Geri Dön

Oxidation of refractory pollutants with ozone: A case study with biocides and tannins used in the textile industry

Refrakter kirleticilerin ozon ile oksidasyonu: Tekstil endüstrisinde kullanılan tannin ve biyositler ile arıtılabilirlik çalışması

  1. Tez No: 166460
  2. Yazar: ŞEBNEM KOYUNLUOĞLU
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. İDİL ARSLAN ALATON
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2005
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 136

Özet

REFRAKTER KİRLETİCİLERİN OZON İLE OKSIDASYONU: TEKSTİL ENDÜSTRİSİNDE KULLANILAN TANNİN VE BİYOSİTLER İLE ARITILABİLİRLİK ÇALIŞMASI ÖZET Türkiye'deki başlıca endüstrilerden biri olan tekstil endüstrisi, enerji, su ve kimyasal tüketiminin yoğun olduğu bir sektördür. Elde edilmek istenen ürün ve kullanılan tekstil hazırlama, boyama ve apreleme işlemlerine bağlı olarak birçok yardımcı kimyasal kullanılmaktadır. Kullanılan yardımcı kimyasalların çoğu, kompleks yapıya sahip, biyolojik arıtmaya dirençli, refrakter kimyasallardır. Bu sebeple, ozon ile oksidasyon, bu kirleticilerin arıtılması için alternatif bir yöntemdir. Tekstil endüstrisinde kullanılan boyaların arıtılabilirliği ile ilgili birçok çalışma yapılmış olmasına rağmen, kullanılan yardımcı kimyasallar ile ilgili çalışma çok azdır. Bu çalışmada, tekstil endüstrisinde yaygın olarak asit ve metal kompleks boyama işleminde kullanılan, boyaların naylon kumaşta tutulabilmesi için uygulanan doğal ve sentetik tanninlerin (DT ve ST) ve ayrıca apreleme prosesinde kullanılan biyositlerin (Biyosit I, Bl, ve Biyosit II, Bil) ozonlama prosesi ile oksidasyonu incelenmiştir. Bunun için söz konusu kimyasalları içeren sentetik boya ve apreleme atıksuları hazırlanmış ve farklı proses koşullarında ozonlamaya tabi tutulmuştur. Bu şekilde ozonlama prosesi için en uygun reaksiyon koşulları belirlenmiştir. Doğal Tannin ve Sentetik Tannin için optimum reaksiyon koşullarının belirlenmesi için 450, 750, 900, ve 1100 mg/h ozon dozlarında ve pH = 3.5'da (tanninlerin uygulama pH'ı) ozonlama reaksiyonları gerçekleştirildikten sonra ozonlama kinetiğine pH'ın etkisini inceleyebilmek için 900 mg/h ozon dozunda pH = 3.5 ve pH = 7.0'de ozonlama reaksiyonları karşılaştırılmıştır. Biyosit I ve Biyosit II için de ozon dozunun (500, 750, ve 900 mg/h) ve reaksiyon pH'ının (7.0 ve 12.0) ozonlama proses verimine ve kinetiğine etkileri belirlenmiştir. Bu çalışmalar sırasında, kollektif çevre parametrelerinden KOİ (Kimaysal Oksijen ihtiyacı), TOK (Toplam Organik Karbon), UV254 ve UV28o (254 nm ve 280 nm dalga boylarında UV absorbans değerleri) ve Biyosit I için bu parametrelere ek olarak ozonlama süresi boyunca AOX (Adsorplanabilir Organik Halojen) takip edilmiştir. Kirleticilerin biyolojik olarak arıtılabilirlikleri, ozonlamadan önce ve sonra yapılan BOl5 (5. gün Biyokimyasal Oksijen İhtiyacı) ölçümleri ile değerlendirilmiştir. Bunun yanında kirleticilerin toksik etkilerini değerlendirmek