Tekstil endüstrisi reaktif ve dispers boya banyo atıksularının elektrokoagülasyon prosesi ile arıtımı: Yanıt yüzey yöntemi ile optimizasyon
Treatment of wastewater form reactive and dispers dye bathes in textile industry by electrocoagulation process: Optimization by response surface methodology
Yazar: AHMET AYGÜN
Danışman: DOÇ. DR. BİLGEHAN NAS ; PROF. DR. MEHMET FAİK SEVİMLİ
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Elektrokimya = Electrochemistry ; Elektrotlar = Electrodes ; Renkler = Colors ; Tekstil fabrikaları = Textile factories

Özet:
Reaktif ve dispers boyarmaddeler tekstil endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Reaktif boya banyosu (RBB) ve Dispers boya banyosu (DBB) atıksuları tek kutuplu paralel bağlı, 0.042 m2 etkin alana sahip alüminyum ve demir elektrotların kullanıldığı 2.5 L etkin hacimli kesikli olarak işletilen elektrokoagülasyon prosesi (EP) ile arıtılmıştır. Elektrot tüketimleri, elektrik sarfiyatı ve pH ayarı için ilave edilen asit veya baz maliyeti dikkate alınarak toplam birim arıtma maliyeti hesaplanmıştır. Ayrıca, çamur oluşum miktarı da belirlenmiştir. EP'nin performansı, renk ve KOİ giderimi ile ifade edilmiştir. Renk ve KOİ giderimi üzerine başlangıç pH, akım yoğunluğu ve elektroliz süresi parametrelerinin etkisi yanıt yüzey yöntemi (YYY) kullanılarak araştırılmıştır. Renk ve KOİ giderimini tahmin etme amacıyla modeller oluşturulmuş ve varyans analizleriyle modellerin uygunluğu ve modellerde kullanılan her bir terimin anlamlılık düzeyi ortaya konulmuştur. RBB ve DBB atıksuları için renk ve KOİ giderimi elektrot tipinden bağımsız olarak modifiye edilmiş kuadratik modellerle ifade edilmiştir. RBB ve DBB atıksularından alüminyum ve demir elektrot kullanarak renk ve KOİ giderim kinetiğinin 1. derece kinetiğe uygun olduğu görülmüştür. RBB ve DBB atıksuları için hem alüminyum hem de demir elektrotlar kullanılması durumunda rengin KOİ'den daha hızlı arıtıldığı kinetik sabitlerle belirlenmiştir. Elektrot tüketimleri ile çamur oluşumu arasında yakın bir ilişki belirlenmiştir. EP'de demir elektrotlar kullanılması durumunda alüminyum elektrotlarla karşılaştırıldığında daha fazla çözünme ve daha fazla çamur oluşumu gözlenmiştir. Optimum şartlarda RBB atıksuları için alüminyum elektrot kullanılması durumunda 1.84 ?/m3 maliyetle % 85.8 renk, % 76.9 KOİ giderimi elde edilirken, demir elektrot kullanılması durumunda 1.56 ?/m3 maliyetle % 92.0 renk, % 80.9 KOİ giderimi elde edilmektedir. Optimum şartlarda DBB atıksuları için alüminyum elektrot kullanılması durumunda 0.16 ?/m3 maliyetle % 92.8 renk, % 51.3 KOİ giderimi elde edilirken, demir elektrot kullanılması durumunda 0.17 ?/m3 maliyetle % 90.5 renk, % 49.2 KOİ giderimi elde edilmektedir. Bu sonuçlara göre, EP'de RBB atıksuları için demir elektrotlar, DBB atıksuları için alüminyum elektrotlar ile daha iyi renk ve KOİ giderimi daha düşük birim arıtma maliyetle elde edilebilmektedir. Yüksek tamponlama kapasitesine sahip olan RBB atıksularının EP ile arıtımında pH ayarı için ilave edilen asitin maliyetinin çok olması uygulanabilirliğini sınırlamaktadır. Bu nedenle RBB atıksuları, EP ile arıtılacaksa daha ekonomik çözümler için pH dengelemesi gerekmektedir. Ayrıca reaktif boyarmaddelerin suda çözünmesi dispsers boyarmaddelere göre EP'de daha az renk giderimi elde edilmesine sebep olmaktadır. DBB atıksularının düşük tamponlama kapasitesi, suda çözünmeyenve kolayca koagüle olabilen boyarmaddeler içermesi nedeniyle çok iyi renk giderimi elde edilirken, yüksek giriş KOİ ve KOİ'nin asetik asit ve dispergatörden kaynaklanması nedeniyle düşük KOİ giderimi elde edilebilmektedir. Bu nedenle, EP'nin DBB atıksularında, ön arıtım amacıyla kullanımı uygundur.

Abstract:
Reactive and disperse dyestuff are commonly used in textile industry. Wastewater of Reactive Dye Bath (RDB) and Disperse Dye Bath (DDB) were treated with a batch, mono-polar, parallel electrocoagulation process (EP) having 0.042 m2 effective electrode area and 2.5 L volume in which aluminium and iron electrodes are placed. Total unit cost was calculated for electrode consumption, electricity consumption and pH adjustment by taking the cost of added acids and bases into consideration. Moreover, amount of sludge formation was also determined. The performance of EP was expressed by Color and Chemical Oxygen Demand (COD) removal. The effects of parameters such as initial pH, current density and electrolysis period on Color and COD removal were investigated by using response surface methodology (RSM). Models were constructed in order to predict Color and COD removal and suitability of models and significance levels of each term in models were presented by variance analysis. Color and COD removal for RDB and DDB wastewater were stated as modified quadratic models independent of electrode type. It was observed that kinetics of Color and COD removal from RDB and DDB wastewater by using aluminium and iron electrodes were in accordance with 1st order kinetics. When both aluminium and iron electrodes were used for RDB and DDB wastewater, it was determined with kinetic constants that Color removal was faster than COD removal. A reasonable relationship was found between electrode consumption and sludge formation. When iron electrodes were used in EP, more dissolution and more sludge formation were observed in comparison to the aluminium electrodes. Under optimum conditions, when aluminium electrodes were used for RDB wastewater, 85.8% Color and 76.9% COD removal were obtained with 1.84 ?/m3 cost while 92.0% decolorization and 80.9% COD removal were obtained with 1.56 ?/m3 cost in the case of iron electrode usage. Under the optimum conditions, when aluminium electrodes were used for DDB wastewater, 92.8% decolorization and 51.3% COD removal were obtained with 0.16 ?/m3 cost while 90.5% decolorization and 49.2% COD removal were obtained with 0,17 ?/m3 cost in the case of iron electrode usage. According to these results, beter decolorizing and COD removal can be obtained with lower unit cost by using iron electrodes for RDB wastewater and by using aluminium electrodes for DDB wastewater in EP. In the treatment of RDB wastewater having high buffering capacity with EP, its application is limited due to high cost of acids added for pH adjustment. For this reason, it?s necessary to equilibratepH for more economical solutions if RDB wastewater is treated with EP. Moreover, dissolution of reactive dyestuff in water causes less decolorization in EP than disperse dyestuff. While better decolorization can be obtained in DDB wastewater due to its low buffering capacity and easily coagulated dyestuff content, low COD removal can be obtained due to high COD inlet and COD causing from acetic acid and dispersing. For this reason, it will be much more practical to use EP for the pretreatment of DDB wastewater