EK-11 Sonuç Raporu Formatı
ANKARA ÜNİVERSİTESİ
BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ
KOORDİNASYON BİRİMİ KOORDİNATÖRLÜĞÜNE
Proje Türü
:Altyapı
Proje No
: 12A4240002
Proje Yöneticisi
: Doç. Dr. Kamran Polat
Proje Konusu
: Endüstriyel Atık Su Arıtımında Kullanılacak Bilgisayar Kontrollü
Elektrokoagülasyon Prosesinin Geliştirilmesi ve İşletim Koşullarının Araştırılması
Yukarıda bilgileri yazılı olan projemin sonuç raporunun e-kütüphanede yayınlanmasını;
İSTİYORUM
İSTEMİYORUM
…/…/20..
Proje Yöneticisi
İmza
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
ANKARA ÜNİVERSİTESİ
BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJESİ
SONUÇ RAPORU
Proje Başlığı
Endüstriyel Atık Su Arıtımında Kullanılacak Bilgisayar Kontrollü Elektrokoagülasyon Prosesinin Geliştirilmesi ve İşletim
Koşullarının Araştırılması
Proje Yürütücüsünün İsmi
Doç. Dr. Kamran Polat
Yardımcı Araştırmacıların İsmi
Prof.Dr.Mustafa ALPBAZ, Prof.Dr.Hale HAPOĞLU, Prof.Dr.Hasan TOĞRUL, Prof.Dr.Zehra ZEYBEK, Yrd.Doç.Dr.Suna ERTUNÇ,
Araş.Gör.Şule CAMCIOĞLU, Uzm.Nilüfer VURAL, Lütfiye Canan PEKEL, Saidat Olanıpekun GİWA
Proje Numarası
12A4240002
Başlama Tarihi
05.03.2012
Bitiş Tarihi
05.06.2014
Rapor Tarihi
08.09.2014
Ankara Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri
Ankara - " 2014 "
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
RAPOR FORMATI
I.
Projenin Türkçe ve İngilizce Adı ve Özetleri
PROJENİN TÜRKÇE ADI
Endüstriyel Atık Su Arıtımında Kullanılacak Bilgisayar Kontrollü Elektrokoagülasyon
Prosesinin Geliştirilmesi ve İşletim Koşullarının Araştırılması
ÖZET
Elektrokimyasal yöntemlerle endüstriyel atık su arıtım proseslerinde yüksek arıtım verimi
elde edebilmek için işletim şartlarının iyi belirlenmesi ve bu işletim şartlarının istenilen
düzeyde tutulması gerekmektedir. Uygun işletim şartlarının oluşturulması için sıcaklık, pH,
iletkenlik gibi proses parametrelerinin optimum değerlerinde tutulması amaçlanmalıdır.
Bilgisayar sistemlerinin gelişmesi ve elektrokimyasal arıtma tekniklerinin endüstrideki
kullanım alanlarının artmasıyla, arıtma proseslerinin bilgisayar kontrolü ve uzaktan işletimi
gittikçe önem kazanmıştır. Söz konusu elektrokimyasal prosesler incelendiğinde zamanla
değişen birçok parametrenin proses üzerinde etkisi olduğu görülmektedir. Bunun yanında
doğrusal olmayan yapıları ile kontrolleri ve optimizasyonları zordur. Büyük bir hızla
gelişen teknolojinin yarattığı rekabet ve her türlü endüstriyel üretimin sebep olduğu çevre
problemleri dikkate alınırsa, bu tür problemlerin çözümünde uzaktan işletim ve izlemeye
olanak sağlayan kontrol algoritmalarının ülkemizde de geliştirilme zorunluluğunun önemi
anlaşılacaktır. Proses değişkenlerinin çok sayıda olması, bu değişkenlerin on-line
bilgisayarlarla anlık ve sürekli olarak kontrol edilmesini zorunlu kılar. Arıtım veriminin
istenilen düzeyde olması için, sistem değişkenlerinin gerçek zamanlı olarak takibinin
yanında, sistemde oluşan yük etkilerinin kontrolü ve arıtım sırasında oluşabilecek
değişimlerin on-line olarak tespit edilebilmesiyle sağlanabilecektir.
Bu çalışmada elektrokoagülasyon tekniği ile farklı endüstriyel proseslerin arıtma
ünitesinden alınan petrokimyasal atık su, tekstil atıksuyu ve kağıt atıksularının arıtımı
yapılmıştır. Kesikli olarak çalıştırılan bir arıtım prosesinde elektrokoagülasyon ile arıtım
için en uygun işletim parametreleri belirlenmiştir. Kontrol amacına yönelik sistem modeli
geliştirilmiş, kontrol sistemleri kullanılarak minimum enerji ve zaman ile arıtma
sağlanmıştır.
PROJENİN İNGİLİZCE ADI
To use in industrıal wastewater treatment, development of electrocoagulatıon process
control wıth computer and investıgatıon of operatıng conditions.
