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
- Tez No: 846480
- Danışmanlar: PROF. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Çevre Mühendisliği, Chemical Engineering, Engineering Sciences, 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 ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 115
Özet
Şehirlerde atık su üretimi ve buna bağlı alıcı ortamlarda oluşan kirlilik, hızlı nüfus artışı ve bununla doğru orantılı artan altyapı yetersizliği nedeniyle her geçen gün artmaktadır. Evsel atık kaynaklarından biri olan çamaşır yıkama işlemlerinden kaynaklanan atık sular, hem evsel hem de endüstriyel atık suların büyük bir bölümünü oluşturmaktadır. Genel bir yıkama işlemi ortalama olarak 1 kg tekstil başına 15 L su israf edilmekte ve günlük 400 L atık suyun deşarjına neden olmaktadır. Bu kadar büyük miktarda oluşan çamaşır yıkama kaynaklı atık suları için etkili arıtma yöntemlerine ihtiyaç duyulmasına rağmen, bu tür atık sular için arıtma tekniklerinin yeterli olmaması veya yıkama faaliyetleri ile ilgili kirlilik parametreleri ile ilgili düzenlemelerin olmaması uzun vadeli çözümlerin önünde engel teşkil etmektedir. Çamaşır yıkamadan kaynaklanan atıklar sabun, soda veya deterjan gibi kirli ve lekeli tekstillerden gelen kir, yağ ve nişastayı çıkarmak için kullanılan maddelereden kaynaklandığı düşünülmektedir. Kimyasal olarak bakıldığında, çamaşır yıkama kaynaklı atık sular çoğunlukla fosfat, sodyum, potasyum, magnezyum, kalsiyum, yüzey aktif maddeler, yağlar, sıvı yağlar, gresler ve askıda katı maddeler gibi önemli kirleticiler içermektedir. Yüzey aktif maddeler, deterjan formülasyonlarının önemli bir bölümünü oluşturduğundan, yüzey aktif maddeler kirlilik açısından diğerlerinden daha önemli rol oynamaktadırlar. Çamaşır yıkama kaynaklı oluşan atık suların karakteri genellikle yük, sıcaklık ve yıkama programları gibi seçimlere ve müşterilerin yıkama alışkanlıklarına bağlı olarak değişmektedir. Yıllık ortalama toplam su tüketimi Avrupa ülkelerinde yaklaşık 10 m3 ve Japonya'da 60 m3 olarak belirtilmiştir. Çamaşır yıkama kaynaklı atık suların kalitesi belirgin olmamakla beraber makineye yüklenen tekstil ağırlığı, deterjan içeriği, kullanılan su kalitesi, kullanılan yıkama programları, çamaşır makinelerinin verimliliği gibi çeşitli etkiler nedeniyle değişir. Çamaşır yıkama kaynıklı atık sular kullanıldıkları kaynağa göre evsel, endüstriyel veya hastane kaynaklı atık sular olarak sınıflandırılabilir. Bunlar arasında hastanelerden çıkan yıkama kaynaklı atık sular kirletici içeriği açısından en zararlıları olarak kabul edilebilir. Yapılan araştırmalarda hastanelerden çıkan yıkama kaynaklı atık suların yüksek miktarda organik kirlilik içerdiği; KOİ, TKN ve E. coli gibi kirlilik değerlerinin tolere edilebilir değerlerin çok üzerinde seyrettiği literatürde belirtilmiştir. Ev tipi çamaşır yıkama kaynaklı oluşan atık sularda dikkate değer miktarda KOİ, BOİ ve anyonik yüzey aktif madde konsantrasyonları gözlenmiştir. Çamaşır yıkama kaynaklı atık sular çoğunlukla alkali bileşenler ve yüzey aktif maddelerden kaynaklanan alkali pH değerlerine sahiptir. Çamaşır yıkama kaynaklı oluşan atık suların nasıl arıtılması ve yeniden kullanılması gerektiği konusunda uluslararası anlamda bir fikir birliği yoktur. Genel olarak, Avustralya, Tayvan, Kanada vb. gibi kullanılabilir tatlı su kaynaklarını kısıtlı olduğu ülkelerde ve eyaletlerde coğrafi özelliklere bağlı olarak teknik kılavuzlar yayınlanmıştır. Kılavuzlara göre bu tür atık suların kullanımı ve geri kazanım uygulamaları inşaat, sulama, endüstriyel soğutma suyu, hayvancılık içme suyu ve bazı koşullarda içme suyu gibi uygulamaları içermektedir. Çamaşır yıkama kaynaklı oluşan atık suların arıtılmasında yaygın olarak kimyasal çöktürme/çökeltme, flotasyon, adsorpsiyon, membran filtrasyon, membran biyoreaktörler (MBR'ler) gibi farklı arıtma yöntemleri tercih edilmektedir. Bu tip arıtım