Çöp sızıntı suyunun Ni/Al2O3 katalizörü kullanılarak süperkritik su oksidasyonuyla arıtımı
Treatment of landfill leachate under supercritical conditions of water with Ni/Al2O3 catalyst
Yazar: FERDA CİVAN
Danışman: DOÇ. DR. MESUT AKGÜN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Süperkrititik su oksidasyonu (SCWO) atıksuların içerdiği organik maddeleri zararlı yan ürünler oluşturmadan parçalayabilen bir prosestir. Bu nedenle SCWO prosesi, tehlikeli atıkların bertarafında tercih edilen bir tekniktir. Süperkrititik su oksidasyonu, bir oksidant madde kullanılarak suyun kritik özellikleri olan 647,3 K üzerindeki sıcaklık ve 22,12 MPa'ın üzerindeki basınç değerlerinde gerçekleştirilir. Bu koşullarda suyun düşük yoğunluk ve dielektik sabiti ve iyonik ürün miktarı değerlerinden dolayı, su polar olmayan çözücü gibi davranır.
Bu çalışmada, İstanbul Çevre Koruma ve Atık Maddeleri Değerlendirme Sanayi ve Ticaret A.Ş'den alınan çöp sızıntı suyunun süperkritik su ortamında Ni/Al2O3 katalizörü kullanılarak oksidasyonla arıtımı gerçekleştirilmiştir. Deneyler sürekli akışlı reaktörde yapılmıştır ve oksijen kaynağı olarak hidrojen peroksit kullanılmıştır. Sıcaklık, basınç, H2O2 konsantrasyonu ve reaksiyon süresinin arıtım verimine etkisi incelenmiş ve maksimum seviyede arıtımın elde edildiği çalışma koşulları tespit edilmiştir. 
Oksidan olarak hidrojen peroksit'in kullanıldığı, farklı reaksiyon koşullarında yapılan deneylerde, kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) 4750 mg/L olan ve toplam organik karbon (TOK) içeriği 2525 mg/L olan çöp sızıntı suyunun, 30 ile 150 s arasındaki reaksiyon sürelerinde, toplam organik karbon temelinde % 97,05'e varan verim ile arıtımı gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçları incelendiğinde; reaksiyon süresi, sıcaklık ve O2 konsantrasyonu arttıkça daha yüksek arıtım verimlerinin elde edildiği, reaksiyon basıncının artmasıyla ise arıtım veriminin düştüğü görülmüştür.
Elde edilen deneysel veriler kullanılarak oksidasyon reaksiyonunun, reaksiyon sıcaklığı ve süresi, atık su ve oksitleyici konsantrasyonuna bağlı kinetik modeli oluşturulmuştur. Reaksiyon hız ifadesinde, aktivasyon enerjisi Ea, 3,63 kJ.mol-1,  atıksu konsantrasyonu ve oksitleyici konsantrasyonuna göre reaksiyon mertebesi sırasıyla 0,67 ve 1,33 olarak bulunmuştur.

Abstract:
Supercritical water oxidation (SCWO) is a process, which decomposes organic compounds in wastewaters without the formation of harmful by-products. Therefore, it seems to be an alternative technique for the disposal of dangerous aqueous wastes. Supercritical water oxidation is performed by using an oxidant above the temperature of 374.8°C and the pressure of 22.12 MPa, which are the critical temperature and pressure of water. Water behaves as a nonpolar solvent in conditions above the critical point of water; owning unique properties and having lower values of density, dielectric constant and ionic product than those of ambient water.
In this study the treatment of landfill leachate, obtained from Istanbul Environmental Protection and Waste Material Treatment Industry and Commerce Inc., has been carried out under supercritical conditions of water by using Ni/Al2O3 catalyst. The experiments were made in a continuous flow reactor, using H2O2 as the oxygen source. The influence of reaction temperature and pressure, residence time and H2O2 concentration were investigated and the optimum conditions for the maximum treatment were determined.
During the experiments, the treatment of the landfill leachate that had a chemical oxygen demand (COD) of 4750 mg/L and a total organic carbon (TOC) of 2525 mg/L has been carried out at different reaction conditions. For reaction times varying from 30 to 150 s, and with the employment of H2O2 as the oxygen source, a maximum treatment efficiency of 97.05 % was achieved. When the experimental results were investigated, it was seen that higher treatment efficiencies were obtained for greater reaction times, temperatures and O2 concentrations. In addition, as the reaction pressure increased, a decrease in the treatment efficiency was observed.
By using the obtained experimental data, a kinetic model of the oxidation reaction has been developed with respect to the reaction temperature and time, waste-water and oxidant concentrations. Accordingly, the activation energy, Ea, the reaction orders for the wastewater (based on TOC) and the oxidant have been determined as 3.63 kJ mol-1 0.67 and 1.33, respectively.