Nanofiltrasyon ile proses sularından organik maddelerin geri kazanımının araştırılması
The investigation of organic matter recovery from process water by nanofiltration
Yazar: YASEMİN KAYA
Danışman: PROF.DR. SEMİHA ARAYICI
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Membran teknolojileri = Membrane technologies

Özet:
Bu çalışmada sıvı bulaşık deterjanı üretimi yapılan tankların Cleaning-in-Place (CIP)Yerinde Yıkanması sonucu oluşan atıksulardan ?Nanofiltrasyon? prosesi ile üretimdekullanılan maddelerin ve proses suyunun geri kazanılması amaçlanmıştır. Çalışmanınamacına yönelik olarak yüksek konsantrasyonlarda yüzey aktif madde içeren CIPatıksuyunun membranda oluşturacağı akı kayıplarının nedenleri de araştırılmıştır.Bunun için membranlarda ?Kirlenme? den ve ?Konsantrasyon Polarizasyonu? ndankaynaklanan akı kayıpları ayrı ayrı hesaplanmıştır. Membranlarda meydana gelenkirlenme ?Temas Açısı? ve ?Atomik Kuvvet Mikroskopisi (AFM)? ölçümleri iledeğerlendirilmiştir.Sıvı bulaşık deterjanı üretimi yapılan tankların yıkanması sonucu oluşan CIPatıksuyunda ve bu atıksuyun alındığı şarjda üretilen sıvı bulaşık deterjanındaki yüzeyaktif madde, boyar madde ve tuz konsantrasyonları oranlanarak, CIP işlemi sonrasıtankta kalan maddelerin 10 kat seyreldiği bulunmuştur. Atıksuda yüksek miktardabulunan anyonik ve nonyonik yüzey aktif maddelerin kritik misel konsantrasyonu(KMK) değerlerinin altındaki konsantrasyonlarda hazırlanan model atıksularkullanılarak membran seçimi yapılmıştır. Bunun için üç farklı membranınhidrofilik/hidrofobik özellikleri, kimyasal yapısı, yüzey özellikleri ve MWCOdeğerlerinin, yüzey aktif maddelerin akı kaybı ve giderim verimi üzerindeki etkileriincelenmiştir.10 kat seyrelme oranı ile model olarak hazırlanan CIP atıksuyu ile yapılan deneylerde,nanofiltrasyon membranlarında önemli işletme parametreleri olan pH, sıcaklık vebasıncın etkileri incelenmiş ve atıksuda bulunan maddelerin giderim verimleri vemembranlarda meydana gelen akı kayıplarına etkileri ortaya konmuştur. Atıksudabulunan farklı özellikteki yüzey aktif maddelerin birbirleri ile olası etkileşimleri dearaştırılmıştır. Sıvı bulaşık deterjan üretiminde kullanılan maddelerin CIP işlemisonrasında farklı oranlarda da (5 ve 20 kat) seyrelebilmesi durumunda, atıksuda bulunanmaddelerin nanofiltrasyon membranında gösterdiği değişiklikler araştırılmıştır.Çalışmanın sonunda 5, 10 ve 20 kat seyrelme oranları ile yapılan deneylerde en fazlageri kazanımın sağlandığı basınçta elde edilen süzüntüler farklı bir nanofiltrasyonmembranından geçirilmiş ve daha iyi kalitede süzüntüler elde edilmiştir. Deneyselçalışmalar sonunda, yüksek konsantrasyonlarda yüzey aktif madde içeren CIPatıksuyunun nanofiltrasyon membranında ciddi kirlenmelere neden olmadığı görülmüşve iki adımlı nanofiltrasyon prosesi ile geri kazanımının mümkün olduğu ortayakonulmuştur.

Abstract:
In this study, recovery of product and process water from rinsing water ?Cleaning inPlace-(CIP)? of liquid dish detergent by using nanofiltration process was investigated.According to objective of study, the effects of CIP wastewater which contain higherconcentration of surface active matter on the flux decline were also revealed. Fluxdecline caused by ?Fouling? and ?Concentration Polarization? was calculatedindividually. Membrane fouling was evaluated of with ?Contact Angle? and ?AtomicForce Microscopy (AFM)? measurements.Surface active matter, dye and salt concentrations in the CIP wastewater obtained fromwashing at liquid dish detergent tanks and in liquid dish detergent obtained from thisproduction were compared. It was determined that the residue after CIP washing werediluted 10 times. Model wastewaters that used in membrane screening were preparedunder the critical micelle concentration of anionic and nonionic surface active matters.Experimental investigations were performed with three different membranes. In themembrane screening, the effect of hydrophobic/hydrophilic characteristics, chemicalstructures, surface properties and MWCO values of the membranes on the flux declineand retention performance were investigated.Variable operating conditions (pH, temperature, transmembrane pressure) which areimportant parameters for nanofiltration membranes were studied with 10 times dilutedmodel CIP wastewater. The effects of these parameters on the flux declines ofmembranes and on the removal efficiencies of contaminants in the wastewater wererevealed. Also the interactions between the surface active matters that have differentcharacteristics were investigated. The components that are used in the production ofliquid detergent can be diluted with various rates (5 times and 20 times). So the effectsof components that have been in wastewater in this situation on nanofiltrationmembrane were studied. At the end of the study, the permeates that producted from 5,10 and 20 times diluted CIP wastewater and obtained with pressure that provied bestrecovery of pollutants were treated by different a nanofiltration membrane. A more highquality permeates were achieved using two stage nanofiltration process. At the end ofthe experimental studies it was determined that CIP wastewater contain highconcentration of surface active matter did not cause serious fouling on the nanofiltrationmembrane. Finally it can be concluded that two stage nanofiltration process istechnically feasible for recovery of CIP wastewater.