yöntemleri yüzey aktif madde konsantrasyonun 1 ila 10 mg/L aralığında normal olarak belirtilen koşullarda etkilidir. Yüzey aktif maddelerin bozunmaya karşı dirençli kimyasal yapıları nedeniyle etkili arıtımları genellikle tam olarak gerçekleşememekle beraber bozunmaları sonucunda oluşması muhtemel daha toksik özelliklere sahip olan ikincil bileşiklerin oluşması olasılığı tehlikeli olup aşılması gereken bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Son zamanlarda yapılan çalışmalarda İleri Oksidasyon Yöntemlerinin (İOP) çamaşır yıkama kaynaklı atık suların arıtımında kullanımının popülerliğinin arttığı görülmektedir. Bu yöntem kullanım kolaylğı ve uygun koşullarda uygun maliyetli bir arıtma alternatifi olmasından dolayı son birkaç yılda çok fazla ilgi görmüştür. Fenton, fotokatalitik, elektrokimyasal, sonokimyasal prosesler ve sülfat radikali bazlı prosesler gibi farklı uygulama yöntemleri içeren İOP'ler kullanılarak farklı atık sularda bulunan farklı yapıdaki kimyasal bileşikleri yapılarını bozmak sureti ile arıtmak mümkündür. Tüm bu farklı İOP türlerinin uygulanmasındaki ana amaç, farklı mekanizmalar kullanarak oluşturulan aktif radikallerin reaktivitesinden yararlanarak kirleticilerin yapılarını oksidasyona uğratmak suretiyle inorganik yapılarına olabildiğince etkili bir şekilde bozabilmektir. İOP'ler kullanılarak atık su arıtımı, verimli bir arıtma olarak kabul edilmektedir ve İOP'lerin uygulamalarda uygulanabilirliği konusunda çeşitli çalışmalar yayınlanmıştır. Bu bilgilerden yola çıkarak oluşturulan bu tez çalışmasındaki amaç, çamaşır makinelerinin deşarjından atılan çamaşır atık sularının içeriğinde bulunan organik madde, boyar madde ve yüzey aktif madde içeriklerinin İOP kullanarak arıtılıp tekrar kullanılabilecek kaliteye getirmek doğrultusunda uygunluğunun incelenmesidir. Bu kapsamda yapılan çalışmalarda ilk önce atık su deşarjının farklı aşamalarından gelen atık suyun karakterizasyonu çalışılmıştır. Elde edilen sonuçlarda kirletici yükünün büyük çoğunluğunun ana yıkama aşamasında deşarj edildiği, durulama sularının kirletici yükünün düşük seviyede kaldığı gözlemlenmiştir. Gerçekleştirilen çalışmalarda oluşan atık su karakterini etkileyen parametrelerin kullanılan deterjan tipi ve miktarı ile kullanılan yük miktarının olduğu gözlemlenmiştir. Sonraki aşamada O3, H2O2, O3/H2O2, O3/UV, H2O2/UV ve O3/H2O2/UV gibi farklı türde İOP yöntemleri aynı koşullarda denererek hangi tür İOP uygulamasının en verimli olduğunu incelenmiştir. Arıtma performansını incelemek için Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) ve Metilen Mavisi Aktif Madde (MBAS) analizleri kullanılmıştır. AOP uygulamasının hijyen etkisi üzerindeki potansiyelini gözlemlemek için arıtılmış atık suda mikroorganizma büyümesi takip edilmiştir. Daha sonra geri kazanılan atık suyun tekrar kullanılabilirliğini belirlemek ve bir sonraki yıkamada herhangi bir lekeleme sorununa yol açmaması için arıtılmış su özelinde tekstil yıkama performansı incelenmiştir. İOP uygulamalarının karşılaştırması sonucunda elde edilen giderim oranlarına göre ozon, hidrojen peroksit ve UV'nin tek başına uygulanmasında hem KOİ hem de MBAS'ta önemli bir azalmaya neden olmadığı görümüştür. Yalnızca ozonlama işlemi sonucunda %54'lük iyi bir MBAS azalması sağlanmıştır. Ozon, diğer kimyasal oksidanlarla karşılaştırıldığında nispeten reaktif bir oksidandır ve ozonun aromatik yapılara afinitesi olduğu da bilinmektedir, bu da ozonun aromatik yapılarla etkili bir şekilde reaksiyona girebileceği ve bozabileceği anlamına gelir. Bu nedenle ozon diğer tek oksidasyon uygulamalarına göre daha etkili bulunmuştur. Öte yandan, O3/UV, H2O2/UV, H2O2/O3 ve H2O2/O3/UV uygulamaları tekli uygulamalara göre daha yüksek KOİ ve MBAS giderim performansı sağlamışlardır. Bu sınıfta O3/UV, %83 MBAS ve %55 KOİ arıtma verimi ile en düşük performansı göstermiştir. Sonuçlar ayrıca, kirletici azaltma oranının