İçme suyu kaynaklarının arıtımında membran teknolojilerinin etkinliğinin istatistiksel yöntemler ile belirlenmesi
Determınıng the effıcıency of membrane technologıes ın the treatment of drınkıng water resources by statıstıcal methods
Yazar: ZEYNEP UÇAK
Danışman: DOÇ. DR. ALPER ALVER
Aksaray Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Membran teknolojileri = Membrane technologies ; Temel bileşenler analizi = Principal components analysis ; Ters osmoz yöntemi = Reverse osmosis method ; Ultrafiltrasyon = Ultrafiltration ; Yapay sinir ağları = Artificial neural networks ; İçme suyu arıtma = Drinking water treatment

Özet:
Su, tüm canlıların yaşamlarını sürdürebilmeleri için hayati bir öneme sahiptir. Artan nüfus, iklimdeki değişiklikler ile hızla gelişen endüstri, su kaynaklarının miktarını ve kalitesini etkilemektedir. Bu durum su arıtımı konusunu gün geçtikçe önemli bir noktaya getirmektedir. Su arıtımı birçok farklı tekniği içermekte olup su kalite parametrelerinin arıtım metotları incelendiğinde bazı parametreler için ileri teknoloji arıtım metotlarının kullanılmasının kaçınılmaz olduğu görülmektedir. Son yıllarda ülkemizde de içme suyu arıtımında membran filtrasyon prosesleri yaygın olarak uygulanmaktadır. 
Bu çalışma ile yüzeysel bir su kaynağının kalitesi mevsimsel olarak takip edilmesi ve tam ölçekli bir arıtma tesisinde arıtılması esnasında membran teknolojilerinin etkinliğinin, giderim verimliliğinin ve istatistiksel yöntemlerle belirlenmesi hedeflenmiştir. Çalışma kapsamında, sert su kaynağı olan barajdan beslenen ters osmoz membran bazlı filtrasyon tesisi incelenmiştir. Ultrafiltrasyon ve ters osmoz proseslerinin giriş ve çıkış suyu üzerinde yıllık olarak 44 parametreyi kapsayan yaklaşık 1250 su kalitesi analizi yapılmıştır. 
Temel Bileşen Analizi (TBA) ile Yapay Sinir Ağı (YSA) modeli için önemli parametreler belirlenmiştir. Ultrafiltrasyon ve ters osmoz proseslerinin, izlenen parametrelerin arıtımı konusunda verimli performans gösterip göstermemediği araştırılmıştır. Tüm iyonlar arasındaki korelasyon test edilmiş ve iletkenliğin diğer parametreleri temsil eden en yüksek korelasyon olduğu bulunmuştur. Bundan sonra, giriş suyu kalitesi parametrelerinin sayısını azaltmak için TBA uygulanmıştır. YSA modelinin uygunluğu, ortalama kare hatalarının (0.00293 <0.01) değerlendirilmesiyle belirlenmiştir. Oluşturulan model, iletkenlik kullanılarak arıtma tesisi verimliliğinin değerlendirilmesi için faydalı olmuştur. İzleme çalışmaları ile ön arıtma işlemlerinin tek/çok değerlikli iyonların ayrılması için uygun olmadığını sonucu elde edilmiştir. UF membranlarının mikrobiyal ve nitrojen parametreleri için etkili olduğu ve RO membranlarının öncelikli tehlikeli madde olarak tanımlanan anyon ve metallerin ayrılması için verimli olduğu sonuçları elde edilmiştir.

Abstract:
Water is vital for the survival of all living things. Increasing population, changes in climate and rapidly developing industry affect the quantity and quality of water resources. This situation brings the issue of water treatment to an important point day by day. Water treatment includes many different techniques and when the treatment methods of water quality parameters are examined, it is seen that it is inevitable to use advanced technology treatment methods for some parameters. In recent years, membrane filtration processes have been widely applied in drinking water treatment in our country.
In this study, it is aimed to determine the efficiency, removal efficiency and statistical methods of membrane technologies during seasonal monitoring of the quality of a surface water source and treatment in a full-scale treatment plant. Within the scope of the study, a reverse osmosis membrane-based filtration plant fed from the dam, which is a hard water source, was examined. Approximately 1250 water quality analyzes covering 44 parameters were carried out annually on the inlet and outlet water of ultrafiltration and reverse osmosis processes.
Important parameters were determined for the Artificial Neural Network (ANN) model with Principal Component Analysis (PCA). It has been investigated whether ultrafiltration and reverse osmosis processes show efficient performance in the purification of the monitored parameters. Correlation between all ions was tested and conductivity was found to be the highest correlation representing other parameters. After that, TBA was applied to reduce the number of inlet water quality parameters. The suitability of the ANN model was determined by evaluating the mean square errors (0.00293 <0.01). The created model was useful for evaluating the efficiency of the treatment plant using conductivity. With the monitoring studies, it was concluded that the pretreatment processes are not suitable for the separation of mono/polyvalent ions. It has been concluded that UF membranes are effective for microbial and nitrogen parameters, and RO membranes are efficient for separation of anions and metals, which are defined as priority hazardous materials.