Removal of refractory organic substances with chemical oxidation
Kalıcı özellikteki organik maddelerin kimyasal oksidasyon ile giderimi
- Tez No: 119633
- Danışmanlar: PROF. DR. FÜSUN ŞENGÜL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2002
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 144
Özet
VI ÖZET Bu çalışmanın amacı, çeşitli tehlikeli ve refrakter özellikte organik maddeler içeren sentetik ve endüstriyel atıksuların, kimyasal oksidasyon ve ileri oksidasyon prosesleri ile arıtılmasının araştırılması ve değerlendirilmesidir. Numuneler çeşitli endüstrilerden (deri sanayi, tekstil sanayi, alkoloid atıksuyu, zeytinyağı atıksuyu ve halı yıkama atıksuları) alınmıştır. Ayrıca, tehlikeli ve refrakter özellikte organik madde olarak; toluen (C7H8), ksilen (C8Hı0), fenol (CöHsOH) ve 2,4-diklorofenoI (CöHUCkO)'den ayrı olarak hazırlanan sentetik atıksular da deneysel çalışmalarda kullanılmıştır. Atıksuların arıtımı ve karakterizasyonu çalışmalarında TOC, KOİ, ve pH analizleri standart metodlara göre yapılmıştır. KOİ, TOC ve fenol analizlerinin sonucunda, en uygun, etkili ve verimli proses, oksidant, doz ve reaksiyon süresi belirlenmiştir. Deneysel çalışmaların birinci aşamasında, kimyasal oksidasyon prosesleri, endüstriyel atıksulara uygulanmıştır. Arıtım çalışmalarında, oksidant olarak; potasyum permanganat (KM1O4), hidrojen peroksit (H2O2), sodyum hipoklorit (NaOCİ) ve Fenton reaktifi (H202+FeS04) kullanılmıştır. Ayrıca, havalandırma ile katalitik oksidasyon prosesinde katalizör madde olarak mangan sülfat (MnS04) kullanılmıştır. Ham ve biyolojik arıtma ünitesinden gelen tekstil atıksuların Fenton Reaktifi ile oksidasyonunda, maksimum KOÎ giderme verimleri sırasıyla %42 ve %70 olarak elde edilmiştir. Kimyasal arıtma ve biyolojik arıtma ünitesinden gelen deri atıksularının arıtımında ise yine Fenton Reaktifi ile kimyasal oksidasyonda en iyi KOİ giderme verimleri, sırasıyla %88-%47 olarak saptanmıştır. Ayrıca, FentonVII reaktifi ile kimyasal oksidasyon prosesi ile zeytinyağı ve alkoloid atıksularından %70 KOİ giderime verimi sağlanmıştır. Halı yıkama atıksularının arıtımında ise sodyum hipoklorit oksidasyonu ile en iyi KOİ giderme verimi %35 olarak bulunmuştur. Deneysel çalışmaların ikinci aşamasında ise, kimyasal oksidasyon prosesleri toluen, ksilen, fenol ve 2,4-diklorofenol içeren sentetik atıksulara uygulanmıştır. Arıtım çalışmalarında, oksidant olarak; potasyum permanganat (KMn04), hidrojen peroksit (H2O2), sodyum hipoklorit (NaOCI) ve Fenton reaktifi H202+FeS04) kullanılmıştır. Ayrıca, katalitik oksidasyon prosesinde, katalizör madde olarak, mangan sülfat (MnS04) kullanılmıştır. 250 mg/L toluen, 500 mg/L ksilen, 250 mg/L fenol ve 500 mg/L 2,4-diklorofenol sentetik çözeltileri ayrı olarak hazırlanmış ve oksidasyonları incelenmiştir. Deneysel çalışmalar sonucu hangi organik maddenin hangi yöntemle giderilebileceği incelenmiş ve yorumlanmıştır. Sentetik 2,4-diklorofenol, ksilen ve toluen çözeltilerinin, fenton ile kimyasal oksidasyon yöntemi ile sırasıyla %88, %89 ve %78 KOÎ giderme verimleri ile arıtılabileceği gözlenmiştir. Buna karşılık fenol içeren sentetik çözeltinin katalitik oksidasyonunda, maksimum KOİ giderme verimi %63 olarak bulunmuştur. Sonuç olarak, Fenton reaktifi ile kimyasal oksidasyon yöntemi sentetik atıksuların arıtılmasında en verimli yöntem olarak saptanmıştır. Deneysel çalışmaların üçüncü aşamasında ise, sentetik fenol çözeltisinin ileri oksidasyon prosesleri ile arıtılması incelenmiştir. Tüm fotokimyasal deneysel çalışmalar 16 watt gücünde, 254 nm dalga boyunda düşük basınçlı monokromatik civa lambası içeren belli sıcaklık ve sabit hızda çalıştırılan ve 2 L'lik pyrex camdan yapılmış UV reaktöründe gerçekleştirilmiştir. UV lambası, radyasyon kaynağı olarak sentetik fenol çözeltisi içeren reaktörün içine dikey olarak yerleştirilmiştir. İleri oksidasyon prosesi olarak, UV, UV+hidrojen peroksit ve foto-Fenton (UV/H202/Fe2+) ve foto-Fenton benzeri (UV/H202/Fe3+) prosesleri kullanılmıştır. Ayrıca, pH, giriş fenol konsantrasyonu, hidrojen peroksit konsantrasyonu, demir konsantrasyonu, kullanılan demir değerliklerindeki değişimin ve radikal iyonlarınVIII (HCO3“, CO3- ve PO4 ) eklenmesinin, fenol parçalanmasına ve mineralizasyonuna olan etkisi de incelenmiştir. UV ışınlan ile ileri oksidasyon çalışmalarında, pH=7'de %20 fenol giderimi gerçekleşirken, sadece %5 TOC giderimi gerçekleşmektedir. UV ışınları fenolü degrade edebilirken, mineralize edememektedir. UV/H2O2 prosesinde