için ham ve ozonlanmış kimyasallar ile aktif çamur inhibisyon deneyleri yapılmıştır. Çalışmanın son aşamasında, ise moleküler yapısı tam olarak bilindiğinden Biyosit I için kinetik çalışmalar yapılmış ve Biyosit Tin ozon ile doğrudan reaksiyonuna ait 2. dereceden hız sabiti belirlenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda, DT için pH = 7.0'de 900 mg/saat ozon dozu ile 60 dakika ozonlama sonucunda ancak %28 KOI ve %16 TOK giderimi elde edilmiştir. ST için ise aynı koşullarda %64 KOİ ve %47 TOK giderimi sağlanmıştır. Birinci dereceden UV28o giderim hız sabiti KOİ giderim hız sabiti ile karşılaştırıldığında, DT için 10 kat ST için ise 3 kat hızlıdır. Bu, poliaromatik tannin yapısının daha hızlı giderildiğini göstermektedir. DT için, BOl5 değerinin ozonlama sonrası (600 mg xvıozon) az miktarda azalmasına paralel olarak aktif çamur inhibisyon etkisinde de bir değişiklik olmamıştır. DT'nin aksine, ST'nin ozonlama sonrası BOl5 değeri 6 mg/L'den 135 mg/L değerine artarken, aynı zamanda aktif çamur inhibisyonu da tamamen elimine edilmiştir. Belirtilen deneysel sonuçlara bağlı olarak, daha düşük KOİ-TOK içeriği ve biyolojik arıtılabilirliğindeki önemli artış göz önüne alınırsa, naylon boyama prosesinde yardımcı kimyasal olarak NT yerine STnin kullanımı ve ST'nin ön arıtımı için de ozon ile oksidasyon yöntemi önerilebilir. Bl ve Bil için ise, 900 mg/saat ozon dozu ile 120 dakika ozonlama sonuçlan karşılaştırıldığında, pH 7.0'den 12.0'ye yükseltildiğinde, KOl giderimleri %61 ve %54'ten %85 ve %87'ye artmıştır. KOİ giderimlerine ek olarak, 900 mg/saat ozon dozu ile 120 dakika ozonlama (1800 mg ozon) sonucu pH = 7.0'de Bl ve Bil için yaklaşık %10 olan TOK giderimi, pH =12.0'ye çıkarıldığında, sırası ile %38 ve %56 olmuştur. Bl ve Bil için UV28o ve UV254 giderimlerinde pH 7.0'den 12.0'ye çıkarıldığında bir iyileşme gözlenmemiştir. Bu, yüksek pH'ta ozonun bozunması sonucu oluşan OH“ radikallerinin biyosit yapılarının parçalanmasını iyileştirmediğini göstermektedir. Giderim hızlarına bakıldığında (kAOx = 0.250 dk”1 > kuv28o = 0.056 dk“ 1 > kuv254 = 0.028 dk”1), Bl için AOX gideriminin aromatik yapının bozunmasından daha önce gerçekleştiği söylenebilir. Dehalojenizasyonun pH = 7.0'de 300 mg ozon uygulanmasından sonra tamamlandığı gözlenmiştir. Aktif çamur inhibisyon deneylerine göre, Bl ve Bll'nin 600 mg/saat ozon dozunda pH = 7.0'de 60 dakika ozonlanması sonucu toksisiteleri tamamen giderilmiştir. Ozon ile arıtma sonucu elde edilen KOl giderimleri ve toksisite sonuçları ile Bl için AOX giderimine bağlı olarak, ozon ile oksidasyonun, Bl ve Bil arıtımı için uygun bir arıtma prosesi olduğu sonucuna varılabilir. Bunların yanında, Bl için yapılan kinetik çalışma sonucunda, Bl'in ozon ile doğrudan reaksiyonuna ait 2. dereceden hız sabiti 43 M"V olarak belirlenmiştir. Bu değer, ozonun aromatik yapıdaki bileşikler ile direk reaksiyonlarına ait 2. dereceden hız sabiti aralığında bulunmaktadır. XVU

