Assessment of persulfate (PS)/UV-C process for drinking water treatment
İçme suyu artımı persülfat (PS)/UV-C prosesinin değerlendirilmesi
- Tez No: 777728
- Danışmanlar: PROF. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- 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: 89
Özet
Su kalitesini belirleyen en önemli bileşen suda bulunan organik madde miktarıdır. Organik maddenin geleneksel içme suyu arıtma tesisleri üzerindeki etkileri bilim insanları tarafından uzun zamandır araştırılmaktadır. Suda organik madde bulunması, içme suyunun renginde, tadında ve kokusunda istenmeyen etkilere yol açabilir. Bunlar suyun genel mikrobiyolojik kalitesinde azalma, ek arıtma ünitelerinin kurulum gerekliliği, ve benzeridir. Bunun sonucu olarak da organik madde giderimi her geçen gün önemi artan bir uygulama haline gelmektedir.“Oksidasyon yöntemi”terimi, son derece yüksek oksidasyon potansiyeline sahip serbest radikallerin oluşmasına dayanan prosesleri ifade eder. Bu yöntemler kullanılarak, ilgili kirleticinin bir kısmı, oksidasyon eylemi yoluyla daha az toksik hale getirilir ve/veya kirletici, biyolojik bozunmaya daha yatkın olan oksidasyon ara maddelerine dönüştürülür. Bazı durumlarda, kirletici tamamen oksidasyon son ürünlerine mineralize edilir (CO2 ve H2O). Son yıllarda İOP'lerinin çok çeşitli organik ve inorganik kirleticilerin arıtımında kullanımı derinlemesine araştırılmış ve proseslerin modellenmesi ve optimizasyonu, kirleticilerin giderim mekanizmaları ve prosesin etkinliğini etkileyen faktörlerin tümü incelenmiştir.. Bu yenilikler, en yaygın olanı titanyum dioksit (TiO2) olan metal katalizörlerin veya ultraviyole (UV) radyasyonun hidrojen peroksit, peroksimonosülfat veya persülfat gibi oksidanlarla kombinasyonu olan çok çeşitli fotokatalizörlerin kullanımına dayanmaktadır. Hidroksil radikallerinin üretimine dayanan İOP'ler en yaygın olanlardır. Son yıllarda, sülfat radikallerine dayanan ileri oksidasyon proseslerinin geliştirilmesi için çalışmalar yapılmaktadır. Bunun nedeni, diğer üçüncül işlemlere (SR-İOP'ler) göre sahip oldukları faydalara ek olarak, bu işlemlerin yüksek oksidasyon potansiyelinden kaynaklanmaktadır. SO4•−, OH•'nin redoks potansiyelinden (1,8-2,7 V) önemli ölçüde daha yüksek redoks potansiyeline (2,5-3,1 V), mükemmel seçicilik ve uzun yarı ömüre sahıptir ( 30 ila 40 μs). Ek olarak, SO4•−, geniş bir pH aralığında (2 ila 8 arasında değişen) ilgili kirleticilerle başarılı bir şekilde reaksiyona girebilir. SO4•− sudaki dirençli organik kirleticileri parçalayarak karbondioksit, su, inorganik tuz ve daha küçük moleküler bileşiklere sahip diğer moleküllere dönüştürebilir. Peroksimonosülfat (PMS) ve persülfat (PS), diğer mekanizmaların yanı sıra katalitik, radyasyon veya termal aktivasyon yoluyla bu radikallere dönüştürülebilir. PS, sodyum ve potasyum tuzları olarak bulunabilen simetrik bir oksidandır. Bu tuzlar, yüksek çözünürlüğe ve kararlılığa sahip beyaz kristaller oluşturur. İlgili bilimsel makaleler incelendiğinde, SO4•- radikal bazlı İOP'lerin içme sularının arıtımında uygulanabilirliğinin detaylıca araştırılmadığı görülmektedir. SR-İOP'lerin diğer su arıtma teknolojileriyle kombinasyonu da çok ilgi çekicidir ve iyi bir gelecek projeksiyonu olan bir alandır. Ultrafiltrasyon işlemleriyle kombinasyonu durumunda, sülfat radikalleri ile bir ön işlemin, membranların ömrünü uzatmanın yanı sıra işlemin etkinliğini iyileştirdiği gösterilmiştir. Maliyet ile ilgili olarak, yapılan az sayıda analiz olmasına rağmen, reaktiflerin fiyatı nedeniyle PS ve PMS ile yapılan işlemlerin diğer ileri oksidasyon işlemlerine göre daha pahalı olduğu bilinmektedir. Öte yandan, SR-İOP'lerin büyük ölçekli uygulaması neredeyse yoktur, bu nedenle gerekli çalışmalardan biri, bu oksidasyon yönteminin uygulanabilirliğinin incelenmesidir. Bu teknolojinin uygulanmasının gerekli reaktiflerin azaltılmasına izin vererek oksidasyonu daha uygulanabilir hale getirmesi beklenmektedir. Mikro kirleticileri ortadan kaldırmanın yanı sıra, sülfat