352 KB - TMMOB Çevre Mühendisleri Odası

Transkript

TMMOB
Çevre Mühendisleri Odası
V. ULUSAL
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ
PETROL İÇEREN ATIKSULARIN ELEKTROKİMYASAL
YÖNTEMLERLE ARITILMASI
Hilal Y.AKBULUT (1), Mehmet KARPUZCU(2), Funda CİHAN(3), Anatoly DİMOGLO(4)
(1) Arş. Grv.,Çevre Yük.Müh., Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, [email protected]
(2) Prof.Dr., Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, [email protected]
(3) Çevre Yük.Mühendisi, Kocaeli Çevre İl Müdürlüğü
(4) Prof.Dr., Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, [email protected]
ÖZET
Elektrokimyasal tekniklerle atıksu arıtımı, katodik indirgenme, anodik yükseltgenme,
elektroadsorbsiyon, elektrodiyaliz, elektrokoagülasyon ve elektroflotasyon teknikleri ile
yapılabilir. Bu teknikler büyük endüstrilerde atıksu arıtma verimini %90-95 değerlerine kadar
yükselterek atıksuyun geri kazanılmasını sağlar.
Koagülasyon, kimyasal madde ilave edilerek atıksu içindeki çok küçük askıdaki parçacıkların
daha iyi çökelebilen parçacıklar haline getirilmesi işlemidir. Elektrokoagülasyon yönteminde
ise kimyasallar yerine elektrik akımı verilerek bu olay gerçekleştirilir. Elektroflotasyon işlemi
sırasında ise elektrik akımı kullanılarak, çözünmüş ve çok küçük partikül halindeki
süspansiyon maddeler, suyun üzerinde bir tabaka olarak ayrılarak atıksulardan
uzaklaştırılmaktadır. Klasik arıtma prosesleri ile çok zor arıtılabilen atıksular bu teknolojilerle
daha yüksek verimlerde arıtılabilmektedir. Dolayısıyla bu yöntem teknolojik ve endüstriyel
işlemleri basitleştirir ve arıtma sistemleri için gereken alanı azaltır.
Bu çalışmada; Tüpraş-İzmit Rafinerisi Arıtma Tesisinin DAF Ünitesi ile Karıştırma Ünitesi
çıkış sularından alınan atıksu numunelerinde, elektroflotasyon yönteminde paslanmaz çelik
elektrotlar, elektrokoagülasyon yönteminde Fe ve Al elektrodlar kullanılarak sabit sıcaklıkta,
sabit gerilimde, farklı akım yoğunluklarında ve farklı sürelerde KOİ, bulanıklık, fenol, yağ ve
gres ile hidrokarbon giderimi incelenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Petrokimya atıksuları, Elektrokoagülasyon, Elektroflotasyon.
PETROCHEMICAL WASTEWATER TREATMENT BY MEANS OF
ELECTROCHEMICAL TECHNOLOGIES
SUMMARY
Wastewater treatment with electrochemical methods can be done by cathodic reduction,
electroadsorption, anodic oxidation, electrodialysis, electrocoagulation and electroflotation.
These methods increase the wastewater treatment efficiency to the value of 90-95 % so that
these industries can recycle and reuse the wastewater.
Coagulation is a method to precipitate out small particulates in the wastewater by adding
chemical substances. In electrocoagulation, this phenomena takes place by the use of electric
current in stead of chemical substance. Flotation separates dissolved and suspended substances
from wastewater by adding chemical substances and making them float on the surface of water.
In electroflotation this process is done by using electric current. Wastewaters which are hard to
by conventional systems can be cleaned more easily by these technologies. So this system
Petrol İçeren Atıksuların Elektrokimyasal Yöntemlerle Arıtılması
Hilal Y. AKBULUT
simplifies technologic and industrial processes and reduces the area requirement for treatment
systems.
In this study; COD, phenol, turbidity, oil and grease and hydrocarbon removals were
investigated with electroflotation by using antioxidant steel electrodes at constant temperature
and constant potential difference, under different current densities and different times for
samples taken from effluent of DAF and Mixing Unit in Tüpraş-İzmit Refinery. Also removal
of these parameters was investigated with electrocoagulation method by using two different
electrodes (Fe and Al) as anode.
Keywords: Petrochemical Wastewater, Electrocoagulation, Electroflotation
1. GİRİŞ
Petrokimyasal atıksuların arıtımı son zamanlarda üzerinde oldukça çalışılan konulardan bir
tanesidir (Wise and Fahrenthold 1981; Wong, 2000; Sponza, 2003 ve Kardasz ve
diğerleri,1999). Bu konudaki araştırmalar, fizikokimyasal, mekanik ve biyolojik yaklaşımlarla
birlikte düşünülen ileri arıtma teknolojileri üzerindedir. Rafineri çıkış sularının klasik olarak
arıtımı; su-yağ ayırımı ve koagülasyon işleminin ardından aktif çamur ünitesinin olduğu bir
biyolojik arıtmadan oluşan yani fizikokimyasal ve biyolojik metodların birlikte kullanıldığı
arıtma sistemleridir. Bunların yanı sıra aynı tip atık sulara uygulanan bazı fizikokimyasal
metodlar da aşağıda verilmiştir.
Petrokimya atıksuları aynı zamanda biyolojik arıtım öncesi alum, demir klorür, demir sülfat,
kireç gibi koagülantlar ile bazı killer kullanılarak da arıtılabilmektedir (Demirci ve diğerleri,
1998). Yeni bir metod olan Elektro-Fenton metodu, yüksek yoğunlukta hexamine ve
petrokimyasal içeren atıksuların arıtımı için geliştirilmiştir (Chou ve diğerleri, 1999; Huang
ve diğerleri, 1999). Bu metodda; anodda üretilen bir demir iyonu H2O2 için katalizördür ve
petrokimyasal atıksu arıtımının biyolojik arıtma ünitesinden sonra kullanılır.
