Zeytin kara suyunun kimyasal arıtma ve ileri oksidasyon prosesleri kullanılarak arıtılabilirliğinin araştırılması
Treatment of high sulfate and nitrogen containing wastewater in anaerobic baffled reactor
Yazar: ASLIHAN KIRMACI
Danışman: DOÇ. DR. KEVSER CIRIK
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Son yıllarda dünya çapında zeytinyağına olan ihtiyacın artması, arıtılmadan deşarj edildiğinde çevresel tehlikelere neden olan zeytin karasuyu miktarının artmasına neden olmaktadır. Zeytin karasuyu, fenolik bileşikler gibi kolay parçalanamayan kompleks organik madde içeren, kirlilik yükü yüksek atıksulardan biridir. Ayrıca karasu (OMW) kokulu ve koyu renkli bir atık sudur. Karasu arıtılmadan deşarj edildiğinde alıcı ortamlarda renklendirme, güneş ışığının sudan geçişinin engellenmesi ve çözünmüş oksijen ihtiyacının artmasına neden olur. Bu problemin en iyi şekilde çözebilmek için çevreye dost ve ekonomik uygun arıtma teknolojilerin bulunması gereklidir. Aynı zamanda zeytinyağı karasuyunun biyolojik olarak parçalanabilirliği çok düşük oranlarda olduğundan, kimyasal, biyolojik ve fizyokimyasal yöntemlerle karasuyun arıtımı yeterli olmayacaktır. Günümüzde, karasuyun renk ve KOİ gideriminde kullanılan yöntemlerin yanında, ileri oksidasyon yöntemlerinden Fenton Prosesi ve Ozonlama ile arıtım yöntemi oldukça sık kullanılmaya başlanılmıştır. Fenton ve ozon prosesleri, kuvvetli bir oksitleyici olan OH radikallerinin oluşması esasına dayanmaktadır. Fenton prosesinde oksidasyon basamağıyla renk gideriminin, koagülasyon basamağıyla da KOİ gideriminin sağlandığı bu yöntem iki aşamalı arıtma etkisine sahiptir. Zeytinyağı atıksularının atık su kompozisyonu kompleks olduğundan yüksek arıtım performansları için yalnız ozon veya fenton prosesinin uygulanması elverişli değildir.
Bu çalışmanın amacı, gerçek zeytin karasuyu arıtımında fenton prosesi ile ozonlama prosesinin kombinasyonunun (O3/H2O2/Fe2+), araştırılmasıdır. Ozonlama süresi, H2O2/Fe2+ molar oranları, farklı Fe+2 ve H2O2 konsantrasyonlarının verimliliği optimum çalışma koşulları altında değerlendirilecektir. Çalışma periyodu boyunca reaktör performansları kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ), toplam organik karbon (TOK), renk, fenol, toplam katı ve uçucu katı ile belirlenecektir. Bu amaç için, gerçek zeytin karasuyunun arıtılabilirliği üç farklı çalışma periyodunda incelenmiştir. İlk olarak Fenton prosesi, sabit H2O2 (0,5 mM) konsantrasyonunda değişen (10–20) molar oranlarında işletilmiştir. H2O2/Fe+2 molar oranının 10 olduğu koşullar ile yüksek renk (% 51,6), KOİ (% 58), TOK (% 27,9) ve fenol giderimi (% 93,9) sağlanarak optimum bulunmuştur. Daha sonra, kombine ozon/Fenton prosesi sabit 10 H2O2 / Fe+2 molar oranında ve 60 dakika ozonlama süresinde kademeli olarak artan Fe+2 ve H2O2 reaktif dozunun gerçek zeytin karasuyu arıtımı üzerine etkisi incelenmiştir. H2O2ve Fe+2 dozajının 0,5 mM ve 0,05 mM olduğu koşullarda yüksek bir renk giderme verimi (Pt-Co için% 51.6 renk giderici) elde edilmiştir. Ek olarak, artan reaktif konsantrasyonlarında KOİ, renk, TOK ve fenol giderim verimleri artmıştır. Ancak, 0.5 / 0.05'in üzerindeki yüksek reaktif konsantrasyonlarında renk giderim verimi olumsuz bir şekilde etkilenirken, KOİ ve fenol gideriminde önemli bir fark gözlemlenmemiştir. Bu sonuçlar, zeytin karasuyunun arıtım performansı kombine ozon/FENTON prosesinin, sadece Fenton prosesi ne kıyasla renk, TOK ve KOİ giderimi açısından sırasıyla % 21, % 49 ve % 22 oranında arttırdığını göstermiştir. Son olarak, kombine ozon/Fenton prosesi önceki bölümlerden elde edilen 0,5/0,05'lik optimum H2O2/Fe+2 oranında değişen ozonlama süresi (60-120 dakika) altında optimize edilmiştir. Ozonlama süresi, arıtım performansını önemli ölçüde etkilemiş ve minimum ozon tüketimive kısa reaksiyon süresinden kaynaklanan düşük işletme maliyeti ve yüksek arıtımverimliliği açısından optimum reaksiyon süresi 90 dakika olarak belirlenmiştir.