radikalleri dezenfeksiyon için de kullanılabilir. Sülfat radikallerinin yüksek oksidasyon potansiyelleri nedeniyle, son yıllarda atıksu ve içme sularının arıtılması sürecinde kullanımları ile ilgili çalışmalarda artış gözlemlenmektedir. Bu tezde, sülfat radikali (SO4•-) bazlı persülfat (PS)/UV-C fotokimyasal ileri oksidasyon prosesinin organik karbon gideriminde uygulanması incelenmiştir. İlgili deneyler, optimum çalışma koşulları ve proses mekanizmalarını ortaya çıkarmak için çeşitli oksidan konsantrasyonlarında yürütülmüş ve deney sonuçları, toplam organik karbon (TOC) giderimleri dikkate alınarak değerlendirilmiştir. Bu araştırmanın ilk kısmında, araştırmanın amacı ve kapsamı kısaca anlatılmıştır. Ayrıca araştırma kapsamında incelenen ileri oksidasyon prosesi (PS/UV-C), sülfat ve hidroksil radikalleri hakkında bilgiler sunulmuştur. İkinci kısımda ise, organik maddelerin genel özellikleri, doğal sulardaki kaynakları, içme suyunda yarattığı olumsuz etkiler ve içme suyunda organik karbonun gideriminde kullanılan geleneksel arıtma yöntemleri açıklanmıştır. Ayrıca, araştırma kapsamında yapılan deneysel çalışmalarla ilgili ileri oksidasyon prosesleri kısaca özetlenmiştir. Bunların yanı sıra, PS oksidanın özellikleri ve oksidasyon mekanizmaları anlatılmıştır. Bu tez kapsamında kullanılan en önemli deney parametrelerinden olan UV254 absorbansı ile ilgili bilgilere yer verilmiştir. Üçüncü bölümde, deneysel çalışmalarda kullanılan malzemeler ve yöntemler detaylıca açıklanmıştır. Uygulanan yöntemin, prosedürü ve kullanılan tüm analiz yöntemleri anlatılmıştır. Dördüncü kısımda ise, bu prosesler kullanılarak yapılan deneylerin sonuçları detaylıca sunulmuştur. Tezin son kısmında, sayısal veriler özetlenmiş ve tüm sonuçlar kısaca değerlendirilmiştir. Bu araştırmada PS/UV-C Prosesi, ham suda doğal olarak bulunan organik karbonu, dekantör çıkış suyundan, filtre çıkış suyundan ve genel çıkış suyundan etkili bir şekilde arıtmak (mineralize etmek) için uygulanabilirliği denenmiştir. Bu çalışmada başlangıçtaki oksidan konsantrasyonunun organik karbon giderim verimliliğini nasıl etkilediğini araştırmak için deneysel araştırmalar yapılmıştır. Toplam organik karbon (TOC) giderme verimliliği, deney sonunda kalan oksidan konsantrasyonu ve UV254 absorbans değişimi, çalışmanın yol gösterici ilkelerini oluşturmak için kullanılan parametreler arasındaydı. PS/UV-C prosesinin kullanılmasıyla, TOC giderimi için PS oksidan kullanımının uygulanabilirliği konusunda bir karşılaştırma yapılmıştır. Oksidanın başlangıç konsantrasyonunun mineralizasyon süreçlerine etkisinin belirlenmesi açısından içme suyu arıtma tesisinden alınan numuneler kullanılarak araştırma yapılmıştır. Deney boyunca PS konsantrasyonu 0,1-1,0 mM aralığında değiştirilmiştir. Oksidanın başlangıç konsantrasyonunun oksidasyon mekanizması üzerindeki etkisini belirlemek için başlangıç PS konsantrasyonu değiştirilerek deneyler yürütülmüştür. Reaksiyon sırasında önceden belirlenen zaman aralıklarında (0. dakika, 15. dakika, 30. dakika ve 60. dakika) alınan numuneler üzerinde TOC, PS, pH ve UV254 analizleri yapılmıştır. pH, deney süresince takip edilen önemli parametrelerden birisidir. PS/UV-C deneylerinde, ilk 15 dakikada daha hızlı olmasının yanı sıra, pH'ın, reaksiyon süresi boyunca azaldığı gözlemlenmektedir. PS/UV-C yöntemleri, gerçek su numunelerine uygulandığında, suyun başarılı bir şekilde mineralleşmesine yol açtı. Gerçek su numunelerinin fotokimyasal arıtılabilirliği ile ilgili çalışmalarda, toplam organik karbonun tamamen uzaklaştırılması için daha uzun arıtma sürelerinin gerekli olduğu bulunmuştur. Bu araştırmanın neticesinde, toplam organik karbon (TOC) giderimleri değerlendirmesine göre, persülfat/UV-C prosesi, tesise gelen ham suda kullanılırsa en verimli sonuç elde edilir. Sonuç olarak, sülfat radikali bazlı fotokimyasal ileri oksidasyon yöntemlerinin, ham veya arıtılmış sulara uygun reaksiyon koşullarında uygulandığında, organik karbonu verimli bir şekilde giderebildiği belirlendi.