Yeni bir yöntem olan UV ile arıtılabilirlik çalışmaları, kimyasal ve petrokimyasal atıksular
için de kullanılmaktadır. Metod, kimyasal ve petrokimyasal endüstrilerden alınan farklı
numunelere uygulanmış ve sonuçlar klasik çalışmalardan elde edilen değerler ile
karşılaştırılmıştır. Fotooksidasyon ile biyodegredasyon çalışmaları arasında oldukça iyi bir
korelasyon gözlenmiştir (Castillo ve diğerleri, 1999). UV/ H2O2 prosesi, petrokimyasal
atıksulara ön arıtım olarak uygulandığında ham atıksuda bulunan çok zor ayrışabilen
bileşiklerin parçalanabildiği ve bu bileşiklerin biyokültüre olan inhibisyon etkisinin azaldığı
gözlenmiştir (Juang ve diğerleri, 1997).
Bir başka çalışmada ise petrokimyasal-yağ endüstrisi atıksularının UV/ozon ve ardından
membran teknolojileri ile arıtılması incelenmiştir (Patino, 1999).
Kimyasal veya petrokimyasal atıksu arıtımı için genellikle biyolojik ünitelerin dizayn
edilmesi eğilimi vardır. Örneğin, kesikli ve sürekli yukarı akışlı sabit biofilm reaktörler,
petrokimya atıksularında bulunan bazı organik bileşiklerin biyoparçalanması için
kullanılabilmektedir (Acuna-Askar ve diğerleri, 1999).
Metanojenik koşulların hakim olduğu bir anaerobik proses -sürekli sabit film anaerobik
reaktör-, petrokimyasal tesislerin fenollü atıksularında fenol ve ortocresol parçalanması için
kullanılmıştır (Charest ve diğerleri, 1999). Başka bir çalışmada aromatik hidrokarbonların
giderimi için üretilen Trametes versicolor araştırılmış ve Trametes Versicolordan üretilen
“lakkaz ve manganez bağlantılı peroksidaz” ile petrokimyasal atıksudan aromatik
hidrokarbonların giderimi incelenmiştir (Edwards ve diğerleri, 2002).
Atıksuyun askıda bileşenlerden ve yağ ürünlerinden verimli bir şekilde arındırılması, bu
bileşenlerin atıksuda dağılma durumuna ve uygun bir metodun seçilmesine bağlı olarak
etkilenir. Atıksudan kolloidal partiküllerin giderilmesi için mevcut arıtma teknolojilerine ilave
olarak yeni ve daha etkili teknolojiler kullanılmaktadır. Bu teknolojilere örnek olarak
165
Hilal Y. AKBULUT
elektrokimyasal metodlar gösterilebilir (Rajeshwar and Ibanez, 1997). Son zamanlarda atıksu
arıtımında elektrokimyasal metodların kullanılması ile ilgili araştırmalar önemli miktarda
artmıştır (Müller, 1992; Sequeira, 1996; Yousuf, 2001; Mills, 2000; Jiang, 2002).
Araştırmacılar, yağ ve gres içeren atıksuların (Matteson ve diğerleri, 1995; Israilides ve
diğerleri, 1997; Chen ve diğerleri, 2000; Longhi ve diğerleri, 2001), boya ve tekstil endüstrisi
atıksularının (Xiong ve diğerleri, 2001; Kim ve diğerleri, 2002) ve hatta içme suyu(Vik ve
diğerleri, 1984; Romanov ve diğerleri, 2000b) ile kullanma suyu (Persin and Rumean, 1992;
Pouet and Grasmick, 1995) eldesinde bu metodların kullanılması üzerinde çalışmaktadırlar.
Bu teknolojilerin uygulanmasında arıtma tesisi için gerekli olan yer büyük ölçüde azalmakta,
kimyasal madde hiç kullanılmamakta veya çok az kullanılmakta olup sonuçta arıtma çamuru
vb kirleticilerin oranı oldukça azalmaktadır.
Son zamanlarda Elektroflotasyon (EF) ve elektrokoagülasyon (EC) uygulamaları ile ilgili
kapsamlı araştırmalar yapılmaktadır. Elektroflotasyon ile elektrokoagülasyonun birlikte
uygulandığı zirai ve gıda endüstrisi atıksularının arıtımı (Karpuzcu ve diğerleri, 2002), boya
sektörü atıksularının arıtımı (Romanov ve diğerleri, 2000a) ile galvanik banyo atıksularının
arıtımı (Karpuzcu ve diğerleri, 2000) konularında daha önce makaleler yayınlanmıştır. Bu
makalede ise rafineri atıksularının arıtılmasında EF ile EC’nun birlikte uygulanmasının
sonuçları tartışılmıştır. Bu çalışmada; KOİ, bulanıklık, fenol, hidrokarbonlar ile yağ ve gresin
petrokimyasal atıksudan EF ve EC ile giderilmesi, biyolojik arıtma öncesi uygulanan bir ön
arıtma olarak değerlendirilmiştir.
2. MATERYAL VE METODLAR
Bu çalışmada TÜPRAŞ İzmit Rafinerisi Plt.19/21 Yağlı Atıksu Arıtma Ünitesinin Karıştırma
ve DAF Üniteleri çıkış sularından alınan numunelere elektrokoagülasyon ve elektroflotasyon
uygulanarak arıtma verimleri araştırılmıştır. Tablo 1.’de bu ünitelerin çıkış sularının
özellikleri Şekil 1’de ise arıtma tesisinin şeması verilmiştir.
Tablo 1 TÜPRAŞ İzmit Rafinerisi atıksularının özellikleri
Parametre
KOI, mg/l
Bulanıklık (NTU)
Fenol, mg/l
Hidrokarbon, mg/l
Yağ ve gres, mg/l
pH
DAF Ünitesi
57.95
17
3.15
0.76
0.88
7.0
Karıştırma Ünitesi
131.7
16.14
3.50
11.72
12.72
8.0
Çalışma, Tablo 1’de verilen parametreler izlenerek yürütülmüştür. Bu parametrelerin
analizleri; “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater APHA, AWWA,
WEF 19th Edition 1995”deki standart metotlara uygun olarak Gebze Yüksek Teknoloji
Enstitüsü Çevre Mühendisliği Laboratuarları ile Çevre İl Müdürlüğü Laboratuarında
yapılmıştır. Bulanıklık: 2120.C- Spectrophotometric Method; KOİ: 5220.C- Closed Reflux
Titrimetric method ile 5220.D- Closed Reflux Colorimetric method; Fenol: 5530.D- Direct
Photometric Method; Yağ-Gres: 5520.C- Partition-İnfrared Method; Hidrokarbon: 5520.FHydrocarbons metodları kullanılarak analiz edilmiştir.
