Effects of ozone dose and contact time on treatment performance in ozonation process treating wastewater
Atıksu arıtımında uygulanan ozonlama prosesinde ozon dozu ve temas süresinin arıtma performansı üzerine etkisi
- Tez No: 875432
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA EVREN ERŞAHİN
- 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: 67
Özet
Gelişen ve değişen dünya düzeninde ortaya çıkan kişisel bakım ürünleri, temizlik malzemeleri, hormon ilaçları ve benzeri ürünler mikrokirleticiler dediğimiz kirletici türünün ortaya çıkmasına sebep olmuştur. Mikrokirletici terimi, temel olarak antropolojik faaliyetlerle su-toprak-hava ortamına salınan ve biyolojik ayrışmaya dirençli olan kirletici maddeleri tanımlamaktadır. Bu kirleticilere mikro denilmesinin sebebi ise, su kaynaklarında mikrogram/nanogram mertebelerinde bulunmalarıdır. Steroid hormonlar, endüstriyel kimyasallar, farmasötikler, pestisitler, poliaromatik hidrokarbonlar, kişisel bakım ürünleri mikrokirleticilerin türlerindendir. Mikrokirleticiler, insan hayatına 1960 yıllarında girmiş olmalarına rağmen günümüze kadar pek önem görmemişlerdir. Noktasal ve yayılı kaynaklardan çevreye salınmakta olan mikrokirleticiler su kütlelerinden su döngüsüne rahatlıkla geçmektedir. Mikrokirletici miktarı günümüzde gerek insan gerekse endüstriyel kaynaklı olarak sürekli bir artış göstermektedir. Oldukça düşük konsantrasyonlarda bulunmaları, çevreye her ortamdan salınmaları ve biyolojik olarak doğada giderilememeleri bu kirleticilerin incelenmesini ve ölçümünü zorlaştırmaktadır. Bu kirleticiler konvansiyonel yöntemlere göre tasarlanmış arıtma tesisleri tarafından efektif bir şekilde arıtılamamaktadır. Bu bileşikler biyolojik olarak parçalanamadıkları için giderimi yapılmadığı sürece çevrede kalıcıdırlar. Mikrokirleticiler, yüzeysel sularda eser miktarda bulunmaları sebebi ile de sudaki yaşamı kötü etkiler ve içme suyu kaynaklarını kirletirler. Henüz oldukça yeni bir kavram olması ve yeterince araştırma yapılmaması sebebi ile de ülkemizde ve dünyanın birçok yerinde su kaynaklarına dair herhangi bir deşarj standardı bulunmamaktadır. Bu nedenle, mikrokirleticilerin su kaynaklarından içme sularına ve tarımsal sulama sonrası meyve ve sebzelerden insan vücuduna transferi riski mevcut olup bu durum halk sağlığını tehdit etmektedir. Ortamda eser miktarlarda bulunmaları sebebi ile mikrokirleticilerin her ölçüm metodunda tespit edilmeleri mümkün değildir. Bu konuda oldukça gelişmiş ölçüm aletleri ile çalışmak gerekmektedir. Konvansiyonel yöntemlere göre tasarlanan atıksu arıtma tesisleri karbon, fosfor ve, azot gibi nütrientlerin giderimi ile dezenfeksiyon sağlamayı amaçlamaktadır. Bunun yanında mikrokirleticileri de giderebilmeleri için ek bir arıtım uygulamasına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu konuda yapılan çalışmalar henüz yeterli seviyede olmadığından mikrokirleticilerin insan, hayvan ve çevre sağlığına olan bütün etkileri bilinmemekle birlikte bu konuda yapılacak yeni çalışmalara ihtiyaç duyulmaktadır. İnsan vücudunda birikme riski bu kirleticilerin gelecekte veya yakın bir zamanda tam olarak nasıl sorunlara yol açabilecegi de şimdilik bir soru işareti halinde durmaktadır. Konvansiyonel atıksu arıtma tesislerinin mikrokirleticileri verimli bir şekilde giderememeleri, mikrokirleticilerin giderimi için ileri arıtım yöntemlerine olan ihtiyacı arttırmaktadır. Bu ileri yöntemler; aktif karbon adsorpsiyon prosesleri (toz aktif karbon (TAK) ve granüler aktif karbon (GAK)), ileri oksidasyon prosesleri (İOP), membran prosesleri, membran biyoreaktörler şeklinde sıralanabilir. İleri arıtım yöntemlerinden biri olan ozonlama prosesi bu tez kapsamında mikrokirleticilerin