Hibrit elektrokoagülasyon-membran filtrasyon prosesi ile tekstil atıksularından renk ve koi giderimi
Color and cod removal from textile wastewater using hybrid electrocoagulation-membrane filtration process
Yazar: EDA GÜNEŞ
Danışman: DOÇ. DR. ZEREN BERİL ÖZÇELEP
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, biyolojik olarak arıtılmış tekstil endüstrisi atıksuyunun hibrit elektrokoagülasyon (EC) ve membran filtrasyon prosesi ile arıtılabilirliği araştırılmıştır. EC prosesinin, membran kirlenmesinin azaltılmasında ve kirletici madde giderim verimlerinin artırılmasında ön arıtım yöntemi olarak kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. Ayrıca, hibrit proses ile arıtılan atksuyun tekstil endüstrisinde tekrar kullanım olanakları da araştırılmıştır. Tez çalışmasının birinci bölümünde; atıksuyun Fe ve Al elektrotlar kullanılarak EC ile arıtımında atıksuyun pH değeri, akım yoğunluğu ve işletme süresinin kirletici madde giderimi, toplam işletme maliyeti ve çamur oluşumu üzerindeki etkileri araştırılmış ve uygun işletme şartları belirlenmiştir. Uygun işletme şartları; Fe elektrot için pH 8,5, akım yoğunluğu 110 A/m2, işletme süresi 90 dakika olarak Al elektrot için ise için pH 6, akım yoğunluğu 130 A/m2, işletme süresi 120 dakika olarak belirlenmiştir. Belirlenen uygun işletme şartlarındaki giderim verimleri, işletme maliyetleri ve çamur miktarları birlikte değerlendirildiğinde Fe elektrot uygun elektrot türü olarak belirlenmiştir. Fe ve Al elektrot ile uygun işletme şartlarında elektrokoagülasyon sonrasında oluşan çamur numunesi ESEM-EDS (Taramalı Elektron Mikroskopu- Enerji Dağılımı Spektrometresi), FTIR (Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi) ve boyut dağılımı analizleri ile karakterize edilmiştir. Tez çalışmasının ikinci bölümünde; atıksuyun membran prosesi ve hibrit elektrokoagülasyon-membran filtrasyon prosesi ile arıtılabilirliği araştırılmıştır. Membran prosesinde, Desal 5DL ve NF 270 olmak üzere 2 adet nanofiltrasyon membranı kullanılmıştır. Membranda meydana gelen kirlenme akı kayıpları, temas açısı ölçümleri, seri direnç modeli ve AFM analizinden elde edilen sonuçlar göz önüne alınarak değerlendirilmiştir. Atıksuyun membran proseslerle arıtımında NF 270 membranı ile daha yüksek giderim verimleri elde edilmiştir. Hibrit elektrokoagülasyon-membran prosesi ile arıtım sonucunda iletkenlik ve klorür giderimi hariç diğer parametrelerin gideriminde önemli bir artış gözlenmemiştir. Membranlarda meydana gelen kirlenme değerlendirildiğinde en yüksek toplam akı kaybı (%90) ham atıksuyun Desal 5DL ile arıtılması sonucunda meydana gelmiştir. Elektrokoagülasyonun ön arıtım olarak kullanılması durumunda akı kayıpları önemli oranda azalmıştır. En düşük kirlenmeden kaynaklı akı kaybı (%3) EC+ NF 270 membran prosesinde meydana gelmiştir. Temas açısı ölçümleri, seri direnç modeli ve AFM ölçümleri sonucunda elektrokoagülasyonun kek direncinin ve yüzey kirlenmesinin azaltılmasında etkili olduğu belirlenmiştir. Tez çalışmasının son bölümünde ise NF 270 membranı ile hibrit elektrokoagülasyon-membran prosesi sonucunda elde edilen süzüntü kalitesinin ters osmoz (BW 30) membranı ile iyileştirilmesi çalışılmıştır. Elde edilen süzüntü kalitesinin tekstil endüstrisinde terbiye prosesinde tekrar kullanım için önerilen yüksek kaliteli su kriterlerini sağladığı tespit edilmiştir. Çalışmada sonuç olarak hibrit EC-membran prosesi ile biyolojik olarak artılmış tekstil endüstrisi atıksuyunun arıtımı sonucunda >%93 KOİ, %100 RES, %100 toplam sertlik, %97 klorür, %99 iletkenlik %100 TKN, %100 TP, %100 AKM giderimi elde edilmiştir. Elektrokoagülasyon prosesi akı kaybının azaltılmasında, kararlı akı değerlerinin elde edilmesinde ve membran yüzeyindeki kirlenmenin azaltılmasında etkili olmuştur.

Abstract:
In this study, treatability of biologically treated textile industrial wastewater by hybrid electrocoagulation (EC) and membrane filtration process was investigated. The usage of EC process was evaluated as pretreatment method for reducing membrane fouling and increasing pollutant removal efficiencies. In addition, the possibility of reusing treated wastewater by the hybrid process in the textile industry was investigated. In the first part of the study; the effecst of initial pH value, current density, operating time on the pollutant removal efficiency, total operation cost and sludge formation were investigated for the treatment of wastewater by EC process using Fe and Al electrodes and optimum operating conditions were determined. Optimum operating conditions were determined as pH:8,5, current density:110 A/m2, operating time 90 min for Fe electrode and pH:6, current density:130 A/m2, operating time 120 min for Al electrode. Fe electrode was determined as suitable electrode type by considering the removal efficiencies, operating costs, and sludge amounts obtained at the optimum operating conditions. The sludge samples of Fe and Al electrodes which were obtained under the optimum operating conditions were characterized by ESEM-EDS (Scanning Electron Microscopy-energy dispersive system), FTIR (Fourier-transform infrared spectroscopy), and size distribution analysis. In the second part of the study; treatability of wastewater by membrane process and hybrid electrocoagulation-membrane filtration process was investigated. Two nanofiltration membranes named Desal 5DL and NF 270 were used in the membrane process. Membrane fouling was evaluated using flux decline results, contact angle measurements, resistance in series model results and AFM measurements. Higher removal efficiencies were achieved with NF 270 membrane in wastewater treatment by membrane processes. There was no significant increase in the removal of pollutant parameters except conductivity and chloride for the treatment of wastewater by hybrid electrocoagulation-membrane process. The highest total flux decline (90%) was occured for the treatment of the raw wastewater with Desal 5DL membrane. The flux declines were reduced significantly with EC process as pretreatment method. The lowest flux decline caused by fouling (3%) was achieved in the EC + NF 270 membrane process. As a results of contact angle measurements, series resistance model and AFM measurements, it was determined that electrocoagulation was effective in reducing cake resistance and membrane surface fouling. In the last part of the study, it was tried to improve the permate quality obtained by hybrid electrocoagulation-membrane process with NF 270 membrane using reverse osmosis (BW 30) membrane. It has been found that the permeate quality provided the recommended high quality water criteria for reuse in finishing process in the textile industry. As the result of the treatment of the biologically treated textile industrial wastewater with hybrid EC-membrane process, >93% COD, 100% RES, 100% total hardness, 97% chlorine, 99% conductivity 100% TKN, 100% TP, 100% TSS removal efficiencies were achieved. The EC process was effective in reducing flux declines, achieving steady flux values and reducing membrane surface fouling.