166
Hilal Y. AKBULUT
ŞEKİL 1- TÜPRAŞ İzmit Rafinerisi Plt.19/21 Yağlı Atıksu Arıtma Tesisi
Kullanılan Lab.Ölçekli Reaktörler
Çalışmada biri elektrokoagülatör diğeri elektroflotatör olmak üzere iki adet reaktör
kullanılmıştır. Bu reaktörler şematik olarak Şekil 1 ve 2’de verilmiştir. Şekil 1’de verilen
elektrokoagülatör, 8 mm kalınlığında pleksiglas malzemeden yapılmış olan 14cm x 16cm x
19cm boyutlarında ve ~2L hacmindedir. Karşılıklı 7 elektrodu bulunan reaktörde alüminyum
ve demir elektrodlar kullanılmaktadır. Elektrodların herbiri 2mm x 9cm x 15cm boyutundadır.
Çalışmada kullanılan ikinci reaktör olan elektroflotatörün şeması ise Şekil 2’de verilmiştir. 6
mm kalınlığında pleksiglas malzemeden yapılmış olan reaktörün hacmi ~2.5 L’dir. 1.5
mm’lik paslanmaz çelikten yapılmış anod ve katoda sahip olup elektrodlar 5mm aralıklarla
yerleştirilmiştir.
Elektrokoagülatör ve elektroflotatör, arıtılacak atıksuyun iletkenliğine bağlı olarak;
ile 1-6 A’lik akım şartlarında çalıştırılabilmektedir.
ŞEKİL 1- Elektrokoagülatör şeması
6-12 V
ŞEKİL 2- Elektroflotatör şeması.
167
Hilal Y. AKBULUT
Elektrokoagülatöre doğru akım verildiğinde, kullanılan alüminyum yada demir elektrodlardan
Al3+ veya Fe2+ iyonları ayrılır ve aynı zamanda gerçekleşen elektroliz ile H2 ve O2 oluşur.
Dolayısıyla çözeltide oluşan Al(OH)3 veya Fe(OH)2 bileşikleri flok görevi yapar. Çıkan H2 ve
O2 kabarcıkları floklara tutunmuş kolloidleri ve partikülleri yüzeye doğru hareket ettirirler.
Koagülatörden çıkan su başka bir tanka alınır. Oluşan floklar çökelirken arıtılmış su üstten
alınır.
Elektroflotatöre doğru akım üreten bir güç kaynağı ile elektrik akımı-ortalama 5-20 mA/cm2uygulandığında ise ortalama 15-30µm çapında hidrojen(H2) kabarcıkları ile 45-60µm çapında
oksijen(O2) kabarcıkları oluşur. Oluşan H2 ve O2 kabarcıkları taşıyabildikleri partikül, kolloid
ve inert maddeleri bir tabaka halinde yüzeyde biriktirirler. Bu tabaka yüzeyden sıyrılırken
alttan arıtılmış su alınır.
3. BULGULAR
3.1. Petrol Rafinesi Atıksularının Elektroflotasyon Yöntemi ile Arıtılabilirliği
Bu çalışmada kullanılan elektroflotatörün elektrodlarının her ikisi de paslanmaz çelik
malzemeden yapılmıştır ve elektroflotasyon uygulaması başlatılmadan önce atıksulara
floklaşmaya yardımcı olması amacıyla 1g/2.5L Al2 (SO4)3 (alüminyum sülfat) ilave edilmiştir.
DAF Ünitesi atıksu numunelerinin pH’ı 7.0±0.2, Karıştırma Ünitesi atıksularının pH’ı ise 8.0
olarak ölçülmüştür. Çalışma sıcaklığı ~220C’tır.
KOİ Giderimi - Süre ve Akım Yoğunluğu İlişkisi
DAF ve Karıştırma Ünitesi atıksuları için KOİ değişimleri 12 voltluk gerilim altında, 5, 10 ve
15 mA/cm2’lik akım yoğunluğu sağlanarak 2.5, 5, 10 ve 15 dakikalık zaman aralıklarında
incelenmiştir.
2.5
5.0
10.0 15.0
süre (dk)
a) DAF Ünitesi
a
b
15.0
c
40
20
0
10.0
b
5.0
a
80
60
2.5
60
50
40
30
20
10
0
%KOI Giderimi
%KOI Giderimi
KOİ' nin zamanla değişimi Şekil 2a ve b’de verilen grafiklerde görülmektedir.
c
süre (dk)
b) Karıştırma Ünitesi
ŞEKİL 2- Elektroflotasyon ile DAF ve Karıştırma Ünitesi çıkış sularında KOİ giderimi
[U=12V, t~22oC ve a) i= 5 mA/cm2, b) i=10 mA/cm2, c) i=15 mA/cm2]
Her iki atıksu için bekleme süresi arttıkça KOİ giderme veriminin arttığı ve en iyi verimin
i=15 mA/cm2 akım yoğunluğunda ve 15 dakikalık sürede elde edildiği gözlenmiştir. DAF
Ünitesi çıkış suyu için 2,5 dakikalık sürede KOİ giderme verimi % 13-18 iken, 10 dakikada %
35-42, 15 dakikada % 37-50 olarak ölçülmüştür. Genel olarak KOİ gideriminin zamanla
doğru orantılı olarak değiştiği gözlenmiştir.
168
Hilal Y. AKBULUT
Karıştırma Ünitesi çıkış sularında ise 2.5 dakikalık süre sonunda KOİ giderimi % 15-19, 5
dakika sonunda % 32-37 iken 10 dakikada % 35-42 olduğu ve 15 dakika sonunda % 37-50 ye
çıktığı gözlenmiştir. Grafikten de görüldüğü gibi süre ve akım yoğunluğu arttıkça % KOİ
giderimi de artmıştır.