giderimi amacıyla incelenmiştir. Atıksu arıtma tesislerinde genellikle dezenfeksiyon proseslerinde uygulanan ozonlama tekniği, mikrokirleticilerin gideriminde de oldukça etkili bir metot olarak öne çıkmaktadır. Ozon, atıksu arıtımında kullanıldığında askıda katı maddelerin (SS) azalmasını sağlar. Ayrıca çözünmüş KOİ giderimini arttırabilen güçlü bir oksidan olup, hücre parçalanmasını ve dezenfeksiyonuda sağlamaktadır. Birçok çalışmada ozonlama prosesi, mikrokirleticilerin giderimi ve bu bileşiklerin çevreye salınmasının önlenmesi için en kolay, en hızlı ve ileri teknolojilerden biri olarak tanımlanmıştır. Ülkemizde atıksu arıtımında ozonlama prosesinin kullanımı üzerine oldukça sınırlı sayıda çalışma mevcuttur. Bu nedenle, ozonlama prosesi tam ölçekli atıksu arıtma tesislerinde henüz kullanılmamaktadır. Bu çalışmada, ileri oksidasyon proseslerinden biri olan ozonlama prosesi ile mikrokirletici giderimi amaçlanmıştır. Bu kapsamda pilot ölçekli bir yüksek yüklemeli aktif çamur prosesi (A prosesi) çıkış atıksuyuna ozonlama uygulanarak, mikrokirletici giderimi amacıyla ozonlama prosesinin optimum işletme koşullarının belirlenmesi, yüksek mikrokirletici giderimini sağlayan uygun ozon dozunun ve ozon temas süresinin belirlenmesi (27 mikrokirletici) ve kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) giderim veriminin tespiti için çalışmalar yapılmıştır. Tez çalışması kapsamında atık sularda en fazla rastlanmakta olan 27 adet mikrokirletici belirlenmiştir ve çalışmanın deneylerinde bu mikrokirletici türleri araştırılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda, yüksek yüklemeli aktif çamur sisteminin çıkış atıksuyunda 27 adet mikrokirleticiden yalnızca 7 tanesi görülmüştür. Bunlar; sulfamethoxazole (SMZ), trimethoprim (TRM), diclofenac (DCF), naproxen (NPX), carbamazepine (CBZ), caffeine (CAF) and acetaminophen (APAP)'dir. Yüksek yüklemeli aktif çamur sisteminde organik madde giderimi adsorpsiyon ile sağlanmaktadır. Yüksek yüklemeli aktif çamur sistemi, yüksek organik madde yükü altında işletilen bir biyolojik reaktör ile ara çökeltme tankından teşkil edilmektedir. Bu tez çalışması kapsamında pilot ölçekli bir yüksek yüklemeli aktif çamur sisteminin çıkış atıksuyu laboratuvar ortamında ozonlama işlemine tabi tutulmuştur. Deneysel çalışmalar kapsamında; 3, 6 ve 9 mg/L ozon dozları ve 5, 10 ve 20 dakikalık ozon temas süreleri test edilmiştir. Test edilen ozon dozları ve temas süreleri yapılan literatür araştırmaları sonucunda belirlenmiştir. Çalışma kapsamında optimum koşullar belirlenerek, optimum ozon dozunda 30 dakikalık ozon temas süresi ile ilave deneyler gerçekleştirilmiştir. Bu sayede, temas süresinin uzatılması durumunda elde edilecek verilerin ölçümü yapılmıştır. Benzer şekilde hem KOİ hem de seçilen mikrokirleticilerin giderim verimleri, 30 dakikalık uzatılmış ozonlama süresi için belirlenmiştir.. Farklı işletme koşullarından elde edilen sonuçlara göre mikrokirletici, KOİ, TSS, ve bulanıklık parametrelerinde en iyi giderim verimi 6 mg/L ozon dozu ve 20 dakikalık temas süresi ile 9 mg/L ozon dozu ve 10 dakikalık temas süresi koşullarında elde edilmiştir. Uygulanan ozon dozlarının ve temas sürelerinin hepsinde atıksuda bulunan aromatik organik maddelerin giderilebildiği ve olası dönüşüm ürünlerinin oluşma ihtimalinin azaldığı görülmüştür. Sonuçlar değerlendirildiğinde, ozonlama prosesinin atıksu arıtma tesislerinde son adımda mikrokirleticilerinin gideriminde verimli olduğu ve çıkış suyu kalitesini arttırdığı görülmüştür. Tez sonucunda elde edilen verilere göre, çıkış suyu kalitesinin iyileştirilmesi amacı ile yüksek yüklemeli aktif çamur sisteminin (A prosesi) ardından ozonlama prosesinin uygulanması önerilmektedir.
