Tekstil atık sularının elektrokimyasal yöntemle arıtılması
Textile wastewater treatment by means of electrochemical method
Yazar: LÜTFİYE CANAN PEKEL
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ALPBAZ ; PROF. DR. HASAN TOĞRUL
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, son yıllarda diğer arıtım yöntemlerine kıyasla avantajlarıyla öne çıkan ileri arıtım tekniklerinden elektrokimyasal arıtım yöntemi kullanılarak tekstil atık suyunun arıtımı gerçekleştirilmiştir. Kontrol çalışmalarında, bulanık kontrol yöntemi sisteme uygulanarak arıtım verimi arttırılmak istenmiş ve aynı zamanda maliyetten ve zamandan tasarruf edilmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında, farklı elektrot bağlantısına sahip elektrokoagülasyon reaktörlerinde deneyler yapılmıştır. Arıtılan atık suyun giderim verimlerine ek olarak, sistem davranışının (sıcaklık, pH, iletkenlik ve voltaj) nasıl değiştiği de incelenmiş ve toplam birim arıtma maliyetleri hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlardan yola çıkılarak monopolar paralel bağlı elektrokoagülasyon reaktörü en uygun reaktör tipi olarak seçilmiştir. Bu çalışmanın ardından cevap yüzey yöntemi kullanılarak optimizasyon deneyleri yapılmıştır. Akım yoğunluğu, elektroliz süresi ve NaCl derişimi bağımsız değişkenleri kullanılarak bulanıklık giderim verimini tahmin etmek için model oluşturulmuştur. Optimizasyon deneyleri sonucu en fazla %75.5 giderim verimi elde edilmiş ve bu sonuca bakıldığında kontrol deneylerinin önemi ortaya çıkmıştır.  Kontrol deneylerine geçilmeden önce, seçilen reaktör tipinde iki farklı tip elektrot kullanılarak (Al ve Fe) dinamik deneyler yapılmıştır. Alüminyum elektrot kullanımıyla demir elektrotlara nazaran daha yüksek renk, bulanıklık ve kimyasal oksijen ihtiyacı giderim verimleri elde edilmiştir. Çalışmanın son aşamasında, bulanık kontrol yöntemi ile kontrol çalışmaları yapılmış, üyelik fonksiyonları ve bunlara bağlı olarak ilişki matrisi belirlenmiştir. Belirlenen parametreler ve ilişki matrisi kullanılarak sistemin deneysel olarak bulanık kontrolu gerçekleştirilmiştir. Kontrol deneylerinin sonucunda, bulanık kontrol yönteminin elektrokoagülasyon sisteminde seçilen parametreleri kolayca istenen set noktasında tutabildiği gözlenmiştir. Kontrol deneyleri ile elektrot tüketim maliyetlerinde ve elektrik sarfiyatlarında önemli bir düşüş olmuştur. Sıcaklık, pH ve iletkenliğin eş zamanlı kontrol edildiği arıtım deneyi sonucunda %98,6 bulanıklık, %95,2 renk giderim verimi elde edilmiştir. Bulanık mantık teorisinin kullanılması sistemde hem zaman hem de enerji tasarrufu yapmaya olanak sağlamıştır.

Abstract:
In this study, electrochemical treatment; which is an advanced treatment technique considering the advantages in recent years, has been used for the treatment of textile wastewater. In control studies, fuzzy control has been applied to the system for increasing the removal efficiency and meanwhile intended to save the time and energy.  The first stage of the study, some experiments have been done with the electrocoagulation reactor which has different electrode connections. In addition to removal efficiencies of purified wastewater, system behaviour changes (temperature, pH, conductivity and voltage) have been analyzed and total unit costs of treatment calculated. On the basis of the results obtained,  monopolar paralel electrocoagulation reactor was selected as the most suitable type of reactor. Following these studies, optimization experiments have been done with using the response surface methodology. For estimation of turbidity removal efficiency, a model created with independent variables of current density, electrolysis time and NaCl concentration. In result of optimization experiments, maximum %75,5 removal efficiency has been obtained and from this result, the importance of control experiments came out. Before the control studies, dynamic experiments were carried out with two different types of electrodes (Al and Fe) in selected type of reactor. With the use of aluminum electrodes compared with iron electrodes, higher color, turbidity and chemical oxygen demand removal efficiencies were achieved. In the last stage, the fuzzy control studies were performed, membership functions and depending on these functions relation matrix were determined. Experimentally fuzzy control carried out to the system with the use of determined parameters and relation matrix. As a result of the control experiments, it was observed that, in electrocoagulation system fuzzy control can easily maintain the selected parameters at desired set point. With control experiments, there were significant decreases in electrical consumption and cost. When the temperature, pH and conductivity were controlled simultaneously, 98,6% turbidity and 95,2% color removal efficiency were obtain as a result of treatment. Using the theory of fuzzy logic has allowed to save both time and energy in system.