Deterjan fabrikası atık suyunun süperkritik su oksidasyonu yöntemi ile arıtımı
Treating detergent factory waste water using supercritical water oxidation method
Yazar: SEMA ŞENTÜRK
Danışman: PROF. DR. MESUT AKGÜN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Süperkritik su oksidasyonu (SCWO) atık sulardaki organik kirleticilerin zararlı yan ürünler oluşturmadan saniye mertebesindeki reaksiyon sürelerinde giderilmesini amaçlayan bir kapalı sistem arıtma yöntemidir. Bu nedenle özellikle tehlikeli atıkların bertaraf edilmesi için tercih edilen bir yöntemdir. Suyun kritik noktasında sıcaklık (Tc) 374,14°C ve basınç (Pc) 220,64 bar'dır. Suyun bu koşullardaki yoğunluk, dielektrik sabiti, difüzivite ve viskozite gibi özellikleri kütle ve ısı transferinin çok daha hızlı gerçekleşmesini sağlayarak organik kirleticilerin oksitlenmesi için uygun bir reaksiyon ortamı sağlar.
Bu çalışmada sıvı deterjan üretimi yapan bir fabrikadan alınan deterjan atık suyunun süperkritik su ortamında arıtımı gerçekleştirilmiştir. Oksitleyici olarak Hidrojen Peroksit (H2O2) çözeltisi kullanılan deneyler sürekli akışlı boru tipi reaktörde yapılmıştır. Sıcaklık, reaksiyon süresi, basınç ve H2O2 konsantrasyonu değişimlerinin arıtım verimi üzerine etkisi incelenmiş ve en yüksek arıtımın elde edildiği çalışma koşulları belirlenmiştir.
Başlangıç Toplam Organik Karbon (TOK) değerinin 2930 mg/L, Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) değerinin ise 8600 mg O2/L olduğu ham deterjan atık sularında, 20 ile 60 s aralığındaki reaksiyon sürelerinde yapılan çalışmalar sonucu TOK değerinde % 97,67 oranında, KOİ değerinde ise % 93,7 oranında arıtım verimi elde edilmiştir. Deney sonuçları incelendiğinde; reaksiyon süresi, sıcaklık ve O2 konsantrasyonu arttığında arıtım verimlerinin de arttığı, reaksiyon basıncının artmasıyla ise arıtım veriminin düştüğü tespit edilmiştir.
Elde edilen deneysel veriler ile oksidasyon reaksiyonunun, reaksiyon sıcaklığı ve süresi, atık su ve oksitleyici konsantrasyonuna bağlı kinetik modeli oluşturulmuştur. Reaksiyon hız ifadesinde, aktivasyon enerjisi Ea, 16,890 kJ.mol-1, atıksu konsantrasyonu ve oksitleyici konsantrasyonuna göre reaksiyon mertebesi sırasıyla 0,99 ve 0,5 olarak bulunmuştur.

Abstract:
Supercritical Water Oxidation (SCWO) is a method of closed-system waste water treatment which enables the elimination of the organic contaminants in the waste water within seconds of reaction before they generate hazardous waste products. Therefore, this method is especially opted for the eradication of hazardous waste. At the critical stage of the water, the temperature (Tc) is 374,14 oC and the pressure (Pc) is 220,64 bar. Such properties of the water as density, dielectric constant, diffusivity and viscosity provide a favourable reaction environment for the oxidation of the organic contaminants through considerably accelerating mass and heat transfer.
In this study, the treatment of detergent waste water obtained from a factory producing liquid detergent has been carried out in a supercritical aquatic environment. The experiments where hydrogen peroxide (H2O2) has been used as oxidizer have been conducted on the continous flow pipe-type reactor. The impact on the treatment efficiency of the changes in temperature, reaction time, pressure and O2 concentration has been examined and the working conditions for the highest efficiency have been determined.
As a result of the studies carried out between 20 to 60 seconds of reaction time in the raw detergent water, where the first Total Organic Carbon (TOC) is 2930 mg/L and Chemical Oxygen Demand (COD) is 8600 mg O2/L, a treatment efficiency of 97,67% in TOC and 93,7% in COD has been obtained. Upon the examination of the experimental results, it has been ascertained that the treatment efficiency increases with the increase in reaction time, temperature and O2 concentration while decreasing with the increase in the reaction pressure.
By using the obtained experimental data, a kinetic model of the oxidation reaction has been developed with respect to the reaction temperature and time, waste-water and oxidant concentrations. Accordingly, the activation energy, Ea, the reaction orders for the wastewater (based on TOC) and the oxidant have been determined as 16,89 kJ mol-1 , 0,99 and 0,5, respectively.