Bulanıklık Giderimi - Süre ve Akım Yoğunluğu İlişkisi
Aynı şartlar altında elektroflotasyon işleminin ardından bulanıklık; 2.5 dakikalık süre sonunda
17, 16, 15.5 NTU değerlerine düşmüştür. Akım yoğunlukları değişmesine rağmen 15
dakikalık süre sonunda Şekil 3a’dan görüldüğü gibi bulanıklık aynı değere düşmektedir.
18
Bulanıklık (NTU)
16
Bulanıklık (NTU)
14
12
10
8
6
a
4
b
20
15
10
a
5
b
c
0
c
2
2.5
0
2.5
5.0
10.0
15.0
5.0
10.0
15.0
süre (dk)
süre (dk)
a) DAF Ünitesi
ŞEKİL 3- Elektroflotasyon ile DAF ve Karıştırma Ünitesi çıkış sularında bulanıklık giderimi
Şekil 3b’de ise akım yoğunluğu arttıkça bulanıklık giderim oranının arttığı ve 15 dakikalık
zaman sonunda bulanıklık değerinin minimuma ulaştığı görülmektedir.
Fenol Giderimi - Süre ve Akım Yoğunluğu İlişkisi
Şekil 4a, DAF Ünitesi çıkış suyundaki fenol giderimini göstermektedir. Başlangıç fenol
konsantrasyonu 3.15mg/L olan bu suya elektroflotasyon uygulanması sonucunda akım
yoğunluğuna bağlı olarak 2.5 dakikada fenol konsantrasyonu 3.15-2.8 mg/L’ye, 5 dakikalık
süre sonunda 2.5-2 mg/L’ye ve 15 dakikalık süre sonunda ise 1.5-1.1 mg/L’ye düşmüş ve %
52-65 fenol giderimi gerçekleşmiştir.
3.0
Fenol Konsantrasyonu (mg/l)
Fenol Konsantrasyonu (mg/l)
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
a
1.0
b
0.5
c
2.5
2.0
1.5
a
1.0
b
0.5
c
0.0
0.0
2.5
5.0
10.0
süre (dk)
a) DAF Ünitesi
15.0
2.5
5.0
10.0
15.0
süre(dk)
ŞEKİL 4- Elektroflotasyon ile DAF ve Karıştırma Ünitesi çıkış sularında fenol giderimi
169
Hilal Y. AKBULUT
Şekil 4b, Karıştırma Ünitesi çıkış suyundaki fenol giderimini göstermektedir. Başlangıç fenol
konsantrasyonu 3.5 mg/L olan bu suya elektroflotasyon uygulanması sonucunda akım
yoğunluğuna bağlı olarak 2.5 dakikada fenol konsantrasyonu 2.7-2.5 mg/L’ye, 5 dakikalık
süre sonunda 2-1.6 mg/L’ye ve 15 dakikalık süre sonunda ise 1-0.8 mg/L’ye düşmüş ve % 7177 fenol giderimi gerçekleşmiştir.
HİDROKARBON GİDERİMİ - SÜRE VE AKIM YOĞUNLUĞU İLİŞKİSİ
DAF ve Karıştırma Ünitesi çıkış sularında Elektroflotasyon yöntemi ile hidrokarbon giderimi
farklı akım yoğunluklarında zamana bağlı olarak incelenmiştir. Şekil 5a’da görüldüğü üzere
DAF Ünitesi çıkış sularında akım yoğunluğuna bağlı olarak 2.5 dakikalık süre sonunda
hidrokarbon giderimi % 24-35 iken 5 dakikalık süre sonunda % 49-61’e, 10 dakikalık süre
sonunda % 60-71’e ve 15 dakikalık süre sonunda % 70-80’e yükselmiştir. Süre ve akım
yoğunluğu arttıkça hidrokarbon giderimi de artmaktadır.
100
90
% Hidrokarbon Giderimi
70
60
a
50
b
40
c
30
20
10
90
80
80
70
60
a
50
40
b
30
c
20
10
0
2.5
5.0
10.0
0
15.0
2.5
süre (dk)
5.0
10.0
15.0
süre (dk)
a) DAF Ünitesi
ŞEKİL 5- Elektroflotasyon ile DAF ve Karıştırma Ünitesi çıkış sularında hidrokarbon
giderimi [U=12V, t~22oC ve a) i= 5 mA/cm2, b) i=10 mA/cm2, c) i=15 mA/cm2]
Şekil 5b ise Karıştırma Ünitesi çıkış suyunda akım yoğunluğuna bağlı olarak hidrokarbon
gideriminin 2.5 dakikalık süre sonunda % 24-35, 5 dakikalık süre sonunda % 52-75’e, 10
dakikalık süre sonunda % 62-88’e ve 15 dakikalık süre sonunda % 80-94’e yükseldiğini
göstermektedir.
YAĞ VE GRES GİDERİMİ - SÜRE İLE AKIM YOĞUNLUĞU İLİŞKİSİ
Başlangıçta belirtilen şartlar altında elektroflotasyon işleminin ardından yağ ve gres
gideriminin değişimi Şekil 6a ve b’de gösterilmiştir.
Şekil 6a, DAF Ünitesi çıkış suyunda yağ ve gres gideriminin akım yoğunluğuna bağlı olarak
2.5 dakikalık süre sonunda % 15-25’e, 5 dakikalık süre sonunda % 27-48’e, 10 dakikalık süre
sonunda % 48-63’e ve 15 dakikalık süre sonunda % 55-75’e çıktığını göstermektedir.
80
100
70
90
60
% Yağ&gres
Giderimi
80
50
70
40
a
30
b
20
c
%
Yağ&gres
Giderimi
60
50
a
40
b
30
10
20
0
10
2.5
5.0
10.0
süre (dk)
a) DAF Ünitesi
15.0
c
0
2.5
5.0
10.0
15.0
süre (dk)
ŞEKİL 6- Elektroflotasyon ile DAF ve Karıştırma Ünitesi çıkış sularında yağ ve gres giderimi
170
Hilal Y. AKBULUT
Şekil 6b, Karıştırma Ünitesi atıksularındaki yağ ve gres gideriminin akım yoğunluğuna bağlı
olarak 2.5 dakikalık süre sonunda % 15-17, 5 dakikalık süre sonunda 50-75’e, 10 dakikalık
süre sonunda % 75-90’a ve 15 dakikalık süre sonunda % 90-96’ya çıktığını göstermektedir.