ABSTRACT
To achieve high removal efficiency in industrial wastewater treatment processes by
electrochemical methods, the operating conditions should be determined very well and
these operating conditions have to be kept at the desired level. To establish the appropriate
operating conditions, it is aimed that process parameters such as temperature, pH,
conductivity should be kept at the optimum values.
The development of computer systems and the increase in area of use of electrochemical
treatment techniques in the industry, the computer control and remote operation of
treatment processes has gained increasing importance. By examining electrochemical
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
processes in question, it is seen that several time-varying parameters have effects on the
process. In addition, controls and optimization is difficult because of their non-linear
structures.By taking into account a big competition created by rapidly evolving technology
and environmental problems caused by all kinds of industrial production, to understand the
importance of the requirement of the solution of problems of this kind of control algorithms
that allow remote operation and monitoring is necessary in our county. Because of a large
number of process variables it is necessary to control variables on-line by using short time
interval. To have treatment efficiency at the desired level, real-time monitoring of system
variables, as well as control of the effects of load on the system and on-line detection of
changes that may occur during treatment will be provided.
In this study, the wastewater has been obtained from wastewater treatment unit of
petrochemical, textile and paper industries and by electrocoagulation technique, the
wastewater treatment has been achieved. The most suitable operating parameters have been
determined by electrocoagulation in a batch process. The system model has been developed
for the control purpose. The treatment has been provided by using control systems with
minimum power consumption.
II.
Amaç ve Kapsam
Atıksu arıtımı için fiziksel yöntemler, kimyasal yöntemler, biyolojik yöntemler ve ileri
arıtma prosesleri kullanılmaktadır. Elektrokimyasal prosesler, ileri arıtma prosesleri
arasından en hızlı gelişen, uygulanan ve gelecekte daha fazla uygulama olanağına sahip
olan proseslerdir. Atıksuların arıtılması için en çok kullanılan elektrokimyasal prosesler,
elektrooksidasyon, elektroflotasyon ve elektrokoagülasyon (EC) prosesleridir. EC
ünitesinin geliştirilmesi ve optimizasyonu için;
•
•
•
•
•
pH
Akım yoğunluğu
İletkenlik
İşletme süresi
Elektrot materyalinin tipi ve bağlantı şekli
gibi proses konfigürasyonlarının ayrıntılı bir şekilde göz önüne alınması gerekmektedir.
Elektrokoagülasyon yöntemi ile endüstriyel atık suların arıtılması giderek önem
kazanmakta ve uygulama alanı bulmaktadır. Ülkemizde elektrokimyasal prosesler
önündeki en büyük engel prosese etki eden parametrelerin kontrolüne yönelik donanım ve
yazılımlar bakımından dışa bağımlı olmamızdır. Bu proje ile elektrokoagülasyonda etken
olan parametrelerin kontrolüne olanak sağlayacak kontrol ünitelerinin geliştirilmesi
amaçlanmıştır. Bu temel amaca ek olarak geliştirilen sistemin işletiminin gerçekleştirildiği
donanımların sağlanması ve yazılımların geliştirilmesi hedeflenmiştir.
III.
Materyal ve Yöntem
Bu çalışmada atık su arıtımı için elektrokoagülasyon yöntemi kullanılmıştır. Elektrik akımı
kullanılarak, çözünmüş ve partikül halindeki süspansiyon maddeler, suyun üzerinde bir
tabaka oluşturmuş ve bu maddeler atık sulardan ayrılarak uzaklaştırılmıştır. Çöken kısım da
arıtma bitiminde uzaklaştırılmıştır. Burada reaksiyon için uygun bir süre tespit edilmiştir.
Akım yoğunluğu, atıksu iletkenliği, elektrotlar arası mesafe ve pH değeri gibi değişkenlerin
arıtma verimine etkisi araştırılmıştır. Bu teknoloji proses kontrol ile birleştirilerek daha iyi
arıtım sağlanmıştır. Arıtma çamuru vb kirleticilerin oranı oldukça azaltılmıştır.
Elektrokoagülasyon deneyleri için korozyona dayanıklı plexiglass malzemeden yapılmış
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
dikdörtgen kesitli elektrokoagülasyon reaktörü, eletrot sayısı ve elektrotlar arası mesafeyi,
eletrotların reaktör tabanına olan mesafelerinin ayarlanmasına olanak sağlayacak
otomasyon sistemini de kapsayacak şekilde tasarlanarak imalat gerçekleştirilmiştir.
