Deri endüstrisi arıtılmış atıksularındaki KOİ'nin ozon oksidasyonu ile giderimi
COD removal in biological treatment effluent of tannery wastewater by ozone oxidation
- Tez No: 104227
- Danışmanlar: PROF. DR. OLCAY TÜNAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2001
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 77
Özet
ÖZET Bu çalışmada, ülkemizde yaygın bir üretime sahip olan deri endüstrisinde kullanılan üretim yöntemleri ve farklı yapıdaki kimyasal maddeler sebebiyle yüksek konsantrasyonlarda organik maddelerin bulunduğu atıksularm biyolojik olarak arıtılması sonucunda giderilemeyen inert yapıdaki organik maddelerin farklı oksidasyon uygulamalarıyla giderimi incelenmiş ve bulunan sonuçlar değerlendirilmiştir. Bu bağlamda, ozonun farklı uygulamalarıyla beraber ozona alternatif olabilecek H2O2 ile oksidasyon uygulamalarının incelendiği çalışmaların yanında inert organik maddelerin gideriminde aktif karbon adsorbsiyonu da kullanılarak oksidasyon ile elde edilen verim değerlerinin karşılaştırılması ve değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Ozonla oksidasyonun, literatürde deri endüstrisinin biyolojik olarak arıtılmış atıksulan üzerinde yapılmış olan çalışmaların çok az sayıda olması nedeniyle ozonun inert organik maddelerin gideriminde ne derece başarılı olduğuna ilişkin sağlıklı bilgiler yeterli düzeyde bulunmamaktadır. Bu çalışma ile bu alandaki bilgi birikiminin artırılması amaçlanmıştır. Farklı zamanlarda alınmış olan deri endüstrisi arıtılmış atıksu numunelerinin öncelikle karakterizasyon işlemleri yapılmıştır. Atıksu numuneleri üzerinde yapılan ozonla oksidasyon çalışmalarında farklı ozon akılarında çalışılarak inert organik maddelerin konsantrasyonunda zamanla olan azalmaya göre optimum akının belirlenmesi amaçlanmıştır. Numune 1 'de yapılan akı belirleme çalışmasında, ozon 40 ve 10 mg/dak akılarda sisteme 90 dakika süreyle beslendiği durumda her iki akıda da KOİ %70 oranında giderilmiştir. 90 dakika sürede yapılan akı belirleme çalışmaları sonunda pH'da artış görülmüştür. Numune 2'de yapılan akı belirleme çalışmasında ozon sisteme aynı akılarda verilmiş, oksidasyon süresi olarak 120 dakika seçilmiştir. Ozonlama sonucunda KOİ giderimi her iki akıda da aynı oranda kalarak %50 verim elde edilmiştir. Ozonlama işleminde, 120 dakika gibi daha uzun sürelerin seçilmesiyle KOİ'de ilave giderim sağlanamadığı gibi sürenin artması ile atıksuyun pH'sında büyük bir düşüş görülmüştür. Her iki numune üzerinde yapılan ozonlama sonucunda optimum akı 10 mg/dak olarak belirlenmiştir. Ozon oksidasyonu ile %50-70 düzeyinde bulunan KOİ giderme verimlerinin literatürde yapılmış olan farklı endüstrilere ait atıksulardaki çalışmalar ile uyumlu olduğu görülmüştür. Optimum akı ve sürede ozonun Fe3+ katalizörüyle birlikte kullanılması halinde reaksiyon hızı başlangıçta artmış, 90 dakikalık süre sonunda toplam organik madde giderimi yalnız ozonun kullnıldığı çalışmalar ile aynı seviyede kalmıştır. Katalizörün başlangıçta sağladığı yüksek reaksiyon sebebiyle kısmi oksidasyonun gerektiği durumlarda bu yöntem kullanılabilir. Yapılan kinetik değerlendirmede, ozonun farklı akılarda ve katalizörle birlikte kullanıldığı durumda reaksiyon hızlan 1. mertebe olarak değişim göstermiştir. Bunun yanında bulunan hız sabiti değerlerinin literatürde ozonun doğrudan reaksiyonları için verilen değerler ile doğrudan karşılaştırma imkanı olmamasına rağmen literatürdeki çalışmalarla reaksiyon süresi bakımından aynı vımertebelerde bulunması nedeniyle ozonla kalıcı KOİ gideriminde reaksiyon hızının çok yüksek olmadığı sonucuna varılabilir. Ozonun bozunmasıyla oluşan OH' radikalinin inert organik maddelerin