Karadeniz deniz suyundan bipolar membranlı hücrede elektrodiyaliz ile içme suyu üretimi
Drinking water production with electrodialysis in a bipolar membrane cell from blacksea water
Yazar: MAHMUT ADIGÜZEL
Danışman: PROF. DR. MURAT TOLGA YILMAZ ; DOÇ. DR. JÜLİDE ERKMEN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Karadeniz bölgesinden temin edilen deniz suyundan bipolar membranlı ve üç odalı elektrodiyaliz ile içme suyu, hidroklorik asit (HCl) ve sodyum hidroksit (NaOH) üretimi incelenmiştir. Bu amaçla, PC Acid 60-ED anyon değişim, PC SK-ED katyon değişim ve bipolar membranlardan oluşan üç odalı bir elekrodiyaliz hücresi kullanılmıştır. Deneylerde deniz suyu, asit ve baz çözeltilerinin; besleme akış hızının (0,1 L/dak-0,3 L/dak-0,5 L/dak), potansiyelin (10V-12,5V-15V) ve sıcaklığın (25oC-30oC-35oC) içme suyu, hidroklorik asit ve sodyum hidroksit üretimi üzerine etkisi incelenmiştir. Na+, K+, Ca+2, Mg+2, Cl-, pH ve mikrobiyolojik analizleri yapılarak, elde edilen içme suyunun İTASHY'e uygun olup olmadığı değerlendirilmiştir. Herhangi bir zararlı atık oluşturmadan, içme suyu, hidroklorik asit ve sodyum hidroksitin üretimi gerçekleştirilmiştir. Artan potansiyel, akış hızı ve sıcaklığın içme suyu, asit ve baz üretim hızını da artırdığı görülmüştür. En uygun çalışma koşulları; 35oC sıcaklık, 0,5 L/dak akış hızı ve 12,5V çalışma potansiyeli olarak belirlenmiştir. Elde edilen içme suyunun 189 mg/L Na+, 192 mg/L K+, 276 mg/L Mg+2, 198 mg/L Ca+2, 236 mg/L Cl- içerdiği, pH değerinin 7,31 ve mikrobiyolojik olarak yönetmeliklere uygun olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışmada ortalama akım yoğunluğu 2,40 mA/cm2 ve enerji tüketimi 0,005444 kWh/L olarak hesaplanmıştır. Ayrıca pompa ve sirkülatör için harcanan enerji de 0,453 kWh olarak hesaplanmıştır. Üretilen NaOH'in ürün saflığı %99,2 ve HCl'nin ürün saflığı ise %31,5 olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
In this study, production of drinking water, hydrochloric acid (HCl) and sodium hydroxide (NaOH) (by a bipolar membrane and three-chamber electrodialysis) from seawater obtained from the Blacksea region were investigated. For this purpose, a three-chamber electrodialysis cell which are consist of PC Acid 60-ED anion exchange, PC SK-ED cation exchange, and bipolar membranes was used. In the experiments, it was examined effects of flow rate (0,1 L/min-0,3 L/min-0,5 L/min), potential (10V-12,5V-15V), and temperature (25oC-30oC-35oC) on production of drinking water, hydrochloric acid, and sodium hydroxide. In the experiments, the effects of seawater's, acid solution's and base solution's flow rate, potential and temperature on drinking water, hydrochloric acid and sodium hydroxide production were examined. Na+, K+, Ca+2, Mg+2, Cl-, pH and microbiological analyzes were carried out. It was evaluated that produced drinking water was comply with or not Turkish regulation. It was performed production of drinking water, hydrochloric acid and sodium hydroxide without any harmful waste. It was seen that increased potential, flow rate, and temperature increased drinking water, acid, and base production rates, also. Optimal conditions were defined as 35°C temperature, 0,5 L/min flow rate, and 12,5 V potential. It was determined that produced drinking water was contained 189 mg/L Na+, 192 mg/L K+, 276 mg/L Mg+2, 198 mg/L Ca+2, 236 mg/L Cl-. The pH value was 7,31 and the microorganism was not detected. In this study, ıt was calculated that the average current density was 2,40 mA/cm2 and the energy consumption was 0,005444 kWh/L. In addition, the energy consumed for the pump and circulator was calculated as 0,453 kWh, also. It was calculated that produced NaOH purity was 99,2% and HCl purity was 31,5%.