Gri suların fiziksel ve kimyasal yöntemlerle arıtımı ve yeniden kullanımı

Bu tez çalışmasında, İstanbul'da bulunan bir kamu binasına ait orta kirliliğe sahip gri suyun membran, koagülasyon ve elektrokoagülasyon prosesleri ile arıtımı ve tekrar kullanımı araştırılmıştır. Arıtım sonucunda tuvalet rezervuarı ve sulama amaçlı kullanım için en uygun tekli/hibrit arıtma teknolojileri belirlenmiştir. Çalışmanın birinci bölümünde; gri suyun mikrofiltrasyon (FM MV02 ve FM MP005), ultrafiltrasyon (FM UP020 ve FM UP005) ve nanofiltrasyon (Desal 5DL, FM NP010 ve FM NP030) membranları ile arıtımı araştırılmış ve uygun membran seçimi gerçekleştirilmiştir. Membran seçiminde membranların performansı ve kirlenmesi bir arada değerlendirilmiştir. Membranlarda meydana gelen kirlenme mekanizmalarının yorumlanmasında temas açısı, AFM ve SEM ölçümlerinden yararlanılmıştır. Seri-direnç-modeli ile de membranlarda meydana gelen kirlenmelere açıklık getirilmiştir. En iyi süzüntü kalitesi Desal 5DL membranı ile elde edilmiştir. En düşük kirlenmeden kaynaklanan akı kaybının meydana geldiği membran FM MP005 olarak belirlenmiştir (%19,5). En iyi süzüntü kalitesinin elde edildiği Desal 5DL ile kirlenmeden kaynaklı akı kaybının en az olduğu FM MP005 membranı uygun membranlar olarak seçilmiştir. Uygun membran seçimi sonrasında süzüntü kalitesinin artırılması için RO membranı (BW30) kullanılmıştır. Desal 5DL ve FM MP005 membranları sonrası kullanılan BW30 membranında sırasıyla %44, 3 ve %19, 8 toplam akı kaybı meydana gelmiştir. Mikrofiltrasyon ve nanofiltrasyon membranları sonrası RO membranından elde edilen süzüntü kaliteleri hemen hemen yakın değerlerde bulunmuştur. Çalışmanın ikinci bölümünde; gri suyun koagülasyon prosesi ile arıtımı araştırılmıştır. Koagülant olarak alüminyum sülfat (Al2(SO4)3.18H2O), demir sülfat (Fe2(SO4)3.7H2O), demir klorür (FeCl3.6H2O) ve polialüminyum klorür kullanılmıştır. Koagülasyon deneylerinde ilk olarak 250 mg/L sabit koagülant dozunda ve farklı pH değerlerinde (4; 6; 7,5; 8,5 ve 10) deneyler yapılmıştır. Belirlenen optimum pH değerlerinde farklı koagülant dozları ile yapılan çalışmalar sonucunda uygun koagülant dozu belirlenmiştir. Uygun pH ve koagülant dozunun belirlenmesinde, kirletici madde giderim verimleri, maliyet ve oluşan çamur miktarları esas alınmıştır. Belirlenen optimum pH ve koagülant dozlarında oluşan çamur miktarları; alüminyum sülfat, PAC, demir klorür ve demir sülfat için sırasıyla 24 mL/L, 25 mL/L, 13 mL/L ve 20 mL/L olarak bulunmuştur. En yüksek toplam maliyet demir sülfat ile yapılan deneyler sonunda bulunurken (32, 07 TL/m3), en düşük toplam maliyet ise PAC koagülantı ile elde edilmiştir (0,47 TL/m3). Koagülasyon deneylerinin son adımını, koagülasyon deneyleri sonrası elde edilen süpernatantların kalitesinin Desal 5DL membranı ile iyileştirilmesi çalışması oluşturmuştur. Koagülasyon prosesinin toplam maliyeti ve Desal 5DL membranında kirlenme esas alınmış ve uygun koagülant olarak PAC seçilmiştir. Tez çalışmasının üçüncü aşamasını elektrokoagülasyon deneyleri oluşturmuştur. Deneyler Al ve Fe elektrotlar ile yürütülmüştür. Her iki elektrot ile farklı pH değerlerinde (4; 6; 7,5, 8,5 ve 10) ve farklı akım yoğunluklarında (5, 10 ve 30 A/m2) deneyler yapılmıştır. Elektrot tüketimi, enerji tüketimi ve kimyasal madde kullanım maliyetleri ile oluşan çamur miktarları ve kirletici madde giderim verimleri esas alınarak uygun deney şartları belirlenmiştir. Her iki elektrot için uygun pH değeri 7,5 ve uygun akım yoğunluğu 5 A/m2 olarak bulunmuştur. Fe ve Al elektrotların toplam işletme maliyeti sırasıyla 0,22 TL/m 3 ve 0,45 TL/m 3 olarak belirlenmiştir. En az çamur oluşumu Fe elektrotta elde edilmiştir (0,18 kg/m3). Elektrokoagülasyon sonrası arıtılmış atıksuyun kalitesi Desal 5DL membranı kullanılarak iyileştirilmiştir. Her iki elektrot sonrası kullanılan Desal 5DL membranından elde edilen süzüntülerin karakterizasyonları çok yakın değerlerde bulunmuştur. Elektrokoagülasyon prosesinde toplam maliyet değeri esas alınmış ve Fe uygun elektrot olarak seçilmiştir. Tez çalışmasının son bölümünde; gri suyun membran, koagülasyon ve elektrokoagülasyon prosesleri ile arıtımı sonrasında elde edilen suların tuvalet rezervuarlarında ve sulama suyu olarak tekrar kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. Hibrit membran prosesi (FM MP005+BW 30 ve Desal 5 DL+BW30), hibrit koagülasyon/membran prosesi (PAC+Desal 5DL) ve hibrit elektrokoagülasyon/membran prosesi (Fe elektrot+Desal 5DL) deneyleri sonrasında elde edilen arıtılmış atıksular, tuvalet rezervuarlarında kullanıma uygun bulunmuştur. Tüm bu hibrit prosesler ile A sınıfı sulama suyu elde edilmiştir. Sulama suyunun kimyasal kalitesi esas alındığında, PAC+Desal 5DL ve Fe elektrot+Desal 5DL prosesleri ile damlatmalı sulamaya uygun II. sınıf sulama suyu elde edilmiştir. Membran prosesleri ile edilen sular ise III. sınıf sulama suyu kalitesindedir.