Evsel ve endüstriyel atık suların birleşik elektrokoagülasyon ve elektro-oksidasyon prosesi ile arıtılması
Household and industrial wastewaters treatment by means of combined electrocoagulation and electro-oxidation processes
Yazar: BARAN ÖZYURT
Danışman: PROF. DR. HALE HAPOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Birleşik elektrokoagülasyon ve elektro-oksidasyon prosesiyle atık su arıtımı monopolar ve bipolar elektrot malzemesi, akım şiddeti, arıtım süresi, pH ve elektriksel iletkenlik gibi pek çok faktörden etkilenmektedir. Literatürde yayınlanan çalışmalarda optimizasyon uygulamaları, faktörlerin başlangıç değerleri ayarlanarak gerçekleştirilmiştir. Birleşik elektrokoagülasyon ve elektro-oksidasyon prosesinin işletme parametrelerinin zamanla değiştiği göz önünde bulundurulduğunda bu durum yanıltıcı sonuçlar ortaya çıkarmaktadır. Bu amaçla, yapılan çalışmada işletme parametreleri olan sıcaklığın PID, elektriksel iletkenlik ve pH'sin ise adaptif PID kontrolleri gerçekleştirilmiştir. İşletme parametrelerinin kontrol edildiği durumda kağıt endüstrisi atık suyu ve evsel atık su arıtımı gerçekleştirilecek sistemler için 4 faktör 3 seviyeden oluşan BBT uygulanmıştır. KOİ ve renk giderimleri ile enerji tüketiminin cevap olarak alındığı CYY çalışmasında en yüksek kirletici giderimleri ve en düşük enerji tüketimi hedefine erişmek amacıyla deneysel tasarımı yapılan 4 faktör olan elektriksel iletkenlik, pH, akım şiddeti ve arıtım süresinin en uygun değerleri, çoklu regresyon ile elde edilen matematiksel modeller kullanılarak sırasıyla, kağıt endüstrisi atık suyu arıtımı için 5.53 mS/cm, 7.95, 2.51 A ve 55 dakika olarak, evsel atık su için ise 7 mS/cm, 5.74, 2.95 A ve 70 dakika olarak elde edilmiştir. En uygun işletme koşullarında gerçekleştirilen çalışmada kontrollü durumda KOİ, renk, bulanıklık, AKM giderimleri ve enerji tüketimi sırasıyla kağıt endüstrisi atık suyu için % 100, % 98.92, % 99.94, % 99.75 ve 47.86 kWh/m3 olarak, evsel atık su için ise % 70.92, % 100, % 99.08, % 96.78 ve 121.15 kWh/m3 olarak bulunmuştur. Geleneksel proses kontrol yöntemlerinin evsel ve endüstriyel atık suların birleşik elektrokoagülasyon ve elektro-oksidasyon prosesiyle arıtımına uygulanması ve kontrollü koşullarda CYY ile en uygun işletme parametrelerinin belirlenmesi literatürde ilk kez bu tez çalışmasında gerçekleştirilmiş, kontrollü koşullarda yapılan çalışmada kontrolün uygulanmadığı duruma göre kirletici giderimlerinde artış, enerji tüketiminde düşüş sağlanmıştır.

Abstract:
Wastewater treatment by means of combined electrocoagulation and electro-oxidation processes is influenced by many factors such as monopolar and bipolar electrode material, current intensity, treatment time, pH and electrical conductivity. Optimization studies in literature were performed with adjustment of initial values of the factors. Considering the variations of operating parameters with time, these applications may reveal misleading results. In this study PID control of temperature and adaptive PID controls of electrical conductivity and pH were performed. BBDs consisting of 4 factors with 3 levels were applied to the systems where the pulp and paper mill and household wastewaters were treated under controlled conditions. In order to reach maximum pollutant removal and minimum energy consumption goal via RSM, optimum operating conditions of electrical conductivity, pH, current intensity and treatment time were obtained using mathematical models fitted with multiple regression for pulp and paper mill wastewater as 5.53 mS/cm, 7.95, 2.51 A and 55 min, for household wastewater as 7 mS/cm, 5.74, 2.95 A and 70 min, respectively for COD and color removal efficiencies and energy consumption responses. COD, color, turbidity, TSS removal efficiencies and energy consumption were found as  100 %, 98.92 %,   99.94 %,  99.75 % and 47.86 kWh/m3 for pulp and paper mill wastewater and 70.92 %, 100 %,   99.08 %,  96.78 % and 121.15 kWh/m3 for household wastewater, respectively at optimum operation conditions under control. Application of conventional control methods to household and industrial wastewater treatments by means of combined electrocoagulation and electro-oxidation processes and determination of optimum operational parameters using RSM under controlled conditions were practised for the first time in the literature. Improved pollutant removal and reduced energy consumption are achieved under controlled conditions.