Applicability of sulfate radical based advanced oxidation processes for drinking water treatment
Sülfat radikali bazlı ileri oksidasyon proseslerinin içme suyu arıtımında uygulanabilirliği
- Tez No: 732341
- Danışmanlar: PROF. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Su ve içme sularını etkileyen en önemli faktörlerden biri içerisinde bulunan organik madde muhtevasıdır. Organik maddelerin geleneksel içme suyu arıtma yöntemleri üzerindeki etkileri uzun yıllardır araştırılmaktadır. Sudaki organik madde birçok açıdan istenmeyen durumlara yol açmaktadır. Bunlardan en önemlileri renk, tat ve koku problemidir. Ayrıca sudaki mikrobiyolojik kalitenin bozulmasına ve ilave arıtma ünitelerine ihtiyaç duyulmasına sebep olabilmektedir. Bu sebeplerle içme suyunda organik madde giderimi günden güne daha da önem kazanmaktadır. İleri Oksidasyon Prosesleri (İOP), farklı kimyasal yapıdaki organik kirleticilerin arıtılması için en umut verici kimyasal arıtma teknolojileri arasındadır. İOP'ler, çoğu organik kirletici ile seçici olmadan reaksiyona giren çok reaktif serbest radikallerin üretimine dayanır. Bu nedenle, İOP'lerinin tek başına veya geleneksel arıtım yöntemleriyle kombinasyon halinde su ve atık su arıtımında çok önemli bir rol oynadığı son yıllarda yürütülen birçok bilimsel çalışmada kanıtlanmıştır. Son yıllarda hidroksil (HO•) bazlı ileri oksidasyon proseslerinin yanında sülfat (SO4•-) radikali bazlı ileri oksidasyon yöntemleriyle arıtma çalışmaları da literatüre kazandırılmıştır. Sülfat radikali bazlı ileri oksidasyon proseslerinin (persülfat (PS)/UV-C ve peroksimonosülfat (PMS)/UV-C) içme suyu arıtımında uygulanabilirliğinin araştırılması ve bu bağlamda verimli arıtma/mineralizasyon yöntemlerinin belirlenmesiyle ilgili hususlar incelenmektedir. Yapılan çalışmalarda PS ve PMS oksidanlarıyla yürütülen sülfat radikali bazlı ileri oksidasyon proseslerinde elde edilen organik karbon giderim veriminin hidrojen peroksit oksidanıyla yürütülen hidroksil bazlı ileri oksidasyon proseslerine oranla daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Bunun en büyük sebebi HO• radikalinin seçici olmaması, fazla enerji tüketmesi ve ağır işletme koşullarıdır. Bu çalışmanın ilk bölümünde, çalışmanın amacı ve kapsamı kısaca açıklanmıştır. Ayrıca çalışma kapsamında incelenen ileri oksidasyon prosesleri (PS/UV-C ve PMS/UV-C), sülfat ve hidroksil radikalleri hakkında bilgiler verilmiştir. İkinci bölümde ise, organik maddelerin genel özellikleri, doğal sulardaki kaynakları, içme suyunda yarattığı olumsuz etkiler ve içme suyunda organik karbonun gideriminde kullanılan geleneksel arıtıma yöntemleri açıklanmıştır. Ayrıca, çalışma kapsamında yapılan deneysel çalışmalarla ilgili ileri oksidasyon prosesleri kısaca özetlenmiştir. Bunlara ek olarak, PS ve PMS oksidanlarının özellikleri ve oksidasyon mekanizmaları anlatılmıştır. Bu tez kapsamında kullanılan en önemli deney parametrelerinden olan UV254 absorbansı ve danecik boyut dağılımı (DBD) analizi ile ilgili bilgilere yer verilmiştir. Üçüncü bölümde, deneysel çalışmalarda kullanılan malzemeler ve yöntemler detaylıca açıklanmıştır. Uygulanan her iki yöntemin de prosedürü ve kullanılan tüm analiz yöntemleri açıklanmıştır. Ek olarak kullanılan cihazlar da görselleriyle birlikte bu bölümde verilmiştir. Burada bahsi geçen prosesler, sülfat radikali bazlı ileri oksidasyon (PS/UV-C ve PMS/UV-C) prosesleridir. Her iki yöntemde de organik karbonun arıtma verimini tespit edebilmek amacıyla aynı analitik analizler yapılmıştır. Dördüncü bölümde ise, bu prosesler kullanılarak yapılan deneylerin sonuçları detaylıca açıklanmıştır. Giriş oksidan konsantrasyonun organik karbon