3.2. Petrol Rafinesi Atıksularının Elektrokoagülasyon Yöntemi İle Arıtılabilirliği
Bu çalışmada kullanılan elektrokoagülatörün karşılıklı yerleştirilmiş 14 elektrodundan 7 adedi
alüminyum 7 adedi de demir malzemeden yapılmıştır. Dolayısıyla yapılan elektrokoagülasyon
uygulamalarında hem alüminyum ve hem de demir elektrodlar anod olarak kullanılarak
denemeler yapılmıştır.
DAF Ünitesi atıksu numunelerinin pH’ı 7.0±0.2, Karıştırma Ünitesi atıksularının pH’ı ise 8.0
olarak ölçülmüştür. Çalışma sıcaklığı ~220C’tır.
KOİ Giderimi - Süre ve Akım Yoğunluğu İlişkisi
DAF ve Karıştırma Ünitesi çıkış sularında KOİ değişimleri, 12 voltluk gerilim altında 10, 15
ve 20 mA/cm2’lik akım yoğunluğu sağlanarak 1, 2, 3 ve 5 dakikalık zaman aralıklarında
elektrokoagülasyon uygulanarak incelenmiştir.
DAF ünitesi çıkış suyunda 10mA/cm2’lik akım yoğunluğunda Fe anod kullanıldığında KOİ
giderme verimi 1, 2, 3 ve 5. dakikalarda sırasıyla % 12, 20, 36 ve 41; Al anot kullanıldığında
ise 1, 2, 3 ve 5. dakikalarda % 12, 28, 47 ve 56 olarak ölçülmüştür. Akım yoğunluğu 20
mA/cm2’ye yükseltilerek deneyler tekrarlanmış ve bu durumda Fe anot kullanıldığı durumda
KOİ giderme verimi 1, 2, 3 ve 5. dakikalarda sırasıyla % 12, 35, 41 ve 50 iken Al anot
kullanıldığında bu değerler % 12, 40, 60 ve 63 olarak bulunmuştur. DAF ve Karıştırma
Üniteleri çıkış suyundaki KOİ gideriminin zamanla değişimi Şekil 7 ve 8'de verilen
grafiklerde görülmektedir.
80
50
70
40
60
30
a
b
c
20
10
0
% KOI Giderimi
% KOI Giderimi
60
50
40
a
b
c
30
20
10
0
1
2
3
süre (dk)
a) DAF Ünitesi
5
1
2
süre (dk)
3
5
ŞEKİL 7- Fe anod kullanılarak KOİ giderme verimlerinin süre ve akım yoğunluğu ile
değişimi [U=12V, t~22oC ve a) i= 10 mA/cm2, b) i=15 mA/cm2, c) i=20 mA/cm2]
En iyi verim alüminyum anod kullanıldığı ve akım yoğunluğunun yüksek değerindeki
denemelerde elde edilmiştir. Gerek demir gerekse alüminyum anod kullanılması halinde KOİ
giderme veriminin uygulama süresi ile arttığı gözlenmiştir. Bu artış anod olarak Al elektrodlar
kullanıldığı zaman daha fazla olmuştur.
Karıştırma ünitesi çıkış suyuna 10 mA/cm2’lik akım yoğunluğu ve Fe anod kullanılarak
elektrokoagülasyon uygulanması durumunda KOİ giderme verimi 1, 2, 3 ve 5. dakikalarda
sırasıyla % 15, 28, 35 ve 41 ; aynı akım şartlarında Al anod kullanıldığında ise sırasıyla bu
değerler %12, 28, 32 ve 38 olarak hesaplanmıştır.
171
70
60
60
50
50
% KOI Giderimi
% KOI Giderimi
Hilal Y. AKBULUT
40
30
a
20
b
10
2
3
30
20
a
b
10
c
0
1
40
c
0
5
1
2
süre (dk)
a) DAF Ünitesi
süre (dk)
3
5
ŞEKİL 8- Al anod kullanılarak KOİ giderme verimlerinin süre ve akım yoğunluğu ile
Karıştırma Ünitesi çıkış sularına 15 mA/cm2’lik akım yoğunluğu Fe anod kullanılarak
uygulandığında KOİ giderme verimi 1, 2, 3 ve 5. dakikalarda sırasıyla %12, 38, 52 ve 68
olarak hesaplanmıştır. Al anod kullanıldığında ise 1, 2, 3 ve 5. dakikalarda elde edilen KOİ
giderme verimi %15, 31, 42, 54 olarak bulunmuştur. Karıştırma Ünitesi çıkış suyunun
elektrokoagülasyon ile arıtılması durumunda Fe anod ve yüksek akım yoğunluğunun
uygulanması KOİ giderimini artırmaktadır.
Bulanıklık Giderimi - Süre ve Akım Yoğunluğu İlişkisi
Bulanıklık gideriminin elektrokoagülasyon yöntemiyle farklı akım yoğunlukları ve zamanla
değişimi demir ve alüminyum anod kullanılarak ayrı ayrı incelenmiş ve sonuçlar Şekil 9'da
gösterilmiştir. DAF Ünitesi çıkış suyuna Fe anod kullanılarak 10 mA/cm2’lik akım yoğunluğu
uygulandığında, başlangıç değeri 17 NTU olan bulanıklığın 1. dakika sonunda 15 NTU, 2. 3.
ve 5. dakikalar sonunda ise sırasıyla 11, 8 ve 5 NTU değerlerine düştüğü gözlenmiştir.
16
16
12
10
a
14
b
12
c
8
6
4
2
Bulanıklık (NTU)
Bulanıklık (NTU)
14
a
b
10
c
8
6
4
2
0
0
1
2
3
süre (dk)
a) DAF Ünitesi
5
1
2
3
5
süre (dk)
ŞEKİL 9- Fe anod kullanılarak bulanıklığın süre ve akım yoğunluğu ile giderimi
172
Hilal Y. AKBULUT
Al elektrod kullanılması durumunda ise 1 dakikalık sürede bulanıklık değeri 15NTU iken süre 2
dakikaya çıkarıldığında 8NTU, 3.dakikada 4NTU, 5. dakikada 3NTU olarak ölçülmüştür.