yüksek oranda reaktif radikal üretim oranı ile doğru orantılı olduğunu da göstermektedir. Bu nedenle en verimli arıtma yöntemi %82'lik KOİ ve %95'lik MBAS giderim oranlarıyla H2O2/UV uygulaması olarak elde edilmiştir. Sonraki aşamada H2O2/UV uygulamasının renkli atık sularda boyar madde giderim performansını incelemek için boya salan yükler kullanılarak kırmızı renkli çamaşır desarj atık suyu elde edilmiş ve farklı koşullarda giderim performansının etkisinin incelenmesi için deney tasarımı oluşturulmuştur. Renk giderimi, boyar maddenin kırmızı renkli kromofor yapısının ışığı soğurduğu 520 nm'de UV-spektorfotometrede farklı aralıklarla alınan numuneler ölçülerek incelenmiştir. Yapılan deney tasarımında parametre olarak deterjan tipi, filtrasyon uygulaması ve hidrojen peroksit konsantrasyonu farklı seviyelerde incelenmiştir. Sonuçlara göre hem COD/MBAS değerleri hem de 520 nm'deki absorbans değerleri, H2O2/UV uygulaması için tatmin edici sonuçlar vermiştir. Deterjan tipi olarak sıvı deterjan kullanımı ile beraber filtrasyon işlemi sonrası yüksek H2O2 konsantrasyonu uygulaması daha iyi KOİ, MBAS ve boyar madde giderim performansı ile sonuçlanmıştır. Arıtılmış sularda yıkanan tekstillerin beyazlık derecesi analizlerine göre, temiz su ile yıkanan tekstiller referans olarak alındığında değerlerin kabul edilebilir değerler arasında kaldığı gözlemlenmiştir. Yapılan testlerde özellikle atık suda önceki yıkamadan kaynaklanan lif varlığının lekelenme sorununa yol açtığı ve filtrasyon işlemi ile beraber yapılan İOP işlemi sonucunda renk bulaşma ihtimalinin çok azaldığı gözlemlenmiştir. Arıtılmış atık suların depolanması sırasında karşılaşılan temel sorunlardan biri de belli bir süre sonra gözlemlenen mikroorganizma üremesidir. Mikroorganizmaların büyümesine genel olaral su içerisinde var olan ve mikroorganizmaların besin olarak tüketebileceği organik madde varlığı sebep olmaktadır. Bu kapsamda İOP işlemi ile arıtılmış atık suda hijyen sağlama potansiyeli incelemek amacıyla hem arıtılmamış atık sudan hem de İOP ile arıtılmış atık sudan alınan numuneler sterilize edilmiş 1 litrelik cam tüplerde saklanarak yedi gün bekletilmiştir. Örnekler sırasıyla birinci gün, dördüncü gün ve yedinci günde alınarak içerisinde üreyen mikroorganizma miktarını tespit edebilmek için uygun agarlara ekim yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre aktif radikallerin organik maddeleri bozmayla beraber mikroorganizmaların üzerinde sağladığı inaktif edici ve dezenfeksiyon etkisinden dolayı İOP ile arıtılmış atık sularda üreyen mikroorganizmaların üreme hızının arıtılmamış atık suya nazaran düşük kaldığı gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Water scarcity has become one of the most important problems that society must overcome. The effect of climate change with the addition of increased freshwater consumption stands as one of the major problems related to water scarcity. There has been a great increase in domestic-based wastewater generation over a couple of decades. Among the sources of domestic type wastewater, washing machines play a significant role in freshwater consumption, which corresponds to 80-100 liters per working cycle. In this study, it is aimed to perform a feasibility study of various types of Advanced Oxidation Processes (AOPs) to treat laundry wastewater originating from washing machines by reducing organic pollutant load, along with the elimination of dye stuff and surfactant content that was released from textile fibers. Wastewater characterization from different stages of wastewater discharge was analyzed and AOPs including O3, H2O2, O3/H2O2, O3/UV, H2O2/UV, and O3/H2O2/UV were applied to determine the most efficient AOPs. Experimental tests were carried out in labaratory-scale photoreactor with 3liter capacity and lamp of 41 W power. Specific volumes of wastewater was fed to system along with determined ozone (O3) and