giderim verimleri üzerine etkileri açıklanmıştır. Ayrıca deney boyunca belirli sürelerde alınan numunelerdeki UV254 parametresinin takibinin yapılması ve kullanılan oksidan miktarını belirlemek amacıyla yine aynı sürelerde alınan numunelerde kalan PS ve PMS miktarlarının belirlenmesi elde edilen organik karbon giderim verimi sonuçlarını destekler nitelikte olmuştur. Tezin son bölümünde, en önemli sayısal veriler özetlenmiş ve tüm sonuçlar kısaca değerlendirilmiştir. Yapılan literatüre araştırmaları sonucunda, PS/UV-C ve PMS/UV-C arıtma kombinasyonlarının içme suyundan organik karbon giderimi amacıyla kullanılmasının özgün bir tez örneği olabileceği sonucuna varılmaktadır. Bu amaçla, ham suda bir dizi oksidasyon deneyi gerçekleştirilmiştir. Yürütülen deneyler kapsamında, ilk olarak organik karbonun arıtılabilirliği test edilmiştir. Farklı giriş konsantrasyonlarındaki (0.1 mM, 0.2 mM, 0.5 mM ve 1.0 mM) PS ve PMS oksidanlarının TOC giderim verimi üzerine etkileri araştırılmıştır. Bununla birlikte her deney esnasında pH, UV254 ve oksidan (PS vePMS) tüketim miktarları da incelenmiştir. Ayrıca, parçacık boyutlarına göre arıtım verimlerinin tespit edilebilmesi için ham su, 1.0 mM PS/UV-C proses çıkış suyu ve 1.0 mM PMS/UV-C proses çıkış suyu üzerinde DBD analizleri uygulanmıştır. Yürütülen ileri oksidasyon deneylerinin sonuçlarına göre, UV-C ışını olmadan sadece 1.0 mM PS ve 1.0 mM PMS ile yürütülen deneylerde organik karbon giderimi görülmemiştir. Öte yandan oksidan kullanılmadan sadece UV-C ışığına maruz bırakılan ham su numunesinde %17 TOK giderimi görülmüştür. Bu durum oksidanın oksitleme özelliğinin ortaya çıkabilmesi için UV-C ışığına ihtiyaç duyduğunu göstermektedir. PS/UV-C deneylerinde 60 dakikalık reaksiyon süresinde en iyi giderim veriminin %55 ile 1.0 mM PS konsantrasyonunda gerçekleştiği görülmektedir. PMS/UV-C deneylerinde ise aynı sürede en iyi giderim verimi %64 ile yine 1.0 mM PMS konsantrasyonunda gerçekleşmiştir. Bu sonuçlar hem oksidan konsantrasyonunun hem de reaksiyon süresinin arıtma verimi üzerinde etkili olduğunu göstermektedir. pH da deney boyunca takip edilen önemli parametrelerden biridir. PS/UV-C deneylerinde ilk 15 dakikada daha hızlı olmakla beraber pH'ın reaksiyon süresi boyunca azaldığı görülmektedir. PMS/UV-C deneylerinde ise pH'ta önce az miktarda düşüş görülmüş daha sonra yine az miktarda artmış ya da sabit kalmıştır. Oksidan tüketimleri incelendiğinde giriş konsantrasyonu 0.5 mM olan PS/UV-C prosesi haricinde tüm deneylerde persülfatın tamamen tüketildiği görülmüştür. PMS/UV-C deneylerinde ise oksidan tamamen tüketilememiştir. Yürütülen DBD analizlerinde ise, belirli aralıktaki parçacık boyutlarındaki giderim verimleri incelenmiştir. 1.0 mM PS/UV-C deneylerinde 3-5 nm boyut aralığındaki parçacıkların tamamen giderildiği görülürken 1.0 mM PMS/UV-C deneylerinde yine aynı boyut aralığındaki giderim veriminin %94 olduğu görülmüştür. Sonuç olarak bu tez kapsamında, sülfat radikali bazlı fotokimyasal ileri oksidasyon prosesleri kullanılarak sudaki organik maddenin hızlı ve etkili bir şekilde giderilebileceği belirlenmiştir. İncelenen ileri oksidasyon proseslerinin içme suyu arıtımında da başarılı bir şekilde kullanılabileceği düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
