Meyvesuyu fabrikası atıksularının elektrokimyasal olarak arıtılması
Electrochemical treatment of fruit-juice factory wastewater
Yazar: KORAY ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. ABDURRAHMAN TANYOLAÇ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, endüstriyel meyvesuyu üretiminde ortaya çıkan atıksuyaelektrokimyasal oksidasyon uygulanarak alternatif bir arıtım prosesinin geliştirilmesihedeflenmiştir. Meyvesuyu atıksuyu içerdiği yüksek kimyasal oksijen ihtiyacı (3000-5000 g/L) nedeniyle alıcı ortamlara deşarj edilmeden önce arıtılması gereken biratıksudur. Bu çalışma ile meyvesuyu atıksuyunun elektrokimyasal olarak arıtımıliteratürde ilk defa denenmiştir.Atıksuyun iletkenliğini arttırmak için ek elektrolit olarak NaCl kullanılmış; kimyasaloksijen ihtiyacı gideriminin yüksek olmasından dolayı elektrot olarak demir seçilmiştir.Potansiyel farkı, kirlilik yükü ve elektrolit derişimi sistem parametreleri Design Expert6.0 programının önerisi doğrultusunda değiştirilmiş ve deneysel optimizasyon içinCevap-Yüzey Yöntemi (CYY) kullanılmıştır. Optimizasyon olarak % KOİ giderimi veKOİ giderim ilk hızının maksimizasyonu hedeflenmiştir. 25ºC reaksiyon sıcaklığındagerçekleştirilen optimizasyon işleminde kirlilik yükü maksimize, elektrolit derişimiminimize edilmiş; potansiyel farkı değer aralığında bırakılmıştır. En hızlı arıtımınhedeflendiği optimizasyonda 12V potansiyel farkı, % 100 kirlilik yükü ve 5,95 g/Lelektrolit derişimi optimum koşullar olarak bulunmuştur. Optimum şartlarda teorikolarak %28.578 `lik, pratikte sınandığında ise % 25,43'lük bir KOİ giderimi eldeedilmiş, buna karşın çalışılan aralıkta maksimum koşullarda en yüksek % KOİgiderimi % 64,50 olarak bulunmuştur. 25ºC reaksiyon sıcaklığında %10 - %100 kirlilikyükü aralığında gerçekleşen deneylerde elektrokimyasal reaksiyonun derecesi (n)0.60, özgül hız sabiti 1,238 mg0,60 / L0,60-dak olarak bulunmuştur. Ortam sıcaklığı25ºC - 45ºC arasında değiştirilerek reaksiyonun aktivasyon enerjisi (Ea) ve Arrheniussabiti (A) hesaplanmış ve sırasıyla 10.083 kj/mol ve 75.166 mg0.60/L0.60-dak olarakhesaplanmıştır. Ayrıca çalışmada optimum reaksiyon koşullarındaki sistemin enerjigiderimi deneysel olarak 33.64 kWsaat/kgKOİgiderim olarak hesaplanmıştır.Bu sonuçlar meyvesuyu atıksuyunun elektokimyasal olarak arıtım prosesinin yüksekverimiyle ekonomik ve uygulanabilir olduğunu ve halen kullanılmakta olan sistemlerealternatif olabileceğini göstermektedir.Anahtar kelimeler: Elektrokimyasal atıksu arıtımı, Meyvesuyu atıksuyu,Optimizasyon, İstatistiksel deney tasarımı, Yüzey-cevap yöntemi, Reaksiyon kinetiği,Arrhenius eşitliği.

Abstract:
The aim of this study was to develop a suitable and economical alternative treatmentmethod for the wastewater produced in the fruit-juice industry using electrochemicaloxidation. Fruit-juice wastewater having high chemical oxygen demand (3000-5000mg/L) must be treated before discharging to the receiving waterways. The treatmentof fruit-juice wastewater by electrochemical oxidation has been done first in literaturewith this study.In order to increase the conductivity, NaCl was added as electrolyte. By doingpreliminary experiments with high treatment efficiency iron was determined as theelectrode.The experiments were performed according to the data that have beengiven out from the Design-Expert 6.0 software and response surface methodology(RSM). The optimization was done using the same methodology. The optimumconditions were % 100 waste concentration, 12 V potential difference, and 5.95 g/Lelectrolyte concentration. Under optimized conditions, COD removal was 28.578 %theoretically and 25 43 % experimetal. In addition highest COD removal through theruns were found as 64.50 %.At the optimum conditions concentration and temperature analysis experiments wereworked out to identify the overall kinetics of the treatment, and Arrhenius equation.Performing concentration experiments from 10 % to 100 % waste concentration, thereaction order (n) was determined as 0.60 at 25ºC reaction temperature while thespecific reaction constant (k) was found as 2.51658 mg0.6/L0.6 min for theelectrochemical treatment of fruit-juice wastewater. By changing the reactiontemperature between 25Â° and 45Â° the activation energy (Ea) and the Arrheniusconstant (A) of the reaction were calculated as 10.083 kj/mol and 75.166 mg0,6 / L0,6-min, respectively. Also in the study, the experimental energy consumption at theoptimum reaction conditions was calculated as 33.64 kWh / kgCODremoval.Outcome of this study reveals the applicability and high-performance ofelectrochemical treatment of fruit-juice wastewater as a feasible alternative method topresent conventional solutions.Keywords: Electrochemical wastewater treatment, Fruit-juice wastewater, İndustrialwastewater treatment, Optimization, Statistical experiment design, Response-surfacemethodology, Reaction kinetics, Arrhenius equation.