16
16
14
a
12
b
10
c
8
6
4
2
Bulanıklık (NTU)
Bulanıklık (NTU)
14
a
12
b
10
c
8
6
4
2
0
0
1
2
3
5
1
süre (dk)
a) DAF Ünitesi
2
süre (dk)
3
5
ŞEKİL 10- Al anod kullanılarak Bulanıklığın süre ve akım yoğunluğu ile giderimi
Fenol Giderimi – Süre ve Akım Yoğunluğu İlişkisi
DAF ve Karıştırma Ünitelerinin çıkış sularında fenol giderimi için Fe ve Al anod kullanılarak
elektrokoagülasyon yöntemi uygulanmıştır. (Şekil 11 ve 12).
4,00
4,00
3,50
3,00
2,50
a
2,00
b
1,50
c
1,00
Fenol giderimi (mg/l)
Fenol giderimi (mg/l)
3,50
3,00
2,50
a
2,00
b
c
1,50
1,00
0,50
0,50
0,00
0,00
1,00
2,00
3,00
Zaman (dakika)
a)DAF Ünitesi
5,00
1,00
2,00
3,00
5,00
Zaman (dakika)
b)Karıştırma Ünitesi
ŞEKİL 11- Fe anod kullanılarak fenol konsantrasyonlarının süre ve akım yoğunluğu ile
Fe anod kullanılması durumunda başlangıç fenol konsantrasyonu 3.15 mg/L olan DAF
Ünitesi çıkış sularına 10 mA/cm2’lik akım yoğunluğu uygulandığında 1, 2, 3 ve 5.dakikalarda
fenol konsantrasyonu sırasıyla 3.5, 2.3, 1.5 ve 0.8 mg/L’ye ; Al anod kullanıldığında ise aynı
değerler 3.7, 2.5, 1.7, 1 mg/L’ye düşmüştür. Fe anod kullanılması ve akım yoğunluğunun 20
mA/cm2 olması halinde 1, 2, 3 ve 5.dakikalarda fenol değeri 3.1, 1.7, 1 ve 0.7mg/L; Al anod
kullanıldığında ise aynı değerler sırasıyla 3.4, 1.6, 0.98 ve 0.6 mg/lt olarak ölçülmüştür. Şekil
11a ve 12a incelendiğinde arıtma süresinin akım yoğunluğuna nazaran fenol gideriminde daha
etkin olduğu görülmektedir.
Elektrokoagülasyon yöntemi başlangıç fenol konsantrasyonu 3.5 mg/L olan Karıştırma
Ünitesi çıkış sularındaki fenolü gidermek için uygulandığında anod olarak aynı iki değişik
elektrod kullanılarak fenol giderimi kaşılaştırılmıştır. Bu durumda da DAF Ünitesi çıkış
sularında elde edilen sonuçlara yakın değerler elde edilmiştir. Ancak Al anodun bu atıksularda
biraz daha etkili olduğu görülmüştür. (Şekil 11b, 12b).
173
Hilal Y. AKBULUT
4.0
4.0
a
3.0
Fenol Giderimi (mg/l)
Fenol Giderimi (mg/l)
3.5
b
2.5
c
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
3.5
a
3.0
b
2.5
c
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
1
2
3
5
1.0
süre (dk)
a)DAF Ünitesi
2.0
3.0
süre (dk)
5.0
ŞEKİL 12- Al anod kullanılarak fenol konsantrasyonlarının süre ve akım yoğunluğu ile
Hidrokarbon Giderimi - Süre ve Akım Yoğunluğu İlişkisi
Elektrokoagülasyon yöntemi ile DAF ve Karıştırma Ünitesi çıkış sularında hidrokarbon
giderimi incelenmiş olup anod olarak Fe ve Al kullanıldığı durumlarda elde edilen sonuçlar
zamana ve farklı akım yoğunluklarına bağlı olarak Şekil 13 ve 14’de gösterilmiştir. DAF
ünitesi çıkış suyunda Fe anod kullanılması ve 10 mA/cm2 akım yoğunluğu uygulanması
durumunda 1. dakikada % 21 olan hidrokarbon giderimi 2. dakikada % 49, 3. ve 5. dakikalar
sonunda % 70 ve 75 değerlerine ; 15 mA/cm2 akım yoğunluğu uygulanması durumunda 1, 2,
3 ve 5. dakikalarda sırasıyla % 22, 55, 79, 80 ; 20 mA/cm2 akım yoğunluğu uygulanması
durumunda ise 1, 2, 3 ve 5. dakikalarda sırasıyla %23, 65, 80, 81 giderim verimi elde
edilmiştir.
100
100
80
60
40
a
20
b
0
c
1
2
3
Süre (dk)
a)DAF Ünitesi
5
Karıştırma Ünitesi çıkış suyunda Fe anod kullanılarak ve akım yoğunluğu olarak da 10
mA/cm2 uygulandığında 1. dakikada % 38 olan hidrokarbon giderim oranı 2. dakikada % 80,
3. dakikada % 83 ve 5. dakikada % 87 olarak ; Al anod kullanıldığında ise 1, 2, 3 ve 5.
dakikalar sonunda bu değerler sırasıyla % 16, 40, 49, 51’dir. Fe anod kullanılması ve 15
mA/cm2 akım yoğunluğu uygulanması durumunda 1, 2, 3 ve 5. dakikalar sonunda sırasıyla %
38, 85, 90 ve 91 değerleri ; Al anod kullanılması durumunda ise sırasıyla % 20, 45, 58 ve 57
olarak hesaplanmıştır. 20 mA/cm2 akım yoğunluğu uygulandığında bu değerler aynı
elektrodlar için 1, 2, 3 ve 5. dakikalar sonunda sırasıyla % 38, 86, 91 ve 92 ve % 30, 60, 63 ile
68 sonuçları elde edilmiştir.