Elektrokoagülasyon deneylerinde her biri 45 mm x 53 mm x 3 mm boyutlarında, 2385 mm2
aktif yüzey alanına sahip alüminyum elektrotlar kullanılmıştır. Elektrokoagülasyon
reaktöründe akım ve voltaj dijital doğru akım güç kaynağı ile sağlanmış ve bir kontrol
elemanı vasıtasıyla kontrol edilmiştir. Elektrokoagülasyon deneylerinde çalışılacak
elektrolit, elektrolit tankından ortama beslenmiş ve ortamdaki iletkenliğin kontrol edildiği
bir kontrol elemanı vasıtasıyla başlangıçta arzulanan iletkenlik düzeyine getirilmiştir.
Arıtma süresince de ortam iletkenliği kontrol altında tutulmuştur. Elektrokoagülasyon
reaktörü içinden akım geçtiğinden reaktör içinde ısınma artarak sıcaklık yükselişi görülür.
Reaksiyonun istenen şartlarda oluşturulabilmesi için ilgili sıcaklığın istenen değerde sabit
tutulması gerekmektedir. Bu amaçla kimyasal endüstrilerde çok kullanılan ısıtma ve
soğutma sistemlerinin (heating-cooling system) bu reaktöre monte edilmesi gerekmiştir.
Soğutma sistemini elde edebilmek için içinden soğutma suyu geçen soğutma levhası monte
edilmiştir. Ayrıca ısıtmayı sağlamak için de yine reaktörün içine dalgıç ısıtıcı konmuştur.
Elektrokoagülasyon reaktörünün sıcaklığını istenen değerde kontrol etmek için bilgisayar
kontrol sistemleri kullanılmıştır. Bu amaca dönük olarak soğutma levhasının içinden geçen
soğutma suyunun akış hızını ayarlamak için bilgisayar kontrollü bir peristaltik pompa
kullanılması düşünülmüştür. Ortam pH’ını kontrol etmek amacıyla reaktör içi pH değerinin
ölçüldüğü bir ölçüm elemanı sisteme daldırılmış ve ölçülen değer bilgisayara kablolu
olarak iletilmiştir. Bilgisayar tarafından yapılan hesaplamalar sonunda elde edilen bilgiler
peristaltik pompaya gönderilmiş ve gerekli asit ve baz akış hızları ayarlanmıştır. Buna
benzer şekilde iletkenlik ölçümleri reaktör içi için yapılmış, bilgisayara nakledilmiş,
yapılan hesaplamalardan sonra yine gerekli sinyaller tuz akış hızını ayarlayan peristaltik
pompaya gönderilerek akış hızı ayarlanmıştır. Bulanıklık ölçümleri için türbidimetre cihazı
kullanılmıştır. Alınan bulanıklık ölçümleri bilgisayara aktarılmıştır. Elektrokoagülasyon
reaktöründe gerekli çöktürmeyi yapabilmek için potansiyostat kullanılmıştır. İstenen
değerde çöktürme elde edilemediği zaman bilgisayardan gönderilen sinyallerle
potansiyostat ayarlanmış ve elektrotlara giden akım istenen değerde tutulmuştur. Ayrıca
DO metre ile reaktördeki çözünmüş oksijen miktarı ölçülerek bilgisayara iletilmiştir.
IV.
Analiz ve Bulgular
Proje kapsamında petrokimya, tekstil ve kağıt endüstrileri atık suları ile çalışılmıştır.
Tekstil ve petrokimya atık suyu arıtım çalışmaları tamamlanmış olup kağıt atık suyu arıtım
çalışmaları devam etmektedir. Söz konusu çalışmalardan iki adet doktora tezi
tamamlanmış, bir tanesi halen devam etmektedir.
Petrokimyasal Atıksuların Arıtılması ile ilgili yapılan çalışma sonuçları
IV.1. Elektrokoagülasyon Yönteminde İşletme Parametrelerinin Elektrot Çözünmesi,
Arıtılan Çözelti Sıcaklığı ve Enerji Tüketimine Etkisi
Bu bölümde farklı işletme parametre değiştirilmesinin elektrot çözünmesi, elektrolit
özellikleri (pH ve sıcaklık) ve enerji tüketimine etkisi incelenmiştir.
IV.1.1 İşletme Parametrelerinin Elektrot Çözünmesine Etkisi
Oda sıcaklığında ve soğutma ceketi ile yapılan deneylerde elektrot çözünmesinin 1.5 g/L
NaCl derişime kadar akım artırılmasıyla arttığı gözlenmiştir. Tablo 4.1’de gösterildiği
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
gibi, oda sıcaklığında, 0.5 g/l NaCl ve 45 dakika işletme süresi parametrelerinde akım
değeri 0.5 A ‘den, 1.0 A, 1.5 A ve 2.0’ye kadar sırasıyla artırıldığında Al dozu 0.4002
g’dan 0.6695 g, 0.9327 g, ve 1.6944 g ‘a kadar artmıştır. Aynı koşullarda ama sistemi
soğutmasıyla, akım değerleri 0.5 A, 1.0 A, 1.5 A ve 2.0 A iken sırasıyla Al dozu 0.3347 g,
0.6025 g, 0.8601 g ve 1.4499 g olarak ölçülmüştür (Tablo 4.2). Ancak, 2 g/l NaCl
derişimde, oda sıcaklığında elektrot dozu akım arttırılmasıyla artarken soğutmalı sistemde