gideriminde etkisini belirleyebilmek amacıyla ozon ile H2O2 birlikte kullanıldığı optimum ozon akısında 120 dakika süreyle 1 numunesinde yapılan oksidasyon çalışmasında ozon/ H2O2 oram 2 ve 1 M/M olarak seçilmiştir.2 M/M oranında KOİ giderimi %70 oranında sağlanırken, 1 M/M oranında yapılan çalışmada ise KOİ'de %76 verim elde edilmiştir. Bu değere göre ozonun yalnız kullanıldığı uygulamalara kıyasla ozon tüketiminin 3 kat artmış olduğu görülmektedir. Bu koşullarda ancak yüksek H2O2 dozlarında kısa sürelerde, orta derecede giderme gerektiğinde bu sistemin kullanılabileceği ancak maliyetinin oldukça yüksek olacağı söylenebilir. Ozonla H202'nin birlikte kullanıldığı çalışmalarda, ortamdaki OH radikalinin etkisi nedeniyle reaksiyonun ilk 1 saatlik süre için belirlenen reaksiyon hız sabiti değerlerinin ozonun tek başına kullanıldığı çalışmalara göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Reaksiyon hızının ilerleyen oksidasyon süreleriyle azalma göstermesinin ortamdaki OH radikalinin alkalinite tarafindan yakalanması ve harcanması sebebiyle olduğu; burada artık doğrudan reaksiyonların etkili olduğu sonucuna varılmıştır. Yüksek pH'da gerçekleşen radikal reaksiyonda, elde edilen yüksek reaksiyon hızının yamnda ulaşılan KOİ konsantrasyonu oldukça düşük değerdedir. Ancak radikal reaksiyonda çok yüksek ozon harcanması olması nedeniyle kısmi oksidasyon amacıyla kullanıldığı durumlarda yine yüksek ozon tüketimi olmasma karşın doğrudan reaksiyona göre daha etkin bir KOİ giderimi sağlanabilmektedir. Reaksiyon hızı organik madde konsantrasyonuna göre 2. dereceden değişim göstermiştir. Ozona alternatif olabilecek diğer bir oksidan olan H202'nin inert organik maddelerin gideriminde gösterdiği performans deneysel olarak incelenmiştir. H2O2/KOİ 5 ve 2 g/g dozlarında yapılan çalışmalarda 240 dakikalık oksidasyon sonunda KOİ giderme verimleri sırasıyla %20 ve %23 oranlarında sağlanmıştır. Her iki uygulama sonunda da pH'larda önemli bir değişme olmamıştır. H202'nin dozunun artmasının inert organik maddelerin gideriminde herhangi bir katkısının olmaması nedeniyle H2O2 2 g/g oranında Fe3+ ile birlikte kullanılmıştır. Fe3+ in KOİ giderimini artırıcı yönde rol oynadığı görülmüş ve oksidasyon sonunda %41 giderme verimi elde edilmiştir. Sonuçta HaOa'nin tek başına kullanıldığı durumda inert organik maddelerin oksidasyonunda ozon kadar başarılı olmadığı, Fe3+ ile birlikte kullanıldığında ancak KOİ giderimlerinin ozonlama ile sağlanan değerlere yakın seviyelerde sağlandığı görülmüştür. H2O2 ile oksidasyon reaksiyonunun hız sabitlerinin değerlendirilmesinde, yalnız H2O2 kullanılmasının önemli bir katkıda bulunmadığı bunun yamnda Fe3+ kullanıldığı çalışmada katalizörün oksidasyon mekanizmasında etkin olması nedeniyle reaksiyon hızında artış olmuştur. inert organik maddelerin gideriminde oksidasyona alternatif olabilecek ileri arıtma yöntemlerinden olan aktif karbon adsorpsiyonu uygulamasında aktif karbon granül ve toz halinde kullanılmıştır. Granüler aktif karbon çalışmasında KOİ gideriminde %25 verim sağlanmıştır. Aktif karbonun toz halinde kullanıldığı uygulamada, yüksek doz ilavesinde KOİ gideriminin ancak %46 seviyesinde olabildiği görülmüştür. Bulunan sonuç granüler aktif karbon hali ile benzer şekilde değerlendirilmiştir. Deri endüstrisi arıtılmış atıksulan üzerinde yürütülen ozon ile oksidasyon çalışmalarında, ozonun tek başına ve düşük akılarda kullanıldığı durumlarda viiatıksudaki inert organik maddelerin oksidasyon hızının çok yüksek olmamakla beraber H2O2 ile oksidasyon ve aktif karbon adsorpsiyonuna göre KOİ gideriminde daha etkili olduğu belirlenmiştir. Dolayısıyla deri endüstrisi arıtılmış atıksulannda