Özet (Çeviri)

OXIDATION OF REFRACTORY POLLUTANTS WITH OZONE: A CASE STUDY WITH BIOCIDES AND TANNINS USED IN THE TEXTILE INDUSTRY SUMMARY The textile dyeing and finishing industry is characterized by its huge water requirement and the variety and complexity of process chemicals employed. The recalcitrance of the final effluent usually originates from the considerable amounts of dyestuffs and auxiliaries all of which are known for their potential toxicity and poor biodegradability although they are not mentioned in the list of priority pollutants. Despite the numerous studies that have already addressed the degradability of dyestuffs present in dyehouse effluent, only few of them pertained the treatability of dye auxiliaries and finishing agents. In the present study, ozonation of natural and synthetic tannin (NT and ST) which are being frequently applied for the attachment of acid or metal complex dyestuffs onto polyamide (nylon) fibers, as well as two biocides (Biocide I, Bl and Biocide II, Bll) that are commonly used in the textile fabric finishing process, was investigated. For this purpose, synthetic wastewaters that contained these pollutants were prepared and oxidized by ozone under different reaction conditions. In the first part of the experimental work, ozonation conditions were optimized for the efficient oxidation of all selected textile chemicals. The effects of ozone dose and reaction pH on the process efficiency and pollutant abatement kinetics were evaluated. For NT and ST, the ozone feed rate ranged between 450-1100 mg/h and the reaction pH's were 3.5 (the actual application pH of tannins) and 7.0. In the case of the two textile biocides, the ozone feed rate varied between 500-900 mg/h and the reaction pH's were selected as 7.0 (the natural application pH of the studied biocides) and pH 12.0. The ozonation efficiency was assessed in terms of the collective environmental parameters COD (Chemical Oxygen Demand), TOC (Total Organic Carbon), UV254 (absorbance at 254 nm; presenting unsaturated bonds and ring moieties) and UV28o (absorbance at 280 nm; presenting aromaticity and characteristic UV absorbance). In addition to the above indicated parameters, AOX (Adsorbable Organic Halogens) was followed during ozonation of Bl at varying pH. Biotreatability changes of the selected textile industry pollutants were evaluated in terms of the BOD5 (5-day Biochemical Oxygen Demand) parameter by conducting measurements before and after ozonation under preliminary optimized reaction conditions. In addition, in order to evaluate the acute toxicity of the studied chemicals, activated sludge inhibition experiments were carried out for raw and ozonated samples. In the final part of the experimental work, a kinetic study was conducted for the textile finishing agent Biocide I of which the exact molecular structure was known. The second-order bimolecular rate constant of the direct reaction between molecular ozone and Biocide I was determined. xivAs a result of the experiments conducted, only 28 % COD and 16 % TOC removal were achieved after ozonation of NT for 60 min at pH = 7.0 at an ozone feed rate of 900 mg/h. Under the same reaction conditions, 64 % COD and 47 % TOC removal was achieved for ST. UV2ao removal rate constant was approximately 10 fold higher for NT and 3 fold higher for ST compared to the COD removal rate constants, indicating the faster removal of the polyaromatic tannin structure. In parallel to the final, decreased BOD5 value obtained for NT after 40 min ozonation at pH = 3.5 at a dose of 900 mg/h, its inhibitory effect towards activated sludge showed no change when subjected to ozonation. On the other hand, the BOD5 value found for ST increased from 6 mg/L to 135 mg/L under the same reaction conditions, which was in agreement with the complete elimination of heterotrophic biomass inhibition after exposure to 600 mg ozone. According to the above indicated experimental findings, due to its lower COD and TOC content as well as considerable improvement in biodegradability after pre- treatment with ozone, ST can be recommended as an auxiliary chemical for the nylon dyeing process instead of NT. In the case of textile biocides Bl and Bll, the COD removal efficencies increased from 61 % and 54 % to 85 % and 87 %, respectively, when ozonation pH was elevated from 7.0 to 12.0 after 120 min ozonation at a rate of 900 mg/h. In the same manner, the TOC removal rates obtained for Bl and Bll increased from around 10 % at pH = 7.0 to 38 % for Bl and to 56 % for Bll at pH = 12.0 after 120 min ozonation (1800 mg ozone). As expected, UV254 and UV28o removals were almost the same for both pH values for Bl and Bll showing that ozone decomposition to OH* at high pH did not improve the destruction of the structure of the biocides. AOX removal (Bl) appeared to be even faster than dearomatization, according to the obtained abatement rate constants (kAox = 0.250 min“1 > kUV28o = 0.056 min”1 > kuv254 = 0.028 min“1) at pH = 7.0. Dehalogenation was complete after application of 300 mg ozone at pH = 7.0. After 60 min ozonation at pH = 7.0 at a feed rate of 600 mg/h the activated sludge inhibitory effect of the tested biocides was significantly reduced indicating that ozonation appeared to be an efficient treatment method for the partial oxidation of both textile biocides. In addition, the bimolecular reaction rate constant for ozonation of Bl was found as 43 M”1s"1, which lies within the range of rate constants for direct reactions of ozone with aromatic compounds. xv

Benzer Tezler

  1. Tez No

    318608

    Degradation of colored industrial wastewaters by advanced oxidation processes

    Renkli endüstriyel atıksuların ileri oksidasyon prosesleriyle arıtımı

    FATMA NİHAN DOĞAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Çevre MühendisliğiFatih Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÖKÇE TEZCANLI GÜYER

    YRD. DOÇ. DR. SAMİ GÖREN

  2. Tez No

    139379

    Degradability of synthetic dyestuff by acoustic cavitation: Impacts of system conditions and physical/chemical agents

    Sentetik boyar maddelerin akustik kavitasyonla indirgenmesi

    GÖKÇE TEZCANLI GÜYER

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2003

    Çevre MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Çevre Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLSUN İNCE

  3. Tez No

    305071

    Catalytic ozonation of synthetic wastewaters containing three different dyes in a fluidized bed reactor

    Üç farklı boya içeren sentetik atık suların akışkan yataklı reaktörde katalitik ozonlanması

    AYŞE İREM BALCI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. TÜLAY ÖZBELGE

  4. Tez No

    381846

    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

    Türkçe

    2015

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI

  5. Tez No

    665827

    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

    Türkçe

    2021

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İDİL ARSLAN ALATON

Geri Dön