The presence of organic matter in water is the most important factor affecting water quality. The effects of organic matter on conventional drinking water treatment plants have been investigated by researchers for many years. Organic matter in water cause undesirable problems in many cases such as color, taste and odor problem in drinking water systems, changing of microbiological quality negatively, necessity of additional treatment units etc. For this reason, organic matter removal is becoming more and more important day by day. The purpose of this study mainly supported by experimental works is investigation of the applicability of sulfate radical (SO4•−) based photochemical advanced oxidation processes (persulfate/UV-C and peroxymonosulfate/UV-C) in order to provide effective treatment (mineralization) of organic carbon that naturally found in raw water. In the first part of the thesis, experimental studies were conducted to examine the effects of the initial oxidant concentration on the process efficiency. The principles of application of the processes were determined on the basis of selected variables, considering the total organic carbon (TOC) removal efficiencies, residual oxidant concentration and alteration of UV254. The applicability of PS and PMS oxidants for TOC removal were compared by applying PS/UV-C and PMS/UV-C processes. In the second step of the study, it was aimed to determine the changing particle sizes during oxidation applications. Accordingly, PSD analyzes were performed on the raw water and the effluent sample of PS/UV-C and PMS/UV-C treatment processes. Therefore, treatment efficiency of each particle size was determined during oxidation processes. In raw water that come from a drinking water treatment plant with an original TOC concentration of approximately 5 mg/L, at the original pH of the solution (̴ 8.3) and an initial PS and PMS concentration of 0.1-1.0 mM range has been studied in order to specify the effect of initial concentration of oxidant on the mineralization processes. TOC, PS, pH and UV254 measurements are realized in the samples taken from specific time intervals (initial, 15th, 30th, 60th minute) during the reaction. According to the experimental studies, it was observed that organic carbon was effectively removed (55% and 64%) during the reaction time (60 minutes) by using both of PS/UV-C and PMS/UV-C photochemical advanced oxidation processes at an initial oxidant concentration of 1.0 mM and at pH 8.3. In addition, these results were confirmed by PSD analysis of raw and treated water by using PS/UV-C and PMS/UV-C processes. In sum, it was concluded that sulphate radical-based photochemical advanced oxidation processes can effectively remove organic carbon in natural waters under appropriate reaction conditions.
Benzer Tezler
- Bisfenol A'nın fotokimyasal ileri oksidasyon prosesleri ile arıtımında toksisite ve östrojenik aktivite değişimleri
Toxicity and estrogenic activity changes during treatment of bisphenol A by photochemical advanced oxidation processes
DUYGU DURSUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI
- Elektro/Fe2+/persülfat prosesi ile fenol gideriminin incelenmesi
Investigation of phenol removal by electro/Fe2+/persulfate process
ÇAĞDAŞ ŞEPÇİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI
- Applicability of advanced oxidation processes for treatment and recovery of washing machine effluent: On-site application with new washing machine design
İleri oksidasyon prosesleri uygulamaları ile çamaşır makinesi atık sularının arıtılması ve geri kazanılması: Yerinde uygulama ile yeni çamaşır makinesi tasarımı
LEVENT KILIÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI
- Fotobaşlatıcılar ile vinil/Divinil monomer kopolimerizasyonunda jel oluşumunun ve jel özelliklerinin incelenmesi
Başlık çevirisi yok
HAMİD JAVAHERİAN NAGHAH
- Kok kömürü üretim endüstrisi atıksularından fenton prosesi ile fenol giderimi
Removal of phenol from coke coal industry wastewater by fenton process
ÇAĞIL YAMAN KOYMATÇIK