Kesikli ve sürekli elektrokoagülasyon prosesleri ile atıksulardan fosfat giderimi ve prosesin optimizasyonu

Çalışmada, sulu çözeltilerden, Al ve Fe elektrotların kullanıldığı kesikli şartlarda işletilen EC model reaktörü ile ortofosfat, pirofosfat ve metafosfat gideriminde pH, akım yoğunluğu ve başlangıç fosfat konsantrasyonu gibi işletme parametrelerinin etkisi araştırılmıştır. Optimizasyon çalışmalarında, Box-Behnken istatistiksel modeli kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, Al elektrodunun kullanıldığı EC model reaktöründe ortofosfat, pirofosfat ve metafosfat giderim veriminin en yüksek olduğu şartlar altında optimum başlangıç pH değerleri sırasıyla, 6 .71, 6 .96, 6.69 olarak, optimum akım yoğunlukları sırasıyla, 33 .20, 36 .51, 30.02 A/m2 olarak, optimum fosfat konsantrasyonu değerleri ise tüm fosfat türleri için 5.0 mg/L olarak tespit edilmiştir. Fe elektrodu kullanımı durumunda ise, en yüksek ortofosfat, pirofosfat ve metafosfat giderim verimi için optimum değerler pH için sırasıyla, 3 .49, 3 .00, 3.00 olarak, akım yoğunluğu için sırasıyla, 50 .00, 50 .00, 48.72 A/m2 olarak, fosfat konsantrasyonu için ortofosfat ve pirofosfat için 5.0 mg/L, metafosfat için 11.48 mg/L olarak tespit edilmiştir. Fosfat türlerinin EC model reaktörü ile giderim mekanizmalarını belirlemek için SEM, EDS ve XRF analizleri gerçekleştirilmiştir. Optimize edilen koşullarda, Al elektrodunun kullanıldığı EC model reaktöründe ortofosfat, pirofosfat ve metafosfat giderimleri için R2 değerleri sırasıyla, 0 .95, 0 .94, 0.90 olarak, Fe elektrodunun kullanıldığı EC model reaktöründe ortofosfat, pirofosfat ve metafosfat için R2 değerleri sırasıyla 0 .90, 0 .72, 0.96 olarak tespit edilmiştir. R2 ve R2adj değerlerinin 1'e yakın olması, deneysel sonuçların ve istatistiksel olarak bulunan değerlerin uyumlu olduğunu, Box-Behnken istatistiksel modelinin proses parametrelerinin etkilerini belirlemede etkin olduğunu göstermektedir. Sürekli akışlı EC model reaktörü, kesikli şartlarda işletilmiş olan EC model reaktörü için optimum şartlar göz önünde bulundurularak tasarlanmıştır ve reaktör patates cipsi üretimi atıksularından fosfat gideriminde elektroliz süresinin ve akım yoğunluğunun etkilerini araştırmak için kullanılmıştır. Al ve Fe elektrotlarının kullanıldığı sürekli akışlı EC model reaktörü için optimum hidrolik bekleme süresi sırasıyla, 40 dk ve 60 dk, akım yoğunluğu ise her iki elektrot türü için 65 A/m2, çıkış pH değerleri sırasıyla 7.85 ve 8.15 olarak tespit edilmiştir. Bu deneysel koşullarda, 54.4 mg/L olan ham atıksu toplam fosfor konsantrasyonu, Al ve Fe elektrodunun kullanımı ile sırasıyla 10.4 ve 5.0 mg/L'ye, 45.3 mg/L olan ham atıksu ortofosfat konsantrasyonu, Al ve Fe elektrodunun kullanımı ile sırasıyla, 5.9 ve 2.9 mg/L'ye düşmüştür. Çıkış pH değerlerine bakıldığında elde edilen çıkış suyu pH ayarlamasına gerek kalmaksızın deşarj edilebilir niteliktedir. Kesikli akışlı EC model reaktörü ile yapılan deneysel çalışmalarda, düşük fosfor konsantrasyonlarında yüksek giderim verimi tespit edilmesine karşın, sürekli akışlı EC model reaktöründe, yüksek fosfor konsantrasyonlarında da etkin giderim verimi sağlandığı tespit edilmiştir. Ayrıca, kesikli akışlı EC model reaktörde akım yoğunluğu ve başlangıç fosfat konsantrasyonunun, pH'ya göre etkin olduğu belirlenirken, sürekli akışlı EC model reaktörde ise, pH'nın daha etkin parametre olduğu belirlenmiştir. Sürekli akışlı EC model reaktöründe, kullanılan patates cipsi üretim atıksuyunda bulunan fosfat dışındaki diğer kirleticiler, prosesin giderim verimi üzerine etkisi olduğundan, kesikli EC model reaktöründe fosfor giderimi için belirlenen optimum değerler, sürekli akışlı EC model reaktörü tasarımı için fikir vermesine karşın, tam olarak uygulanamamıştır. Al ve Fe elektrotlarının kullanıldığı kesikli akışlı EC model reaktöründe işletme maliyetine etkileyen en önemli birincil parametrelerin akım yoğunluğu ve başlangıç fosfor konsantrasyonu olduğu, ikincil parametrenin ise pH olduğu görülmüştür. Kesikli akışlı EC model reaktöründe optimize edilen şartlarda işletme maliyetleri, Al elektrot türü kullanıldığında, 1 m3 atıksudan ortofosfat, pirofosfat ve metafosfat giderimi için sırasıyla, 1 .04, 1 .16, 0.88 $ olarak tespit edilmiştir. Optimizasyon şartlarında, Fe elektrot türü kullanıldığında ise, ortofosfat ve pirofosfat için işletme maliyetinin düşerek sırasıyla, 0.93 ve 1.08 $ olduğu belirlenmiştir. Buna karşın, metafosfat giderimi için işletme maliyetinin % 18'lik bir artışla, 1 m3 atıksu için 1.04 $ olarak elde edilmiştir. Sürekli akışlı EC model reaktöründe, elektrot, enerji ve kimyasal maliyetleri dikkate alınarak hesaplanan işletme maliyeti Al ve Fe elektrot türleri için sırasıyla, 1 .35, 1.16 $/m3 olarak tespit edilmiştir. Fe elektrodunun, Al elektroduna göre patates cipsi üretim atıksularından fosfor gideriminde daha etkili olduğu, ayrıca, işletme maliyeti analizi sonucunda da Fe elektrot türünün kullanılması ile işletme maliyetinin daha düşük olduğu belirlenmiştir.