Özet (Çeviri)
Personal care products, cleaning materials, hormonal drugs, and other products, which emerged alongside the development of modern life have caused an increase in the class of pollutants referred as micropollutants. The term micropollutant mainly defines chemicals discharged to the water-soil-air matrix by anthropogenic activity. Steroids, industrial chemicals, pharmaceuticals, pesticides, polyaromatic hydrocarbons, and personal care products all contribute to the spread of micropollutants. These pollutants are called micropollutants because they present in water bodies in very low concentrations, such as at microgram or nanogram levels. The amount of micropollutants are steadily increasing due to both human and industrial sources and cannot be treated efficiently as wastewater treatment plants are designed based on conventional methods. Because it is fairly a new classification, discharge standards for micropollutants have not yet been assigned for water resources. This situation is adversly affecting public health. Additionally, research into micropollutants is a relatively new field of study and long-term studies are needed to determine appropriate discharge standards. The presence of micropollutants at trace levels in surface waters also has been adversly effecting aquatic life and polluting drinking water. Conventional water treatment methods are currently inadequate to address micropullants. Thus, to remove micropollutants effectively advanced treatment methods are needed. These methods include active carbon adsorption processes (such as powdered active carbon (PAC) and granular active carbon (GAC)), advanced oxidation processes (AOP), membrane processes, and membrane bioreactors. Ozonation is the subject of the experiments covered by this thesis which is an advanced oxidation processes utilized in the removal of micropoulltants in wastewater. Ozone is a powerful oxidant and disenfectant which reduces suspended solids (SS) when applied in wastewater treatment. Research has shown ozonation process is a fast and easy advanced treatment technique that removes micropollutants and prevents the release of these compounds into the environment. In Türkiye, ozonation has been applied in a limited number of studies in the field of micropollutant removal therefore, for full scale wastewater treatment plants this thesis can enlighten the ozonation process as a new treatment method. The aim of this thesis is to investigate the removal of micropollutants from the effluent of a high-rate activated sludge system (A process) with the ozonation process. For this purpose, a lab-scale ozonation process was applied for treatment of effluent from a pilot-scale A process. Optimum operation conditions were determined through lab-scale experiments. In this thesis, to obtain sufficient removal of 27 micropollutants and COD from the effluent of a high-rate activated sludge system, optimum operation conditions including ozone dose, and contact time were determined. Experiments were conducted with 3, 6 and 9 mg/L ozone doses, and 5, 10 and 20 minutes of contact time. After optimum conditions were determined, an additional set of experiments were carried out with an ozone contact time of 30 minutes at the optimum ozone dose. Thus, removal efficiencies were monitored by a longer contact time. Results revealed that 7 out of 27 micropollutants were detected in the effluent. Over 45% chemical oxygen demand (COD) removal and over 65% total suspended solids (TSS) removal efficiencies were achieved by the ozonation process. Among the various ozone dosage and contact time combinations investigated in the study; 6 mg/L ozone dosage-20 min contact time, and 9 mg/L ozone dosage-10 min contact time alternatives resulted with the best treatment performance in terms of the removal of micropollutants, COD, TSS, and turbidity. Based on the promising results obtained in this thesis, ozonation can be offered as a polishing step for the effluents of high-rate activated sludge systems for the improving of the effluent quality.
Benzer Tezler
- Sulardan mikrokirletici gideriminde ozonlama, perokson (O3/H2O2) ve adsorpsiyon proseslerinin arıtma performansının karşılaştırılması
Comparisons of treatment performance of ozone, peroxone (O3/H2O2)) and adsorption processes in removal of micropollutants from waters
BÜŞRA KOŞAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Çevre MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEDAT UYAK
- Evsel koşullarda kirlenmiş olan suların tekrar kullanılabilirliği için farklı dezenfeksiyon yöntemlerinin incelenmesi
The investigation of different disinfection methods for recovery of household greywater
PERVİN SAYGIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELEK TÜTER
- Gri suyun ozon, perokson ve kimyasal destekli ön arıtma prosesleri ile arıtılması
Treatment of grey water with ozone, peroxone and chemically enhanced primary treatment
BEYZA NUR KARAHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALE ÖZGÜN ERŞAHİN
- The effect of peroxides on the ozonation of reactive dyebath effluent
Peroksitlerin reaktif boya banyo atıksularının ozonlanmasına etkisi
SHIMA FARASAT
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İDİL ARSLAN ALATON
- Pretreatment of cefazolin sodium formulation waste waters by O3 and O3/H2O2 processes
Sefazolin sodyum formülasyon atık sularının O3 ve H2O2 prosesleri ile ön arıtımı
ASLI SEZER