactive Red 180 ve Direct Orange 46) ile gerçek tekstil atıksuların arıtımı üzerindeki sinerjik etkileri incelenmiştir.
Her iki hibrit proses için HDK reaktörünün işletim şartlarının etkisi değerlendirilmiş, deneyler 5 bar basınç ve 4.1 m3/sa debi ile sürdürülmüştür.
HDK +FKO hibrit prosesi için TiO2 ve ZnO yarıiletkenleri kıyaslanmış, ZnO daha yüksek verim göstererek, katalizör yükü optimum değer olarak 1g/L bulunmuştur. Belirlenen optimum şartlarda kıyaslanan FKO ve HDK+FKO prosesleri sonucunda hibrit sistemin sinerjik etkileri renk ve TOK giderimi için sırasıyla 1.55 ve 1.17 olarak bulunmuştur. HDK+FKO prosesinin kavitasyon verimi 2.86*10-5 mg TOKgiderilen/joule olarak hesaplanmıştır.
HDK+FF hibrit prosesi için optimum kimyasal miktarları 0.25 mM Fe+2 ve 2.5 mM H2O2 olarak bulunmuştur. Belirlenen optimum şartlarda kıyaslanan FF ve HDK+FF prosesleri sonucunda hibrit sistemin sinerjik etkileri renk ve TOK giderimi için 1.56 olarak bulunmuştur. HDK+FKO prosesinin kavitasyon verimi 13.48*10-5 mg TOKgiderilen/joule olarak hesaplanmıştır.
Boyama prosesi çıkışından temin edilen gerçek tekstil atıksuyunun arıtımının incelendiği HDK+FKO hibrit prosesi, atıksuyun kendi pH değerinde (pH 10) ve 2 g/L ZnO ile gerçekleştirilmiştir. Hibrit prosesin renk giderimi üzerindeki sinerjik etkisi 2.8 olarak hesaplanmıştır. Sistemin kavitasyon verimi 9.35*10-5 TOKgiderilen/joule'dür. Ayrıca aynı atıksuya HDK+FF hibrit prosesi 1 mM Fe+2 ve 5 mM H2O2 kimyasal miktarları ile uygulanmıştır. Hibrit prosesin renk giderimi üzerindeki sinerjik etkisi 2.9 olarak hesaplanmıştır. Sistemin kavitasyon verimi 39.5*10-5 TOKgiderilen/joule'dür.
Yapılan ekonomik analizler sonucu HDK+FKO hibrit proses için hesaplanan işletme maliyeti 12.3 $ iken, HDK+FF hibrit proses için 4.3 $ olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
In this study, synergistic effects of photocatalytic (PhC) and photo-Fenton (PhF) oxidation processes enhanced by hydrodynamic cavitation (HC) on the treatment of synthetic dyestuffs (Reactive Red 180 and Direct Orange 46) and real textile wastewater treatment of were investigated.
The treatment effect of process parameters using both hybrid process was investigated and the experiments was carried out under 5 bar pressure and 4.1 m3/h flow.
TiO2 and ZnO semiconductors were compared for HC+PhC process, ZnO showed higher efficiency and catalyst load was found as 1g/L at optimum value. Synergistic effects of the hybrid system were found as 1.55 and 1.17 respectively for color and TOC removal under optimum conditions. The cavitation efficiency for HC+PhC process was calculated as 2.86*10-5 mg TOCremoved/joule.
The optimum chemical amounts for HC + PhF hybrid process were found as 0.25mM Fe+2 and 2.5mM H2O2. Synergistic effects of the hybrid system were found as 1.56 for color and TOC removal under optimum conditions. The cavitation efficiency for HC+PhF process was calculated as 13.48*10-5 mg TOCremoved/joule.
HC+PhC hybrid process was also performed for real textile wastewater treatment at pH 10 (wastewater pH) with 2g/L ZnO loading. Synergistic effect of hybrid process color removal was calculated as 2.8 and cavitation efficiency was found of the system as 9.35*10-5 TOCremoved/joule. Besides, HC+PhF hybrid process was also evaluated using 1mM Fe+2 and 5mM H2O2 reactant quantities. Synergistic effect of hybrid process color removal was calculated as 2.9 and cavitation efficiency was found of the system as 39.5* 10-5 TOCremoved/joule.
After performing economic analysis, operating costs for HC+PhC and HC+PhF hybrid processes were calculated as 12.3$ and 4.3$, respectively.