Azot oksitlerin jet-loop reaktörde kimyasal ve biyokimyasal arıtımının incelenmesi
An investigation of chemical and biochemical NOx removal in a jet-loop reactor
Yazar: NALAN İLHAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. PINAR ERGENEKON
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
NOx  gazları (NO  ve NO 2 )  havadaki en önemli kirletici gazlardandır. Fosil  yakıtların yanma sürecinde yüksek sıcaklık bölgesinde oluştuğu gibi nitrik asit  üretimi gibi çeşitli endüstriyel faaliyetlerden de kaynaklanabilir. Günümüzde NOx  emisyonlarının kontrolünde yaygın kullanılan sistemlerin yüksek enerji tüketimleri,  yatırım giderleri ve tehlikeli son ürünler gibi olumsuzlukları vardır. Geliştirilen  biyolojik sistemler ise  büyük reaktör hacimlerine ihtiyaç duymaktadır. Bu  çalışmada, mevcut BioDeNOx sistemi temel alınarak tasarla nan jet - loop  biyoreaktörde NOx gazlarının, denitrifikasyon prosesi ile arıtılabilirliği  araştırılmıştır. Yaş ayırıcı ve biyolojik reaktör tek bir  reaktör olarak birleştirilmiş, denitrifikasyon proses i ile arıtımı gerçekleştirilmiştir.  G az, reaktörün içine hızla  püskürtüldüğü için daha küçük kabarcıklarla hareket etmektedir ve içindeki emme  tüpü ile çarpma levhası sayesinde geri döngü yapması sağlanarak NO gazının suya  etkin bir şekilde geçmesi sağlanm aktadır.  Biyolojik arıtım öncesinde NO ve O 2 için kütle tran sfer özellikleri belirlenmiş,  transfer verimleri hesaplanmıştır. Ayrıca NO ile bağlanarak suya geçmesini sağlayan  Fe(II)EDTA'nın NO çözünürlüğüne etkisi incelenmi ştir. Sistem aşılanmasının,  deni trifikasyon yapan türlerin zenginleştirilmesi nin ardından, Ar balansında farklı  gaz konsantrasyonları ile oluşturulmuş sentetik atık gaz ile beslenmiştir.  S istemdeki  geri devir debisinin ve O 2 , NO içeriği nin arıtım verimine etkileri incelenmiştir.  B aca  gaz ı O 2 konsantrasyonu aralığında (%3 - 8) yapılan denemelerde sistemin O 2 girişine  duyarlı olmadığı gözlemlenmiştir. Farklı NO giriş gazı konsantrasyonları ile yapılan  denemelerde sistem sabit bir performans göstermiştir. Sistemin geri devir debisi  arttıkça ar ıtım veriminin de arttığı gözlemlenmiştir. Yüksek biyokütle konsantrasyonlarında 1.8 m 3 /sa geri devir debisinde sistem  %90'a yakın NO giderim verimine kelat yapıcı kimyasallar eklenmeden  ulaşmaktadır. Literatürdeki NOx kontrol teknolojileri ile  kıyaslandığında Jet - BioDeNOx prosesinin NOx giderimi için kullanılabilecek bir alternatif olabileceği  sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Azot Oksitlerin (NOx) Arıtımı, BioDeNOx Prosesi,  Denitrifikasyon, Jet - Loop Biyoreaktör .

Abstract:
NOx gases are one of the most important pollutant gases. They are formed in  the process of high temperature combustion of fossil fuels and during the various  industrial facilities such as nitric acid production. Nowadays, common control  technologies of NOx emissions ha ve some disadvantages such as high energy  consumption, high investment expenses and hazardous end products. On the other  hand, developing biological systems require s large r reactor volumes.  In this study, a modification to current BioDeNOx technology is c ontemplated.  BioDeNO x process is the combination of wet absorption of NO and  consequent  biological reduction of the sorbed NO to N2 . Compared to conventional BioDeNOx  processes a jet - loop bioreactor was used as both NOx absorber  and denitrification biore actor. In the jet - loop reactor, fluid is sprayed from the  mixing nozzle of ejector into the draft tube and it completes several loops within the  system before leaving the reactor resulting in increased residence times.  M ass transfer properties and transfe r efficiencies for NO and O 2 were calculated.  Fe(II) EDTA is used in conventi o nal BioDeNOx processes to  increase the  mass transfer of  NO . Before proceedi ng to the biological system, the effect of  Fe (II)EDTA on NO solubility in the syste m  was evaluate d. Then in the start up  period, the system was inoculated with the treatment plant sludge and  was enriched  by denitrification bacteria via feeding the system by nitrate. After reaching the  required biological activity level , the synthetic gas mixtures contain ing NOx and O2  with the balance being Ar were fed to the system.  The effects of recycled water flowrate, O 2 and NO content on the NOx removal  efficiency were investigated. It is observed that system is not sensitive to inlet O 2 gas  concentrations in the r ange of typical flue gas concentrations (%3 - 8). Increasing  NOx removal efficiencies were observed with increasing recycle flow rates.  NO removal efficiency  of 90% was observed with 1.8 m 3 / h recirculation flow rate without adding  any chelate forming  chemica ls.  It  has been concluded  that  c ompared with the  other  NOx control technologies in the  literature, Jet - BioDeNO x  process  can be  developed to be an alternative  as a  N O x control technology .

Key Words :  Nitrogen Oxides (NOx)  Control , BioDeNOx Process,  Denitrification, Jet - Loop Bioreactor.