Özet (Çeviri)
In recent years, there has been a significant amount of effort placed on the development of advanced oxidation processes that are based on sulfate radicals. SO4 •− offers several advantages over OH•, including a high redox potential (2.5 - 3.1 V), which is significantly higher than the redox potential of OH• (1.8 -2.7 V), excellent selectivity, and a long half-life (30 to 40 μs). In addition, SO4 •− is capable of successfully reacting with the contaminants of interest across a broad pH range (ranging from 2 to 8). SO4 •− can break down refractory organic contaminants in water, turning them into carbon dioxide, water, inorganic salt, and other molecules with a smaller molecular compounds. Peroxymonosulfate (PMS) and persulfate (PS) can be converted into these radicals via catalytic, radiation, or thermal activation, among other mechanisms. The most significant component that determines water quality is the amount of organic matter that is present in the water. Scientists have spent a significant amount of time and effort looking into the effects that organic matter has on conventional drinking water treatment plants over the many years that have passed. The presence of organic matter in water can lead to a variety of unwanted effects, including changes in the color, taste, and odor of drinking water plants; negative variation in the water's overall microbiological quality; the requirement for the installation of additional treatment units; and so on. As a result of this, the removal of organic matter is becoming an increasingly crucial practice with each passing day. This research focuses primarily on the enhancement of UV-C tertiary treatment using sulfate radical based photochemical Advanced Oxidation Processes (SR-AOPs). This is done in order to treat effectively (mineralize) the organic carbon that is naturally present in raw water, the coagulation-flocculation effluent, the filter effluent and the final effluent. Within the first section of the thesis, experimental research was carried out to investigate the ways in which the initial oxidant concentration influences the effectiveness of the process. Total organic carbon (TOC) removal efficiency, residual oxidant concentration, and UV254 modification were among the data used to establish the procedures' guiding principles. Through the utilization of the PS/UV-C process, a comparison was made on the practicability of using PS oxidant for TOC removal. In terms of determining the effect of initial concentration of oxidant on the mineralization processes, research was conducted using samples that came from a drinking water treatment plant. Each sample had an initial TOC value, and initial value, and the initial PS concentration ranged from 0.1-1.0 mM. The research was conducted in order to determine the effect that initial concentration of oxidant had on the mineralization processes. During the reaction, evaluations of TOC, PS, pH, and UV254 are carried out on samples that have been taken at predefined time intervals (the initial, the 15th minute, the 30th minute, and the 60th minute). As a result of this research, according to the total organic carbon (TOC) removal evaluations, the persulfate/UV-C process is most efficient when used in the raw water coming to the drinking water treatment plant. In conclusion, it was determined that sulphate radical-based photochemical advanced oxidation techniques, when applied to natural or treated waters under the suitable reaction circumstances, are capable of efficiently removing organic carbon.
Benzer Tezler
- X-ışını kontrast maddesi iopamıdol'ün sıfır değerlikli alüminyum ile aktifleştirilmiş hidrojen peroksit ve persülfat ile ileri oksidasyonu
Removal of iopamidol, an iodinated x-ray contrast medium, by zero valent aluminum-activated H2O2 and S2O82-
GÜLŞAH KORKMAZ YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İDİL ARSLAN ALATON
- Dimethyl phthalate treatment with zero-valent iron based advanced oxidation process
Dimetil ftalatın sıfır değerlikli demir bazlı ileri oksidasyon prosesleri ile arıtımı
ÇİĞDEM BİHTER YAZICI
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI
- Biyobozunur polimerden ilaç taşıyıcı sistemlerin hazırlanması, karakterizasyonu ve biyoteknolojik uygulamaları
The preparation of drug carrier scaffolds from biodegradable polymers, characterization and biotechnolojical applications
GÜLER SAYILI
Doktora
Türkçe
2020
Kimyaİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE ZEHRA AROĞUZ
- Moleküler Damgalama Yöntemi ile Asetilkolin esteraz Enziminin (AChE)İmmobilizasyonu
Immobilization of Acetylcholinesterase (AChE) by Molecularly İmprinting Method
GÖKHAN DEMİRCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
KimyaMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA TEKE
- Gıda maddelerinin toplam antioksidan kapasitelerinin tayini için yeni bir elektrokimyasal yöntem geliştirilmesi
Development of a novel electrochemical method for determining the total antioxidant capacity of foodstuff
SEFA BAKİ
Doktora
Türkçe
2016
Beslenme ve Diyetetikİstanbul ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZYÜREK