PROF. DR. TÜLAY ÖZBELGE

Catalytic ozonation of industrial textile wastewaters in a three phase fluidized bed reactor Boya içeren endüstriyel atık suların akışkan yataklı bir reaktörde katalitik ozonlama ile arıtılması

Çeşitli miktarlarda boyar madde, yüzey aktif madde ve zararlı kimyasallar içeren yoğun renkli tekstil atık sularının giderimi biyolojik yöntemlerle sağlanamamaktadır. Son dönemlerde, ozonlama tekstil atık sularının arıtımında etkileyici bir metot olarak görülürken, ileri oksidasyon tekniklerinden (İOP) birisi olan katalitik ozonlama, sudaki organik kirleticilerin, daha az ozon tüketimiyle daha yüksek verimlerde giderimlerini sağlamak amacıyla uygulanmaktadır. Bu çalışmada, AKSA A.Ş. (Yalova, İstanbul)’den temin edilen endüstriyel tekstil atık suyunun (ITWW) katalitik ozonlanması üç fazlı akışkan yataklı bir reaktör kullanılarak farklı çalışma koşullarında araştırılmıştır. Reaktör girişindeki kimyasal oksijen ihtiyacı konsantrasyonunun (CODin), pH’nın, farklı katalizör tiplerinin [perflorooktil alümina (PFOA) ve alümina] ve katalizör miktarlarının ozonlama prosesi üzerindeki etkileri tayin edilmiştir. Bununla beraber, gaz ve sıvı akış hızlarının atık su bünyesindeki organiklerin giderim verimleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Reaktördeki sıvı-faz kargaşasının (türbulans) ozonlama üzerindeki etkilerini inceleyebilmek amacıyla farklı gaz ve sıvı hızlarındaki dağılım katsayıları (DL) ve hacimsel ozon-su kütle transfer katsayıları (kLa) hesaplanmıştır. Gaz akış hızının sıvı akış hızına oranı sabit tutularak, gaz ve sıvı akış hızlarının birlikte arttırılmasıyla sıvı-faz kargaşasındaki seviyenin yükselmesi nedeniyle organik giderim verimlerinin yükseldiği gözlemlenmiştir.

Catalytic ozonation of synthetic wastewaters containing three different dyes in a fluidized bed reactor Üç farklı boya içeren sentetik atık suların akışkan yataklı reaktörde katalitik ozonlanması