ise, pH=3, T=25 °C, 500 mg/L fenol konsantrasyonunda 5 saat reaksiyon süresinde fenol giderme veriminin arttığı gözlenmiştir. Optimum koşullarda yaklaşık %100 fenol giderimi gerçekleşirken, %9 TOC giderme verimi elde edilmiştir. Sonuç olarak, UV prosesine kıyasla, hidrojen peroksit ile UV oksidasyonunun beraber kullanılması, fenolün fotokatalitik parçalanmasını hızlandırmıştır. Foto-Fenton prosesinde, UV/H2O2 prosesine demir +2 değerlikli iyonların eklenmesi ile fenol gideriminin ve minerilizasyonun arttığı gözlenmiştir. pH=3, Fe2+=7.5 mg/L and H2O2=500 mg/L konsantrasyonunda 5 saatlik reaksiyon süresi sonunda, en iyi mineralizasyon verimi %87 olarak bulunmuştur. Buna karşılık 2.5 dakika sonunda fenol giderimi yaklaşık %100 olarak gözlenmiştir. Bu sonuçlara göre, foto-Fenton prosesi ile kısa sürelerde fenol giderimi ve mineralizasyonu gerçekleşebilmektedir. Fe3+ katalizörünün ve radikal iyonlarının (HCO3”, C03= ve P04=) ileri oksidasyon proseslerinde kullanılmasının fenolün giderimine ve minerilizasyonuna olan etkileri de incelenmiştir. Fe3+ katalizörünün ve radikal iyonlarının (HCO3", CÛ3= ve POO varlığında gerçekleştirilen ileri oksidasyon çalışmalarında fenol giderim veriminin azaldığı gözlenmiştir. Sonuç olarak, refrakter ve toksik özellikte organik madde içeren endüstriyel ve sentetik atıksular, kimyasal oksidasyon prosesleri ile okside ve mineralize edilebilmektedir. Fakat bu tür atıksulardaki refrakter ve toksik organik maddeleri, ileri oksidasyon prosesleri ile özellikle foto-Fenton prosesi ile kısa süredeIX giderebilmek ve arıtabilmek mümkün olabilir. Ayrıca oksidasyon proseslerinin, ön arıtma ve/veya son arıtma ünitesi olarak endüstriyel atıksu arıtma tesislerine entegrasyonu, mevcut biyolojik arıtma ünitesindeki KOİ giderme verimini ve prosesin kararlığını arttıran bir yaklaşım olabilir.
Özet (Çeviri)
Ill ABSTRACT Investigation and evaluation of treatment performance of industrial and synthetic wastewaters, containing various refractory and hazardous organic substances using chemical oxidation and advanced oxidation technologies were the main objectives of this thesis. The samples were taken from various industries such as, tannery industry, textile mill, alkaloid industry, carpet weaving and cleaning industry, olive oil mill were subjected to chemical oxidation. In addition, various synthetic wastewaters containing some refractory and hazardous substances such as toluene (CyHg), xylene (CgHio), phenol (C6H5OH), 2,4-dichlorophenol (C6H4CI2O) were prepared and used in experimental studies. COD, TOC and toxic compound measurements were carried out in characterization and treatability studies. The most effective oxidation method, chemical oxidant, the most suitable dosages and aeration times were determined experimentally on the basis of COD, TOC and toxic compound removals. In the first part of the experimental studies, chemical oxidation experiments were conducted with industrial wastewaters. In these experiments, potassium permanganate (KMn04), hydrogen peroxide (H2O2X sodium hypochlorite (NaOCI), and Fenton's Reagent (H202+FeS04) were used as oxidants. Manganese sulfate (MnSU4) was used as a catalyst in catalytic oxidation process. In chemical oxidation of raw and biologically treated textile wastewaters by using Fenton's Reagent, COD removal efficiencies were obtained as 42% and 70%, respectively. In chemical oxidation experiments using Fenton's Reagent, COD removal efficiencies for biologically and chemically treated tannery wastewaters were achieved as 88% and 47%, respectively. Chemical oxidation process usingIV Fenton's Reagent was also found to be very effective for chemical oxidation of alkaloid and olive oil mill wastewaters corresponding to COD removal efficiencies of 70% for both. In the treatment of carpet washing wastewater, maximum COD removal efficiency of 35% was achieved by chemical oxidation with NaOCl. The second part of chemical oxidation studies was carried out with synthetic wastewaters containing toluene, xylene, phenol, and 2,4-dichlorophenol. Aqueous solutions of 250 mg/L toluene, 500 mg/L xylene, 250 mg/L phenol and 500 mg/L 2,4-dichlorophenol were prepared and treated separately. In these experiments, potassium permanganate (KMnÜ4), hydrogen peroxide (H2O2), sodium hypochlorite (NaOCl), Fenton's Reagent (H2O2 + FeS04), manganese sulfate (MnS04) and ferrous and ferric ions were used as oxidants. In the chemical oxidation of synthetic 2,4-dichlorophenol, xylene