H-asitin foto-fenton-benzeri prosesi ile oksidasyonunun optimizasyonu ve oksidasyon ürünlerinin toksisitelerinin incelenmesi
Photo-fenton-like treatment of the commercially important H-acid: Process optimization and effects of photocatalytic treatment on activated sludge inhibition
Yazar: NURAY AYTEN
Danışman: DOÇ. DR. İDİL ARSLAN ALATON
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Aktif çamur = Activated sludge ; Cevap yüzey yöntemi = Response surface methodology ; Naftalin = Naphthalene ; Optimizasyon modelleri = Optimization models ; İleri oksitlenme süreçleri = Advanced oxidation processes ; İnhibisyon = Inhibition

Özet:
H-asit ticari öneme sahip çok sayıda tekstil azo boyar maddesinin üretiminde hammadde olarak sıklıkla kullanılan biyolojik açıdan dirençli, fotokimyasal açıdan kararlı yapıda bir naftalen sülfonat türevidir. Polar ve hidrofilik yapıda olmasının yanı sıra ayrışmaya karşı dirençli olması H-asiti ileri oksidasyon prosesleri uygulamaları için ideal bir aday haline getirmektedir. Bu çalışmada Foto-Fenton-benzeri katalitik oksidasyon prosesi ile sulu H-asitin organik karbon içeriğinin giderimi amacıyla (KOİ ve TOK) önemli proses değişkenleri (demir ve hidrojen peroksit konsantrasyonu, başlangıç KOİ değeri, reaksiyon süresi) dikkate alınmış ve merkezi kompozit dizayn (yanıt yüzey yöntemi) kullanılarak optimize edilmiştir. Optimizasyon prosedürü hedeflenen iki seçeneğe göre oluşturulmuştur: (i) maksimum oksidasyon ve (ii)kısmen oksidasyon. Fotokatalitik arıtma performansı, proses çıktıları olan KOİ ve TOK azalma oranlarının analizi ile kontrol edilmiştir. Oluşturulan polinomal regresyon modelinin istatistiksel değerlendirmesi, H-asitin Foto-Fenton-benzeri prosesi ile oksidasyonunun oldukça etkili olduğunu ve elde edilen sonuçlara bakıldığında modelin başarılı şekilde öngörüde bulunduğunu ortaya koymuştur. Deneysel sonuçlara göre giriş KOİ değeri 450 mg/L olan sentetik olarak hazırlanmış H-asit için 80% KOİ ve 50% TOK giderimi mümkündür (Optimum Deneysel Koşullar: pH0=5.0; (Fe3+)0=1.8 mM; (H2O2)0=38.3 mM; reaksiyon süresi=24 dk). Kısmen oksidasyon hedeflendiğinde ise 76% KOİ ve 44% TOK giderimi elde edilmektedir. (Optimum Deneysel Koşullar: KOİ0=450 mg/L; pH0=5.0; (Fe3+)0=1.0 mM; (H2O2)0=40 mM; reaksiyon süresi =12 dk). Heterotrofik biyokütle ile yürütülen aktif çamur inhibisyon deneyleri sonucunda, optimum şartlar altında yürütülen Foto-Fenton-benzeri prosesi uygulaması boyunca toksik birtakım ara veya son ürünlerin oluşmadığı tespit edilmiştir.

Abstract:
H-acid is a biologically inert, photochemically stable napthalene sulphonate derivative being frequently produced as an essential raw material of many commercially available textile azo dyes. It is known for its biorecalcitrance as well as polar and hydrophilic nature, which properties render them ideal candidates for Advanced Oxidation Processes (AOPs). In the present study, the degradation of organic carbon (COD, TOC) content of aqueous H-acid with the Photo-Fenton-like catalytic oxidation process was optimized in terms of critical process variables (ferric iron concentration, hydrogen peroxide concentration, initial COD and reaction time) by employing central composite design-response surface methodology. Statistical evaluation of the established polynomial regression models revealed that Photo-Fenton-like oxidation of aqueous H-acid is highly efficient and the proposed reaction model succesfully predicts. Experimental results have indicated that for synthetic wastewater containing H-acid with an initial COD of 450 mg/L (optimized experimental conditionals: pH0=5.0; (Fe3+)0 =1.5 mM; (H2O2)0=35 mM; reaction time=24 min) 82% COD and 51% TOC removals were obtained. In the case when only partial oxidation was targeted (experimental conditions: pH0=5.0; (Fe3+)0=1.0 mM; (H2O2)0=40 mM; reaction time=12 min), for the same initial COD of 450 mg/L COD and TOC abatements were obtained as 67% and 44%, respectively. Activated sludge inhibition experiments conducted with heterotrophic biomass indicated that during the application of Photo-Fenton-like treatment under optimized reaction conditions, no toxic oxidation intermediates or end products were formed.