1.5 A’dan sonra akımın artırılmasının elektrot çözünmesini etkilemediği görülmüştür.
Tablo 4.1 Al elektrot çözünmesine işletme parametrelerin etkisi (reaktör çevresi: oda
sıcaklığı)
Oda sıcaklığında elektrot dozu (D), g (TOda~ 25 0C)
Akım, A 0.5 g/l NaCl 1.0 g/l NaCl
1.5 g/l NaCl
2.0 g/l NaCl
0.5
0.4002
0.3087
0.2870
0.3704
1.0
0.6695
0.4737
0.8772
0.7443
1.5
0.9327
0.9650
1.1675
0.7832
2.0
1.6944
1.2214
1.2508
1.3138
Tablo 4.2 Sistem soğutulduğunda farklı NaCl derişim değerlerinde Al elektrot
çözünmesine akımı etkisi
Akım, A
0.5
1.0
1.5
2.0
Ceket ile yapılan deneylerde elektrot dozu (D), g (Tceket= 5 0C)
0.5 g/l NaCl
1.0 g/l NaCl
1.5 g/l NaCl
2.0 g/l NaCl
0.3347
0.3608
0.2923
0.3157
0.6025
0.6695
0.7595
1.6405
0.8601
0.7832
0.9316
1.7578
1.4499
1.4238
1.0445
1.7705
IV.1.2 İşletme Parametrelerinin pH Değişmesine Etkisi
Düşünce olarak, elektrotlara uygulanan akımın arttırılmasının arıtılan çözeltinin son pH
değerinin artmasına sebep olması gerekmektedir. Çünkü elektroliz esnasında Al(OH)3
oluşumu çözelti pH değerini arttırır. Akımın arttırılması ise Al(OH)3 oluşumu hızını
arttırabilir. Çalışılan bütün işletme koşulları altında, kullanılan suyun son pH değerinin
başlangıç pH değerinden daha büyük olduğu tespit edilmiştir. Ancak, bütün reaktör çevre
sıcaklığı ve NaCl derişimi değerlerinde akımın arttırılmasının çözelti son pH değerini
önemli bir şekilde etkilemediği bulunmuştur. Örneğin, oda sıcaklığında, 45 dakika ve 0,5
g/l NaCl derişimde son pH değerinin akımın artırılmasıyla önce azaldığı sonra arttığı
gözlenmiştir (Tablo 4.3). Sistem soğutulduğunda aynı işletme koşullarında (45 dakika ve
0.5 g/l NaCl) akım arttırılırken son pH değerinin önce arttığı sonra azaldığı görülmüştür
(Tablo 4.4). Bu sonuçlar elektrokoagülasyon süreçlerinin karmaşık olduğunu
göstermektedir. Böylece, bu tür sistemler yalnız teorik açıdan tahmin edilemez.
Tablo 4. 3. Oda sıcaklık ve farklı NaCl derişim değerlerinde son pH değerlerine akım etkisi
Oda sıcaklığında son pH
Akım, A
0.5 g/l NaCl
1.0 g/l NaCl 1.5 g/l NaCl
2.0 g/l NaCl
0.5
7.97
8.43
8.51
8.78
1.0
7.90
8.12
8.67
8.47
1.5
7.16
8.27
8
8.43
2.0
8.19
7.88
8.43
8.70
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Tablo 4. 4. Sistem soğutulduğunda farklı NaCl derişim değerlerinde son pH değerlerine akımı
etkisi
Ceket ile soğutularak yapılan deneylerde son pH değerleri
Akım, A
0.5 g/l NaCl
1.0 g/l NaCl 1.5 g/l NaCl
2.0 g/l NaCl
0.5
8.15
10.34
8.65
8.81
1.0
8.92
8.89
8.99
8.93
1.5
8.91
8.5
8.94
9
2.0
8.54
8.77
9.09
9.32
IV. 1.3 Çözelti Sıcaklığına İşletme Parametrelerinin Etkisi
Deneyler sırasında, tüm elektroliz süresi ve NaCl derişim değerlerinde sistem
soğultulduğunda bile çözelti sıcaklığının akım arttırılması ile arttığı gözlenmiştir. Örneğin,
0.5 g/l ve 10 dakika elektroliz süresinde 0.5 A, 1.0 A, 1.5 A ve 2.0 A akım
uygulandığında sırasıyla soğutmalı sistemde 21 oC, 26 oC, 32 oC ve 40 oC, ve soğutmasız
sistemde 31.5 oC, 38 oC, 43 oC ve 51 oC çözelti sıcaklıkları ölçülmüştür (Şekil 4.1, 4.2).