and toluene aqueous solutions by Fenton's reagent, COD removal efficiencies of 88%, 89% and 78% were obtained, respectively. The maximum COD removal efficiency by catalytic (300 mg/L MnS04) oxidation of 250 mg/L phenol containing aqueous solution was 63%. Therefore, chemical oxidation by using Fenton's Reagent was the most effective method as compared to the others. In the third part of the experimental studies, photochemical oxidation experiments were performed. All photochemical experiments were carried out in 2 L Pyrex-glass reactor, at constant temperature and stirring speed. The UV light source was a 16 W low-pressure monochromatic mercury lamp emitting short wave ultraviolet radiation at 254 nm. The lamp was immersed in the phenol solution and located in the reactor in axial position. The reaction chamber was filled with synthetic phenol solution, which was placed between the reactor walls and UV lamp system. In these experiments, UV, UV plus hydrogen peroxide (H2O2), lighted photo- Fenton processes were tested. Effects of the pH, initial phenol concentration, radical scavengers, hydrogen peroxide and iron salt concentrations on phenol degradationV and mineralization rates were investigated by using UV, UV/H202 and UV/H202/Fe2+ processes. In UV irradiation experiments, phenol degradation and TOC reduction were obtained as 20% and 5%, respectively at pH=7. Phenol was degraded by UV irradiation, however; could not be mineralized. Phenol degradation rate was significantly enhanced by using UV/H202. When complete phenol degradation was achieved, approximately 9% TOC removal efficiency was obtained using an optimum H202 concentration of 500 mg/L at pHNS and 25 °C within 5 hours. Hydrogen peroxide enhanced the photolytic degradation of phenol greatly as compared to direct photolysis by UV alone. In the photo-Fenton process, the addition of ferrous iron to UV/H202 significantly enhanced phenol degradation and mineralization compared to UV/H202 process. A maximum degradation efficiency of nearly %100 was achieved in 2.5 minutes of irradiation, while maximum mineralization rate of 87% was achieved in 5 hours at a pH of 3. Dosages of H202 and Fe+2 were 1.5*10“2 M and 1.4* 1 0”4 M, respectively. Complete phenol degradation and mineralization were possible in much shorter reaction times when photo-Fenton process was used as compared with UV/H202 process. Effects of Fe3+ as a catalyst and scavenger ions (HC03", C03= and PCU=) on phenol degradation and mineralization were investigated and presence of these scavenger ions and Fe resulted in decreased efficiencies of advanced oxidation processes. As a conclusion, industrial wastewater and synthetic wastewater containing refractory and toxic organic compounds were oxidized and mineralized by chemical oxidation processes. These compounds may be easily removed in short reaction times by using advanced oxidation processes such as photo-Fenton process. Integration of chemical and advanced oxidation processes as a pretreatment or a post treatment step into industrial or municipal treatment plant scheme may result in improvements in process stability and removal efficiency.
Benzer Tezler
- Treatment of toxic wastes in petrochemical industry wastewater with chemical oxidation processes
Petrokimya endüstrisi atık suyundaki toksik atıkların kimyasal oksidasyon prosesleri ile arıtımı
MERAL İNCE
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Çevre MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FÜSUN ŞENGÜL
- Endokrin bozucu bisfenol A'nın UV-C ışıma altında aktifleştirilmiş peroksitler ile ileri oksidasyonu
Advanced oxidation of endocrine disrupting bisphenol A with activated peroxides by UV-C
PINAR ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İDİL ARSLAN ALATON
- Doğal sulardan fotokimyasal ileri oksidasyon prosesleri ile endokrin bozucu bileşiklerin arıtımı
Degradati̇on of endocrin disrupting compounds in raw freshwater by advanced oxidation processes
BİNHAN GİRİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI
- Fosfat bağlı kalıp malzemelerinin geliştirilmesi
The Phosphate bonded investment materials
BURAK FENERCİ
- Application of photocatalysis for the treatment of grey water
Gri su arıtımında fotokatalitik oksidasyon uygulaması
NAZMİYE CEMRE BİRBEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Çevre MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiÇevre Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. FATMA MİRAY BEKBÖLET