80
60
40
a
b
20
c
0
1
2
3
5
Süre (dk)
ŞEKİL 13- Fe anod kullanılarak hidrokarbon gideriminin süre ve akım yoğunluğu ile
Sekil 13 ve 14’deki grafiklerden de görüldüğü gibi DAF ve Karıştırma Üniteleri çıkış
sularında elektrokoagülasyon metoduyla hidrokarbon giderme verimleri hem süre ile hem de
akım yoğunlukları ile artmaktadır. Ancak Karıştırma Ünitesinin çıkış suyu arıtımında bu arıtş
174
Hilal Y. AKBULUT
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
100
a)DAF Ünitesi
başlangıçta daha hızlı olmaktadır. Ayrıca hidrokarbon gideriminde Fe anod kullanılmasının
daha etkili olduğu görülmektedir.
a
b
c
1
2
3
80
60
a
b
40
20
c
0
1
5
2
3
5
süre (dk)
süre (dk)
a)DAF Ünitesi
ŞEKİL 14- Al anod kullanılarak hidrokarbon gideriminin süre ve akım yoğunluğu ile
Yağ ve gres Giderimi – Süre ile Akım Yoğunluğu İlişkisi
Elektrokoagülasyon işleminin uygulandığı DAF ve Karıştırma Ünitesi çıkış sularında yağ ve
gres giderimi Fe ve Al anod kullanılarak değişik akım yoğunluklarında arıtma zamanına bağlı
olarak incelenmiş ve sonuçlar Şekil 15 ve 16’da gösterilmiştir.
90
80
80
70
a
60
b
60
c
Yağ ve gres 50
Giderimi 40
%
30
Yağ ve gres
50
Giderimi
40
%
30
70
20
a
b
c
20
10
10
0
1
2
3
süre (dk)
a)DAF Ünitesi
5
0
1
2
3
5
süre (dk)
ŞEKİL 15- Fe anod kullanılarak yağ ve gres gideriminin süre ve akım yoğunluğu ile değişimi
DAF ünitesi çıkış suyunda 10 mA/cm2 akım yoğunluğu uygulandığında Al elektrodda en
fazla verim alınmakta, 15 mA/cm2 akım yoğunluğu uygulandığında Fe elektrodda en fazla
verim alınırken, 20 mA/cm2 akım yoğunluğu uygulandığında Fe ve Al elektrodlarında aynı
verim elde edilmiştir. Ayrıca süre arttıkça her iki elektrod kullanımında da verimin arttığı
tespit edilmiştir (Şekil 14a-15a).
175
Yağ ve
gres
Giderimi
%
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Hilal Y. AKBULUT
90
80
a
a
70
b
b
60
Yağ ve
50
gres
Giderimi 40
%
30
c
c
20
10
1
2
3
5
süre (dk)
a)DAF Ünitesi
0
1
2
3
5
süre (dk)
ŞEKİL 16- Al anod kullanılarak yağ ve gres gideriminin süre ve akım yoğunluğu ile değişimi
Karıştırma ünitesi çıkış suyunda ise yağ ve gres giderimi Şekil 15 b ve 16 b’deki grafiklerden
görülmektedir. Grafikler incelendiğinde en yüksek verim 20 mA/cm2 akım yoğunluğu ve
anod olarak Fe elektrod seçildiğinde elde edildiği görülmektedir.
4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Bu çalışmada, Tüpraş İzmit Rafinerisinin Plant19/21 Yağlı Atıksu Arıtma Tesisi içinde yer
alan DAF ve Karıştırma Ünitelerinden alınan atıksuların elektrokimyasal yöntemlerden
elektrokoagülasyon ve elektroflotasyon uygulanarak arıtılabilirliği KOİ, Bulanıklık, Fenol,
Hidrokarbon ve Yağ-Gres parametreleri izlenerek incelenmiştir. Elektroflotasyon ve
elektrokoagülasyon metodlarında maliyeti etkileyici parametre elektrik sarfiyatıdır. Örneğin
0,5 m3/saat debisi olan bir atıksuyun 30 x 60 cm boyutlarında bir reaktörde 15dk
elektroflotasyonu sonucu 0.488 kW saat/m3 elektrik enerjisi ihtiyacı olacaktır.
Çalışmanın sonucunda, petrokimya atıksularının arıtılmasında arıtma tesisinin biyolojik
kademesinden önce elektroflotasyon veya elektrokoagülasyon yöntemlerinin kullanılmasının
biyolojik arıtmanın yükünü hafifleteceği ve çıkışta deşarj edilecek suyun kalitesini artıracağı
açık olarak görülmektedir. Elektrokimyasal yöntemler, daha az kimyasal madde ihtiyacının
olması, kurulmalarının ve işletilmelerinin basitliği ile daha az elektrik enerjisi ihtiyaçlarının
olması nedeniyle klasik yöntemlerin -bu çalışma için fizikokimyasal yöntemler- yerine tercih
edilebilirler.
KAYNAKLAR
Acuna-Askar, K. Englande, AJ. Hu, C. Jin, G. (1999) ‘Methyl tertiary-butyl ether
biodegradation in batch and continuous upflow fixed-biofilm reactors’, Proc Int Assoc Water
Qual Waste Minimisation End of Pipe Treatment Chem. Petrochem Ind Conf, Merida,
Yucatan, Mexico.
Castillo, L. El Khorassani, H. Trebuchon, P. Thomas, O. (1999) ‘UV treatability test for
chemical and petrochemical wastewater’, Water Sci Technol 39: 17-23.
Charest, A. Bisaillon, JG. Lepine, F. Beaudet, R. (1999) ‘Removal of phenolic compounds
from a petrochemical effluent with a methanogenic consortium’, Can J Microbiology 45: 235241.
Chen, X. Chen, G. Yue, PL. (2000) ‘Separation of pollutants from restaurant wastewater by
electro-coagulation’, Separation Purification Tech 19: 65-76.
Chou, SS. Huang, YH. Lee, SN. Huang, GH. Huang, CP. (1999) ‘Treatment of High Strength
Hexamine-Containing Wastewater by Electro-Fenton Method’, Water Research 33: 751-756.
176
Hilal Y. AKBULUT
Demirci, S. Erdogan, B. Ozcimder, R. (1998) ‘Wastewater treatment at the petroleum refinery
(Kirikkale, Turkey) using some coagulants and turkish clays as coagulant aids’, Water
Research 32: 3495-3499.