Çevresel yönetmelikler, endüstriyel tekstil atık sularının içinde bulunan inorganik ve organik kimyasallar için çeşitli sınırlamalar getirmiştir. Bu kimyasal maddelerin arıtılması için literatür çalışmalarında birçok çeşitli metod kullanılmaktadır. Bu metodlar içerisinde ozonlama en çok kullanılan yöntemlerden biridir. Son yıllarda, ileri oksidasyon prosesleri (AOPlar) olarak bilinen yöntemlerden biri olan katalitik ozonlama, ozon tüketimini azaltmak ve Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) ve Toplam Organik Karbon (TOK) giderimini artırmak için uygulanır. Bu çalışmada ozonlama ve katalitik ozonlama yöntemlerinin etkisi yarı kesikli ve üç fazlı akışkan yataklı reaktörlerde tek boya ve karışık boya solüsyonlarında incelenmiştir. Bu boyalar Bazik Mavi 41 (BB-41), Bazik Sarı 28 (BY-28) ve Bazik Kırmızı (BR-18.1)’dır, ve AKSA A.Ş. (Yalova, İstanbul) tekstil fabrikası tarafından temin edilmiştir. Karışık boya solusyonundaki boyaların her birinin konsantrasyonunu ayrı ayrı olarak elde edebilmek amacıyla bazı ?absorbans ? konsantrasyon? kalibrasyon bağıntıları geliştirilmiş ve bu bağıntılar boyaların ayrı ayrı giderimlerinin incelenmeleri fırsatını sunmuştur. Reaktör girişindeki toplam boya konsantrasyonunun (Cd,in), sıvı ve gaz fazlarının akış hızlarının, pH’nın, farklı katalizör tiplerinin [perflorooktil alümina (PFOA) ve alümina] ve katalizör miktarlarının ozonlama prosesi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Katalizör karakterizasyon analizleri hazırlanan katalizörün deneyler sırasında maksimum kullanım sayısının bulunması amacıyla yapılmış ve analizler sonucunda bu değer 3 kez kullanım olarak belirlenmiştir. Gaz yıkama şişelerinde yapılan deneylerde, bir mol boyanın oksidasyonu için kaç mol ozon gerektiği belirlenmiştir. BB-41, BR-18.1 ve BY-28 boyalarının oksidaysonu yarı kesikli reaktörde tek boya solusyonları olarak ozonlama ve katalitik ozonlama deneyleri, alümina ve PFOA katalizörleri kullanılarak araştırılmıştır. En yüksek TOK ve KOİ giderimleri sırası ile %58.3 ve %62.9 olarak BB-41 boyası için, %55.2 ve BB-41 için %58.8 BR-18.1 boyası ile yapılan deneylerde, pH değeri 10 iken alümina katalizörü ile elde edilmiştir. Fakat BY-28 boyası ile yapılan deneylerde En yüksek TOK ve KOİ giderimleri sırası ile %61.3 ve %66.9 olarak pH değeri 4 iken PFOA katalizörü ile elde edilmiştir. Minimum akışkanlaşma hızı (uL,min), gaz, sıvı ve katı fazlarının reaktörde tutulma oranları, dağılım katsayıları (DL) ve hacimsel ozon-su kütle transfer katsayıları (kLa) reaktördeki sıvı-faz kargaşasının (türbulans) ozonlama üzerindeki etkilerini inceleyebilmek amacıyla farklı gaz ve sıvı hızlarında hesaplanmıştır. Çalışmadaki deneyler sırasında kullanılan iki katalizörün de solusyon pH’ına göre değişik şekilde hareket ettikleri gözlemlenmiştir. PFOA katalizörü BY-28 boyasının asidik ortamda boya giderim verimliliğini yükselttiği gözlemlenirken, BB-41 ve BR-18.1 boyalarının alumina katalizörü ile alkalin ortamda asidik ortamla karşılaştırıldığında boya verimliliğinin daha fazla olduğu görülmüştür. Akışkan yataklı reaktördeki katalitik ozonlama reaksiyonları için, üç boyanın karışımının ozonlanması deneylerinde BY-28 için en yüksek boya giderimi %99.29 olarak gaz debisi (QG) 340 L/sa, sıvı debisi (QL) 150 L/sa ve pH=4 şartlarında, her boyadan 30 mg/L içeren sentetik boya solusyonun PFOA katalizörü ile ozonlanması sonucu elde edilmiştir. BR-18.1 ve BB-41 boyaları için sırası ile %95.39 ve %97.95 olarak QG = 340 L/sa, QL = 150 L/sa ve pH=10 şartlarında, her boyadan 30 mg/L içeren sentetik boya solusyonun alumina katalizörü ile ozonlanması sonucu elde edilmiştir. En yüksek TOK ve KOİ giderimleri sırası ile %25.2 ve %32.4 olarak 3 boyayı da içeren sentetik boya solusyonun PFOA katalizörü kullanılarak pH=4 için ve gaz debisinin sıvı debisine oranı 2.26 (QG = 340 L/sa, QL = 150 L/sa) için elde edilmiştir; gaz ve sıvı debileri en yüksek boya giderimi elde edilen deneysel koşullardaki debi değerleri ile aynıdır. Empirik TOK giderim denklemleri giriş TOK değeri, solüsyon pH değeri, gaz ve sıvı akış hızları cinsinden elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Katalitik ozonlama, endüstriyel tekstil atık suları, perflorooktil alümina (PFOA), alümina