kalıcı KOİ giderimi amacıyla yapılacak olan çalışmalarda oksidan olarak ozonun tek başına ve düşük akılarda kullanımının uygun olacağı ancak KOİ giderme veriminin %50-70 arasında sağlanabileceği söylenebilir. Bu çalışmaya ek olarak, kinetik çalışmanın daha detaylı olarak yapılması ve böylece ozonun oksidasyonda ne oranda etkili olabileceğinin sağlıklı bir biçimde değerlendirilmesi önerilmektedir. Bunun yanında pilot ölçekte oksidasyon çalışmaları yapılarak, ozonlama uygulamalarının deri endüstrisi arıtılmış atıksuları üzerindeki uygulanabilirliğinin yanında teknik ve ekonomik fizibilitesinin incelenmesi ozonun işlevselliğinin ortaya konması bakımından faydalı olacaktır. Ozonun değişik katalizörler ile kullanılması durumunda KOİ giderme veriminin zamana bağlı olarak değişiminin izlenmesi, ozonlama uygulamaları açısından yol gösterici bir nitelik taşımaktadır. Ozonun deri endüstrisi arıtılmış atıksulannda uygulanması aşamasında, maliyet analizinin yapılmasına da gereksinim duyulmaktadır. vııı
Özet (Çeviri)
COD REMOVAL IN BIOLOGICAL TREATMENT EFFLUENT OF TANNERY WASTEWATER BY OZONE OXIDATION SUMMARY Leather tanning industry has highly complex manufacturing processes that result in generation of highly concentrated and complex wastewaters due to the production methods and chemical materials used in processing. In this study removal of the organic matters in biologically treated tannery wastewaters was invastigated using ozone oxidation. Ozonation studies of treated tannery wastewaters in literature are limited and do not provide a thorough evaluation of the process and its applicational basis. Therefore, the aim of the study is to provide applicational data as well. Characterization of the samples taken from the activated sludge effluent of the tannery wastewater were performed. Ozonation of the sample 1 to determine the optimum ozone dose was conducted for 90 minutes using 40 and 10 mg/min ozone doses. Results indicated that increasing ozone dose did not increase the COD removal. At both ozone doses COD removals were obtained as 70%. By ozonation, pH increased slightly. Similarly, in ozonation of sample 2 for 120 minutes did not affect the removal of COD as compared to sample 1 and pH of sample 2 decreased considerably at longer oxidation times. The results of COD removal and also ozone consumption values per amount of COD removed in both ozonation of sample 1 and 2, compared well with the other oxidation studies in the literature. Using ozone with Fe3+ as a catalyst improved the rate of removal of the organic matters at the initial stage of reaction. COD removal was obtained at the same level as compared using ozone alone at 90 minutes. In the case of partial oxidation, use of ozone with the catalyst can be recommended. Oxidation kinetics for both ozone and ozone with the catalyst were evaluated. Reaction rate constants of the two ozone doses and also ozone with the catalyst were found at the same level as 1st order. Ozone and H2O2 were used together at selected optimum dose for evaluating the effect of the OH radicals on the removal COD. Ozone/H202 ratios were chosen as 2 and 1 M/M for 120 minutes feeding the optimum ozone dose. Results showed that removal of COD increased from 70% to 76% by increasing amount of H2O2. On the other hand, ozone consumption was increased significantly at the higher H2O2 dose. In both applications an increase in the pH was observed. In oxidation of ozone and H2O2, OH radical was assumed to be scavenged by carbonate or bicarbonate ions. Because of the low concentration of OH radical in the aqueous phase oxidation reaction occurred slowly. In addition, the use