hydrogen peroxide (H2O2) concentrations respectively. Treatment applications were carried out for 2 hours and samples are taken at regular time intervals to analyze treatment efficiency. Results showed that photolytic oxidation differed significantly from sole chemical oxidation. Among O3/UV, H2O2/UV and O3/H2O2/UV methods, H2O2/UV yielded the best chemical oxygen demand (COD) and methylene blue active substance (MBAS) reduction rates among other methods. An additional set of the design of experiments (DOEs) is performed to analyze the effect of parameters that effect treatment efficiency such as type of detergent used (liquid or powder), effect of microfiber filtration and H2O2 concentration used. Results of DOEs show that COD and MBAS content of wastewater discharge during the rinsing stage of the washing cycle could be reduced by up to 95% and 98%, respectively under optimum conditions of wastewater originated by liquid detergent, the case of microfiber filtration and higher H2O2 concentrations. Another aspect of treatment was analyzed as microorganism growth on stored wastewater since it is known that wastewaters having organic content is expected to be suitable for microorganism growth. Microorganism counts were done by taking water samples at first, fourth and seventh days to see the trend of microorganims growth. Microorganisms count results showed that the rate of microorganism growth is greatly reduced in AOP-applied wastewater when compared to raw wastewater. Based on the outcomes, it is concluded that AOPs with fiber filtration can be effective in reducing organic pollutant load, as well as discoloration and providing hygiene. UV absorbances were analyzed in water samples to see the degradation of dye stuff in laundry wastewater, since it is important to eliminate all of dying components due to the fact that they may cause additional staning on white garmets during next washing cycle. UV absorbance results showed that dye stuff released from textile textures can be effectively eliminated by the application of additional filtration. AOPs treated wastewater also was analyzed using whiteness index to see the potential stainnig cause by treated wastewater. Staining results were satisfactory, meaning to significant staining was observed on white garments, which means that treated laundry wastewater can be recycled inside the washing machine and can be used during the next washing cycle without compromising the cleaning performance of the washing machine. As a result, AOP treatment and recycleing of laundry rinsing wastewater may enable to lower the water consumption and provide more sustainable washing machine operation designs.
Benzer Tezler
- Tekstil atıksularından su ve tuz geri kazanımında membran konsantrelerinin hidrodinamik kavitasyon destekli yeni bir teknoloji ile arıtımı
Treatment of membran concentrates usi̇ng a new technology based on hydrodynami̇c cavi̇tati̇on and advanced oxi̇dati̇on processes for water and salt reuse from texti̇le wastewater
ÇİĞDEM BALÇIK CANBOLAT
Doktora
Türkçe
2019
Çevre MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BÜLENT KESKİNLER
- Applicability of advanced oxidation processes for the decolorization of textile wastewater
Tekstil atıksularının renk gideriminde ileri oksidasyon tekniklerinin uygulanabilirliği
YÜSRA TANRISEVEN ALTUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Çevre MühendisliğiFatih ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKÇE TEZCANLI GÜYER
- 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
- Advanced oxidation of reactive dyes in the presence of granular activated carbon
Reaktif boyaların granüler aktif karbonun varlığında ileri oksidasyonu
DİLA AKSOY HASAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
Çevre MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiÇevre Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLSUN H. İNCE