Ayrıca, bu şekillerden belli bir akım ve elektroliz süresinde NaCl derişimi arttıkça çözelti
sıcaklığının azaldığı fark edilebilir. Mesela, 2 A akım ve 45 dakika elektroliz süresinde
NaCl derişimi 0.5 g/l, 1 g/l, 1.5 g/l ve 2 g/l olarak arttırıldığında sırasıyla çözelti
sıcaklığının soğutmalı sistemde 70 oC, 62 oC, 54 oC ve 47 oC, ve soğutmasız sistemde 88.5
o
C, 76 oC, 67 oC ve 63 oC olduğu görülmüştür. Bu sonuçlardan, akım geçişinin çözelti
sıcaklığını ne kadar etkileyebileceği çözeltinin başlangıç iletkenliğine bağlı olduğu
söylenebilir.
(a)
(b)
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
(c)
(d)
ŞEKİL 4.1. Çözelti sıcaklığına işletme parametreleri etkisi. Koşullar: başlangıç pH=7.01, ceket
giriş sıcaklığı=5 oC , (a) 0.5 g/l NaCl, (b) 1.0 g/l NaCl (c) 1.5 g/l NaCl (d) 2.0 g/l NaCl
(a)
(b)
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
(c)
(d)
ŞEKİL 4.2. Çözelti sıcaklığına işletme parametreleri etkisi. Koşullar: başlangıç pH=7.01,
reaktörün dış sıcaklığı = oda sıcaklığı (a) 0.5 g/l NaCl, (b) 1.0 g/l NaCl (c) 1.5 g/l NaCl
(d) 2.0 g/l NaCl
IV.1.4 İşletme Parametrelerinin Hücre Voltajına ve Enerji Tüketimine Etkisi
Reaktörün çevre sıcaklığı her ne olursa olsun, voltajın hem elektroliz süresi hem de akım
ile değiştiği gözlenmiştir. Belli bir NaCl derişimi ve elektroliz süresinde akım arttırıldıkça
voltaj arttığı, ama belli bir NaCl derişimi ve akım değerinde voltajın elektroliz süresiyle
azaldığı görülmüştür. Elektroliz ilerledikçe oluşan kimyasal tepkime sonucu çözelti
içindeki iyonların sayısı azalır, böylece, belli akım ve NaCl derişiminde elektroliz süresi
arttırıldıkça çözelti iyonik iletkenliği azalır ve aynı akım geçişi için az voltaj gerektiği
açıklanabilir. Ancak, bazı şartlarda voltaj önemli bir şekilde zamanla değişmeyebilir veya
sabit kalabilir. Örneğin, voltajın bütün NaCl derişimleri için akım 0.5 A iken zamanla sabit
kaldığı ve 1 A’da NaCl derişimi 1.5 g/l ve 2.0 g/l olduğunda zamanla önemli bir şekilde
değişmediği görülmüştür (Şekil 4.3).
(a)
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
(b)
(c)
(d)
Şekil 4.3. Hücre voltajına işletme parametreleri etkisi. Koşullar: başlangıç pH=7.01, reaktörün
dış sıcaklığı = oda sıcaklığı (a) 0.5 g/l NaCl, (b) 1.0 g/l NaCl (c) 1.5 g/l NaCl (d) 2.0 g/l NaCl
Tablo 4.4 ve 1.5’te 45 dakikalık elektroliz ardından elde edilen enerji tüketimi verimleri
göstermektedir. Her NaCl derişiminde enerji tüketiminin akımın arttırılmasıyla arttığı
gözlenmiştir. Ancak her akım değerinde NaCl derişimi arttırıldıkça enerji tüketimi önemli
bir şekilde azalmıştır. Bu Ohm yasasına göre açıklanabilir: sabit dirençte akım ve voltaj
birbirlerine orantılıdır. Böylece, akım arttırılması hem voltaj hem enerji tüketimi artması
ile sonuçlanır. Ancak, direnç iletkenlikle ters orantılıdır. Akım sabit kalırsa iletkenlik
arttırılması hem voltajı hem de enerji tüketimini azaltır. Voltaj, akım ve yardımcı elektrolit
derişimi enerji tüketimi etkilerken reaktör çevre sıcaklığının önemli bir şekilde
etkilemediği fark edilmiştir.