of ozone uneffectively resulted in much more ozone consumption. Oxidation rate of ozone and H2O2 was found higher than using ozone alone for first 60 minutes of oxidation but at the end of the reaction time oxidation rate slowed down because of the scavenging of OH radicals. To compare effects of OH radicals on organic matters, ozonation was conducted at pH 13. Results indicated that both reaction rate and COD removal were achieved at high levels. Due to the high ozone consumption, radical mechanism at alkaline region can be used just IXfor short reaction times in the case of 50-60% COD removal is required. Reaction rate kinetics for ozonation at pH 13 was found to be as 2nd order. Oxidation using H2O2 as the sole oxidazing agent was studied employing H2O2/COD ratios 5 and 2 g/g for 240 minutes. In both H2O2 oxidation studies removal of COD did not change (20-23%) considerably by increasing the H2O2 dose. Therefore, H2O2 was used at 2 g/g ratio with Fe3+ as the catalyst. In this application 41% of COD was removed. It can be concluded that using H2O2 alone to oxidize inert organic matters is not effective as much as ozone but oxidation of inert organic matters using H2O2 with catalyst COD removal was achieved a degree comparable with that of ozone oxidation. Reaction rates for H2O2 oxidation at both H2O2 doses were found at same levels. Addition of Fe3+ increased the reaction rate as compared to application of H2O2 alone. Activated carbon used in grander and powdered forms as an alternative tertiary treatment method to compare with oxidation. Limited COD removal efficiencies was obtained in granuler activated carbon adsorption. In powdered activated carbon adsorption, removal of the COD was achieved at 46% by using higher activated carbon doses. In adsorption studies activated carbon could not reduce the COD at satisfactory levels. Ozonation studies were conducted in biologically treated tannery wastewaters showed that using ozone at relatively low doses provide high reaction rates and yield COD removal at 50-70%. This application was found to be advantageous over ozone/ H2O2 and H2O2 oxidations. Comprehensive kinetic evaluation of ozonation of tannery wastewaters, pilot scale ozone application to determine feasibility of the ozonation in tannery wastewaters, using ozone with different catalysts to obtain most appropriate oxidation time and COD removal efficiency and also cost evaluation of ozone are needed to define applicational criteria of ozonation in tannery wastewaters as future studies.
Benzer Tezler
- Ardışık kesikli reaktörler ile deri endüstrisi atıksularında karbon ve azot gideriminin araştırılması
Sequencing batch reactor treatment of tannery wastewater for carbon and nitrogen removal
SELDA MURAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DERİN ORHON
- Stimulative effects of chromium (VI) on activated sludge process
Başlık çevirisi yok
GÖKSEL N. DEMİRER
- Application of electrocoagulation/ electrodialysis treatment for the recovery and reuse tannery wastewater
Deri endüstrisi atıksularında madde ve enerji geri kazanımı,suyun yeniden kullanılmasında elektrokoagülasyon -elektrodiyaliz arıtma yöntemi
ABDALHADİ DEGHLES
Doktora
İngilizce
2016
Çevre MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. UĞUR KURT
- Deri atık suyunun biyolojik arıtımında rol oynayan bazı mikroorganizmaların saptanması
Başlık çevirisi yok
NURCAN ALTUNKAYA
- Deri endüstrisinde temiz üretim yaklaşımı: Su ve atıksu yönetimi
Clean production approach in leather industry: Water and wastewater management
HAVVA KILIÇ
Doktora
Türkçe
2021
Çevre MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLGEHAN NAS