Abstract:
Increase in demand of olive oil in worldwide resulted in formation of huge amount of wastewaters, named olive-mill wastewater (OMW), which poses environmental danger unless any treatment is applied. OMW is known as one of the most contaminated effluents since it contains many complex substances which cannot easily degradable such as phenolic compounds. Additionally, OMW is characterized by its strong odor and dark color. When these wastewaters with high organic matter content are discarded without any treatment, serious environmental problems occur. Direct discharge of olive mill wastewaters into receiving media results in coloring, appearance of an oily shine, and increased oxygen demand. To overcome with this problem an environmentally friendly and economically viable treatment technology should be applied.
Olive-mill wastewater has lower biodegradability. Because of this, applying biological, chemical, physique chemical treatment processes on Olive-mill wastewater treatment may usually not provide high efficiency. Besides the conventional treatment methods used removal of color and COD, Fenton and ozone process, an advanced oxidation method, is gradually increasing in use. The Fenton and ozone process are based on a radicals OH by occurring reaction. Fenton method has two treatment steps. First step is providing color removal with oxidation stage and the second step is COD removal with coagulation stage. Fenton oxidation and ozonation are effective oxidation processes for wastewater treatment. However, the complexity of the composition of Olive-mill wastewater the utilization of ozonation or Fenton oxidation alone inadequate for treatment.
The aim of this study is to investigate ozonation, combined with the Fenton process (O3/H2O2/Fe2+), in treat real olive mill wastewater. The effectiveness of the H2O2/Fe2+ molar ratio, different Fe2+ and H2O2 concentration, and ozonation time, it will evaluate under optimum operational conditions. During the study period, reactor performances will be determined by monitoring chemical oxygen demand (COD), phenol, nitrogen, phosphorous, alkalinity, color, total solids and volatile solids. For this purpose, the treatability of real OMW was investigated in three different study parts. Initially, Fenton process was optimized under varying H2O2/Fe2+ molar ratios ranging between 10 and 20 at the constant H2O2 concentration of 0.5 mM. The H2O2/Fe2+ molar ratio of 10 was found optimum providing high color (51.6 %), CODs (58%), DOC (27.9%) and phenol removals (93.9%). Further, the effect of the gradually increasing Fe2+ and H2O2 reactive dose in the combined ozone/Fenton process at a constant H2O2 / Fe2+ molar ratio of 10 and ozonation time of 60 minutes was investigated. The high color removal efficiency (51.6% color removal for Pt-Co) was obtained at the H2O2 and Fe2+ molar ratio of 0.5/0.05. Additionally, CODs, color, DOC and phenol removal efficiencies improved at increasing reagents concentrations. However, the color removal efficiency was adversely affected while no significant difference on CODs and phenol removal was observed at higher concentrations of molar concentrations above 0.5/0.05. Additionally, the results indicated that combined process enhanced treatment performance of OMW by 21%, 49% and 22% in terms of color, DOC and CODs removals, respectively, compared to only-Fenton process. In the rest of this study, combined ozone/Fenton process was optimized under varying ozonation time (60-120 min) at the optimum H2O2 and Fe2+ molar dosage of 0.5/0.05 obtained from previous parts. Ozonation time significantly affected the treatment performance, and optimum the reaction time was determined as 90 minute in terms of the high treatment productivity and low operating cost resulted from minimum ozone consumption and short reaction time.