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Tablo 4.4. Enerji tüketimine işletme parametrelerin etkisi ( reaktör çevresi: oda sıcaklığı)
Oda sıcaklıkta enerji tüketimi, kWh/m^3
Akım, A 0.5 g/l NaCl
1.0 g/l NaCl
1.5 g/l NaCl
2.0 g/l NaCl
0.5
11.25
6.5417
4.5
3.75
1.0
40.5417
27.5833
15.875
17.2917
1.5
70.5
67
44.8125
44.6875
2.0
111.3333
91.3333
80.3333
77.6667
Tablo 4.5. Enerji tüketimine işletme parametreler etkisi ( reaktör çevresi: soğutma ceketi)
Ceket ile yapılan deneylerinde elektrot dozu (D), g
0.5 g/l NaCl
1.0 g/l NaCl
1.5 g/l NaCl
0.3347
0.3608
0.2923
0.6025
0.6695
0.7595
0.8601
0.7832
0.9316
1.4499
1.4238
1.0445
Akım, A
0.5
1.0
1.5
2.0
2.0 g/l NaCl
0.3157
1.6405
1.7578
1.7705
IV.2. Yağlı Petrokimyasal Atık Suyun Elektrokoagülasyon (EC) Arıtımı
Bulanıklık ile karakterize edilmiş atık suyun elektrokoagülasyon ile arıtımında akım
yoğunluğu, yardımcı elektrolit derişimi ve elektroliz süresi etkileri dikkate alınarak deneyler
gerçekleştirilmiştir.
IV.2.1 Akım Yoğunluğu Etkisi
Akım yoğunluğu (AY) kesikli elektrokoagülasyon sürecinde doğrudan tek kontrol
edilebilen işletim parametresi olduğu için son derece önemlidir. AY koagülant dozu ve
kabarcık üretimi oranlarını belirlemesi yanı sıra güçlü elektrotlar yüzeylerinde kütle
aktarımı ve çözelti karışımını da etkiler (Holt ve ark., 2005). Elektrokoagülasyon
sürecinin bulanıklık giderim verimi üzerine akım yoğunluğunun etkisini araştırmak için,
akım yoğunluğu değerleri 7.055 ve 21.164 mA/cm2 (0.4-1.2 A) arasında değiştirilmiştir.
Sonuçlar, akım yoğunluğu (14,109 mA/cm2’e kadar) arttıkça arıtma veriminin arttığını
göstermiştir (Şekil 4.4 ve 4.5). 21.164 mA/cm2’de giderimin azalması elektrot yüzeyi
üzerinde pasif tabakanın varlığı nedeniyle olmuş olabilir. Çünkü 1.2 A akım
uygulandığında çözünen alüminyum miktarı 0,4496 g dır . Bu değeri 0,8 A’da çözünmüş
Al miktarına göre daha azdır (Çizelge 4.6). Bu nedenle düşük verimin nedeni olarak
çözeltide koagülant azalığı söylenebilir.
Bulanıklık giderimi, %
100
80
60
40
20
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
Akım, A
1
1,2
1,4
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Bulanıklık giderimi, %
Şekil 4.4. Bulanıklık giderilişine akım etkisi (NaCl derişimi=1 g/L, başlangıç pH=6,
başlangıç bulanıklık derişimi=313.75 FTU)
100
80
60
40
20
0
0
5
10
15
20
25
Akım yoğunluğu, mA/cm2
Şekil 4.5. Bulanıklık giderilişine akım yoğunluğu etkisi (NaCl derişimi=1 g/L, başlangıç
pH=6, başlangıç bulanıklık derişimi=313.75 FTU).
Ancak, enerji tüketiminin akım yoğunluğu arttıkça artması gözlenmiştir. Çizelge 4.6’da
görüldüğü gibi akım yoğunluğu 7.055, 14.109 ve 21.164 mA/cm2 iken sırasıyla
hesaplanan enerji tüketimi 5, 20, 37.2 kWh/m3’dir.
Çizelge 4.6. Enerji tüketimi ve elektrot çözünmesine akım yoğunluğu etkisi (NaCl
derişimi=1 g/L, başlangıç pH=6, başlangıç bulanıklık derişimi=313.75 FTU)
൴
e
2
( mA/cm )
7.056
14.109
21.164
E
3
(kg Al/m )
0.206
0.774
0.450
3
( kWh/m )
5.000
20.000
37.200
V
(V)
25.000
50.000
62.000
IV.2.2 NaCl Derişimi Etkisi
Çözeltinin iyonik iletkenliği artırmak için NaCl derişimi 0.5 ve 2g / L arasında
değiştirilmiştir. Yapılan 15 dakikalık elektroliz için derişim 0.5 g / L den 1g / L arasında
değiştirildiğinde, voltaj 72 V’den 62 V’e ve enerji tüketimi 21.6 kWh/m3’den 18.6
kWh/m3’e azalmıştır. Ancak, 1g / L ötesinde NaCl derişim değeri artışının enerji tüketimi
üzerine etkisi yoktur. Şekil 4.6, farklı NaCl derişim ve elektroliz süresinde enerji
tüketimini göstermektedir.
Şekil 4.7’de görüldüğü üzere, giderim NaCl değerlerinde artış ile ilerlemiştir. Örneğin, 15
dakikalık deneylerde, derişim 0.5 ile 1 g / L arasında değiştirildiğinde verim % 73.86 'den
%86.36’a yükselmiştir. Maksimum uzaklaştırma verimi, çözeltiye 2g NaCl ilavesi ile elde
edilmiştir. Bu etkiyi incelenmek için akım değeri 1.2 A’de tutulmuştur.