Edwards, W. Leukes, WD. Bezuidenhout, JJ. (2002) ‘Ultrafiltration of petrochemical
industrial wastewater using immobilised manganese peroxidase and laccase: application in the
defouling of polysulphone membranes’, Desalination 149: 275-278.
Huang, Y-H. Chou, S. Perng, M-G. Huang, G-H. Cheng, S-S. (1999) ‘Case study on the
bioeffluent of petrochemical wastewater by electro-fenton method’, Water Sci Technol 39:
145-149.
Israilides, CJ. Vlyssides, AG. Mourafeti, VN. Karvouni, G. (1997) ‘Olive oil wastewater
treatment with the use of an electrolysis system’, Bioresource Technol 61: 163-170.
Jiang, J-Q. Graham, N. André, C. Kelsall, GH. Brandon, N. (2002) ‘Laboratory study of
electro-coagulation-flotation for water treatment’, Water Research 36: 4064-4070.
Juang, L-C. Tseng, D-H. Yang, S-C. (1997) ‘Treatment of petrochemical wastewater by
UV/H2O2 photodecomposed system’, Water Sci Technol 36: 357-365.
Kardasz, K. Kedzierska, E. Konopka, M. Majzner, M. Kempinski, R. Wilkanowicz, L. (1999)
‘Studies on disposal of waste from petrochemical industry containing various organic
impurities’, Przem Chem (Pol) 78: 216-220.
Karpuzcu, M. Dimoglo, A. Akbulut, H-Y. (2002) ‘Agro-industrial wastewater purification by
means of electro-floto-coagulation’, Water Sci Technol 45: 233-240.
Karpuzcu, M. Dimoglo, A. Akbulut, H-Y. (2000) ‘Wastewater, including cyanide and
chrome, treatment with electrochemical methods’, I.National Control of Environmental
Pollution Symposium, 4-6 November, Ankara.
Kim, T-H. Park, C. Lee, J. Shin, E-B. Kim, S. (2002) ‘Pilot scale treatment of textile
wastewater by combined process (fluidized bio film process – chemical coagulation –
electrochemical oxidation)’, Water Research 36: 3979-3988.
Longhi, P. Vodopivec, B. Fiori, G. (2001) ‘Electrochemical treatment of olive oil mill
wastewater’, Ann. di Chimica 56: 169-174.
Matteson, MJ. Dobson, RL. Glenn, RW. Kukunor, NS. Waits, WH. Clayfield, EJ. (1995)
‘Electro-coagulation and separation of aqueous suspensions of ultra-fine particles’, Colloids
and Surfaces: A — Physicochem Engin Aspects 104: 101-108.
Mills, D. (2000) ‘A new process for electro-coagulation’, J. Am. Water Works Assoc 92: 3440.
Müler, K. (1992) ‘Electroflotation from the double layer to trouble waters’, In: Oliver J et al
(eds), Electrochemistry in Transition. Plenum Press, New York.
Patino, P. (1999) ‘Treatment of wastewater from oil industry drilling’, Inform Technol 10: 4147.
Persin, MF. Rumean, FM. (1992) ‘Intensive treatment by electro-coagulation-flotation –
tangential flow microfiltration in areas of high seasonal population’, Water Sci Technol 25:
247-254.
Pouet, MF. Grasmick, A. (1995) ‘Urban wastewater treatment by electro-coagulation and
flotation’, Water Sci Technol 31: 275-283.
Rajeshwar, K. Ibanez, JG. (1997) ‘Environmental electrochemistry: fundamentals and
applications in pollution abatement’, Academic Press, San Diego.
177
Hilal Y. AKBULUT
Romanov, A. Kobya, M. Dimoglo, A. (2000a) ‘Removal of colloidal particles from waste
waters by electro-floto-coagulation’, Proc. 8th Control of Industrial Pollution Symposium.
Istanbul, pp: 67-74.
Romanov, A. Dimoglo, A. Karpuzcu, M. Matveevich, VA. (2000b) ‘Water Processing by
Electrical Flotation Aiming in its Bactericidal and corrosive Activity Decrease’, In: Sequeira
C.A.C (Ed). Microbial corrosion. IOM Communications Ltd. London, pp: 238-250.
Sequeira, C.A.C. (1996) ‘Electrochemical Approach to Pollutants Removal and Destruction,
Mineral Processing and the Environment’, In: Gallios GP, Matis KA (Eds), NATO ASI
Series, 2. Environment-Vol.43: 111-128, Kluwer Academic Publ. Netherlands.
Sponza, DT. (2003) ‘Investigation of extracellular polymer substances (EPS) and
physicochemical properties of different activated sludge flocs under steady-state conditions’,
Enzyme Microb Technol 32: 375-385.
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 19th ed. APHA, AWWA,
WPCF (1995) Washington, DC.
Vik, EA. Carlson, DA. Eikum, AS. Gjessing, ET. (1984) ‘Electro-coagulation of potable
water’, Water Res 18: 1355-1360.
Wise, HE. Fahrenthold, PD. (1981) ‘Predicting priority pollutants from petrochemical
processes’, Environ Sci Tech 15: 1292-1304.
Wong, JM. (2000) ‘Petrochemicals’, Water Environ Res 72: 1-21.
Xiong, Y. Strunk, PJ. Xia, H. Zhu, X. Karlsson, HT. (2001) ‘Treatment of dye wastewater
containing acid orange II using a cell with three-phase three-dimensional electrode’, Water
Res 35: 4226-4230.
Yousuf, M. Mollah, A. Schennach, R. Parga, JR. Cocke, DL. (2001) ‘Electro-coagulation
(EC) - science and applications’, J Hazard Mater B84: 29-41.
178

352 KB - TMMOB Çevre Mühendisleri Odası

Transkript

Benzer belgeler

TMM MP 700-3AC - TMM Tahribatsız Malzeme Muayene

BCI kontrol ünitesi, BWS`nin yerini alır Genel

CamBoss Kanal Görüntüleme Sistemi

TÜRKÇE BROŞÜR iÇiN TIKLAYINIZ