Sızıntı suyu nanofiltrasyon konsantresinin ileri elektrokoagülasyon prosesleri ile arıtımında proses optimizasyonu
Process optimization in the treatment of leachate nanofiltration concentrate by advanced electrocoagulation processes
Yazar: SENEM YOKUŞ
Danışman: DOÇ. DR. SENEM YAZICI GÜVENÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Hidrojen peroksit = Hydrogen peroxide

Özet:
Bu çalışmada, sızıntı suyu nanofiltrasyon (NF) konsantresinin arıtımında alüminyum elektrotların kullanıldığı, peroksit ve persülfatın harici olarak ilave edildiği ileri elektrokoagülasyon prosesinin performansı araştırılmıştır. Kontrol deneyleri gerçekleştirildikten sonra proseslerin işletme parametrelerinin optimizasyonu, cevap yüzey yöntemi ve Box Behnken dizaynı ile gerçekleştirilmiştir. Zamana bağlı gerçekleştirilen kontrol deneyleri sonucunda elde edilen verilerin birinci ve ikinci mertebe kinetik modele uygunluğu test edilmiş ve reaksiyon hız sabitleri hesaplanmıştır. Gerek KOİ giderim verimleri gerekse reaksiyon hızları bakımından değerlendirme yapıldığında proses sıralaması EC-PS>EC-HP>EC şeklinde bulunmuştur. Her iki proseste kullanılan kuadratik model için proses değişkenleri oksidant dozu, uygulanan elektrik akımı, başlangıç pH değeri ve reaksiyon süresi ve sistem cevapları KOİ, TOK, UV254 ve renk giderim verimleri olarak belirlenmiştir. EC-PS prosesinde optimum şartlar altında (PS dozu: 0.59 g/L; akım: 0.71 A; pH: 5 ve reaksiyon süresi: 31.4 dakika) KOİ, TOK, UV254 ve renk giderim verimleri model tarafından sırasıyla %65, %56.6, %75.7 ve %88.4 olarak, EC-HP prosesinde optimum şartlar altında (HP dozu: 27.3 mM; akım: 0.6 A; pH: 5 ve reaksiyon süresi: 45 dakika) KOİ, TOK, UV254 ve renk giderim verimleri model tarafından sırasıyla 62.2%, 55.3%, 73.9%, ve 85.9% olarak tahmin edilmiştir. Kuadratik modelin tahmin yeteneğini değerlendirmek için gerçekleştirilen validasyon deneyleri sonucu ise KOİ, TOK, UV254 ve renk giderim verimleri EC-PS prosesi için sırasıyla %62.3, %53.1, %71.7 ve %85.4 olarak; EC-HP prosesi için sırasıyla 57.3%, 52.0%, 68.3%, ve 85.0% olarak bulunmuştur. Her iki proses ile sistem cevapları olan KOİ, UV254, TOK ve renk giderim verimleri için geliştirilen matematiksel modellerin tümünün korelasyon katsayıları (R2) 1'e yakın, ayarlanmış R2 değerleri R2 değerine yakın olarak bulunmuş olup, bu değerler Box Behnken dizayn yönteminin EC-PS ve EC-HP prosesi ile sızıntı suyu nanofiltrasyon konsantresinden kirletici gideriminin açıklanmasında etkili, uygun ve anlamlı olduğunun göstergesidir. Çalışma sonuçları göstermiştir ki EC-PS ve EC-HP prosesleri sızıntı suyu nanofiltrasyon konsantresinden kirletici gideriminde etkili yöntemlerdir.

Abstract:
In this study, the performance of the advanced electrocoagulation process in which aluminum electrodes are used where peroxide and persulfate are added externally in the treatment of leachate nanofiltration (NF) concentrate was investigated. After the control experiments, the optimization of the operating parameters of the processes was carried out with the response surface methodology and Box Behnken design. The suitability of the data obtained as a result of the time-dependent control experiments with the first and second-order kinetic models were tested and the reaction rate constants were calculated. When evaluated in terms of both COD removal efficiencies and reaction rates, the process order was found as EC-PS>EC-PO>EC. In the model, process variables for both processes were oxidant dose, applied current density, initial pH, and reaction time while the system responses were COD, TOC, UV254, and color removal efficiency. In the EC-PS process, under optimized conditions (PS dose: 0.59 g/L; applied current: 0.71 A; initial pH: 5, and reaction time: 31.4 minutes), the COD, TOC, UV254, and color removal efficiencies were estimated as 65%, 56.6%, 75.7%, and 88.4%, respectively by the model. In the EC-HP process, under optimized conditions (HP dose: 27.3 mM; applied current: 0.6 A; initial pH: 5, and reaction time: 45 minutes) COD, TOC, UV254, and color removal efficiencies were estimated as 62.2%, 55.3%, 73.9%, and 85.9%, respectively by the model. As a result of the validation experiments carried out to evaluate the predictive ability of the model, the COD, TOC, UV254, and color removal efficiencies for the EC-PS process were 62.3%, 53.1%, 71.7%, and 85.4%, respectively while they were 57.3%, 52.0%, 68.3%, and 85.0%, respectively for the EC-HP process. The correlation coefficients (R2) of all the mathematical models developed for the system responses of both processes, namely COD, UV254, TOC, and color removal efficiencies, were found close to 1, and adjusted-R2 values were close to R2 values. These results indicate that the Box Behnken design method is effective, appropriate, and meaningful in explaining the pollutant removal from leachate nanofiltration concentrate by EC-HP and EC-PS processes. The results of the study showed that the EC-PS and EC-HP processes are effective methods for pollutant removal from leachate nanofiltration concentrate.