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
E, kWh/m3
5 dak
15 dak
30 dak
50
40
30
20
10
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
NaCl derişimi, g/L
Bulanıklık giderimi, %
Şekil 4.6. Enerji tüketimine NaCl etkisi (akım yoğunluğu =21.164 mA/cm2, başlangıç
pH=6, başlangıç bulanıklık derişimi=313.75 FTU)
5 dak
120
100
80
60
40
20
0
0
0,5
15 dak
30 dak
1
1,5
NaCl derişimi, g/L
2
2,5
Şekil 4.7. Bulanıklık giderilişine NaCl etkisi (akım yoğunluğu =21.164 mA/cm2, başlangıç
pH=6, başlangıç bulanıklık derişimi=313.75 FTU)
IV.2.3 Elektroliz Süresi Etkisi
Bulanıklık giderim kinetiklerinin incelenmesi farklı NaCl derişimi için 21,16 mA/cm2’de
akım yoğunluğunu sabit tutarak ve arıtma süresi 5 ve 30 dakika değiştirilerek
gerçekleştirilmiştir. Burada kinetik NaCl derişimine göre de değerlendirildi çünkü
Abdelwahab ve ark., 2009 yılında yaptıkları çalışmada atık su ortamında NaCl varlığının
elektrotların yüzeylerindeki pasif oksit tabakası yok ederek EC arıtma verimini artırdığını
belirttiler. Şekil 4.8 ve 4.9’da gösterildiği gibi en hızlı kinetik NaCl derişimi 2 g/L iken
elde edilmiştir. Örneğin 5 dakikada 0.5 g/L NaCl ile giderim % 52.7 iken 2 g/L NaCl ile
giderim % 87.7 'a kadar ulaşmıştır.
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Bulanıklık, FTU
0.5 g/L
1 g/L
1.5 g/L
2 g/L
400
300
200
100
0
0
5
10
15
20
Elektroliz süresi, dk
25
30
35
Şekil 4.8. Bulanıklık derişimi profili (akım yoğunluğu =21.164 mA/cm2, başlangıç pH=6,
başlangıç bulanıklık derişimi=313.75 FTU)
Bulanıklık giderimi, %
0.5 g/L
1 g/L
1.5 g/L
2 g/L
150
100
50
0
0
5
10
15
20
Elektroliz süresi, dk
25
30
35
Şekil 4.9. Bulanıklık giderimine elektroliz süresi etkisi (akım yoğunluğu =21.164
mA/cm2, başlangıç pH=6, başlangıç bulanıklık derişimi=313.75 FTU )
IV.3 Yağsız Petrokimyasal atık suyun elektrokoagülasyon arıtımı
Elektrokoagülasyon ile bulanıklığı giderme verimi üzerine Akım yoğunluğu, NaCl
derişimi ve elektroliz süresinin birleşik etkisi incelemek için deneyler, faktörleri
istatistiksel olarak oluşturulan geleneksel tasarım matrisi yöntemle elde edilebilir. Bu
faktörlerin bileşimleri merkez kompozit yöntemi ile tasarlanmıştır (Çizelge 4.7).
IV.3.1 Yağsız Petrokimyasal Atık sudan Bulanık giderimi ve İşletme Maliyeti
Çizelge 4.7’de görüldüğü gibi yağsız petrokimyasal atık sudan bulanık giderimi akım
yoğunluğu/akım, yardımcı elektrolit derişimi ve elektroliz süresinin etkilediği
gözlenmiştir. Merkez deneylerinde (([18.17 1.25 27.5], not: 18.17 mA/cm2=1.03 A))
ortalama % 96.73 bulanık giderimi elde edilmiştir. Bunun için ortalama işletme maliyeti
metre küp başına US $2.62 hesaplanmıştır. Merkez noktalarından pozitif ve negatif akım
yoğunluğu adımla sırasıyla bulanık giderimi %96.73’den %98’e, işletme artıp ve %70’
azalmıştır. Aynı şekilde işletme maliyetinin 2.62 US $/m3’den 5.11 US $/m3’e artıp ve
0.44 US $/m3’e azaldığı görülmüştür. Faktöriyel deneylerinde de akım artması bulanık
giderimi ve işletme maliyetini arttırdığı bulunmuştur. Örneğin, 17.09 dk elektroliz süresi
ve 1.7 g/L NaCl derişiminde akım yoğunluğu 10.04 mA/cm2 (0.57 A) ‘den 25. 4 mA/cm2
(1.44A) arttırıldığında bulanık giderimi ve işletme maliyeti %68 ve 0.66 US$/m3’ten %86
ve 2.18 US$/m3’e yükselmiştir. Ayrıca, sabit akım yoğunluğu ve NaCl derişiminde
elektroliz süresinin artması hem bulanık giderimi hem de işletme maliyeti artmasına yol
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
açmıştır. Örneğin, akım yoğunluğu 18. 17 mA/cm2 ve NaCl 1.25 g/L iken elektroliz
süresi 10 dk’dan 45 dk’ ya arttırıldığında bulanık giderimi %68’den %99’a işletme
maliyeti ise 1 US$/m3’ten 4.19 US$/m3’e artmıştır. Faktöriyel deneylerde de elektroliz
süresi aynı şekilde bulanık giderimi ve işletme maliyetini etkilemiştir; deney numara 2 ve
12 karşılaştırılırsa, elektroliz süresinin 20.82 dk ile arttığında %28.6 bulanık giderimi ve
0.56 US$/m3 işletme maliyeti artışı gözlenebilir (Çizelge 4.7). Ancak, sabit akım
yoğunluğu ve elektroliz süresinde NaCl derişimi arttırılması bulanık giderimi arttırırken
işletme maliyetini azalttığı görülmüştür. Eksenel deneylerinde (diğer faktörler orta
değerlerindeyken (1.03 A akım ve 27.5 dk elektroliz süresi 27.5 dk) diğer faktörün
minimumdan (-alfa) ve maksimumdan büyük (+alfa) değerinde yapılan deneyler) NaCl
derişimi 0.5 g/L’den 2 g/L’ye arttığında bulanık giderimi %80 ‘den %97 artıp ve işletme
maliyeti 2.75 US$/m3’ten 2.27 US$/m3’e azalmıştır. Bütün faktöriyel deneylerde deney
numara 7 ve 12 hariç NaCl derişim bulanık giderimi ve işletme maliyetini aynı şekilde
etkilemiştir. Ancak, minimum akım yoğunluğu ve elektroliz süresinde (10.94 mA/cm2 ve
17.09 dk) NaCl derişimi minimum değerinden (0.8 g/L) maksimum değerine (1.7 g/L)
değişmesi bulanık giderimi ve işletme maliyetinin sırasıyla %63’ten %68’e ve 0.32
US$/m3’ten 0.66’ya arttığı gözlenmiştir (Çizelge 4.7). Burada işletme maliyetinin NaCl
derişimi artmasıyla artışı elektrot maliyetinden kaynaklanmıştır. Çünkü bu deneylerde
(deney 7 ve12) enerji tüketimi NaCl derişimi artmasıyla azaldığı görülmüştür. Yüksek
elektrot maliyeti ise yüksek elektrot dozundan meydan geldiği söylenebilir. Çünkü NaCl
derişimi 0.8 g/L ve 1.7 g/L sırasıyla elektrot dozu 0.0521 g ve 0.0918 g olduğu
gözlenmiştir. Özet olarak akım yoğunluğu ve elektroliz süresi bulanık giderimi ve işletme
maliyeti üzerine lineer bir kombine etkileri olduğu anlaşılmıştır. Bu kontör diyagramı ve
3boyutlu grafiklerde açıktır. Ancak, bulanık giderimi ve işletme maliyetine akım
yoğunluğu-NaCl derişimi kombine etki (Şekil 4.10 ve 4.13) NaCl derşimi-elektroliz süresi
kombine etkisi (Şekil 4.11 ve 4.14) ve akım yoğunluğu-elektroliz süresi kombine etkisine
kadar önemli değildi (Şekil 4. 12 ve 4.15). Not edilmeli ki 3D ve kontör grafikleri sadece
faktöriyel deneylerinden oluşturulmuştur.
Desig n-Expert® Software
Turbidity removal
99
63
X1 = A: Current density
X2 = B: NaCl conc
101
Turbidity removal
Actual Factor
C: Electrolysis time = 27.50
93. 25
85. 5
77. 75
70
1. 70
25. 396
1. 47
21. 781
1. 25
B: NaCl conc
18.165
1. 03
14. 549
A: Current density
0.80
(a)
10.934
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Desig n- Expert® Softwar e
Tur bidity r emoval
Design Points
99
Turbidity removal
1.70
63
X1 = A: Curr ent density
X2 = B: NaCl conc
1.47
B: NaCl conc
Actual Factor
C: Electrolysis time = 27.50
6
1.25
88. 6917
96. 3914
92. 5416
1.03
84. 8418
80. 9919
0.80
10.934
14.549
18.165
21.781
25.396
A: Current dens ity
(b)
Şekil 4.10. Yağsız petrokimyasal atık sudan EC ile bulanıklık giderimine akım yoğunluğu
ve NaCl derişimi etkisi için 3 boyutlu yüzey ve kontör grafikleri
Desig n-Expert® Software
Turbidity removal
99
63
X1 = A: Current density
X2 = C: Electrolysis time
103
Turbidity removal
Actual Factor
B: NaCl conc = 1.25
94. 25
85. 5
76. 75
68
37. 91
25. 396
32. 70
21. 781
27. 50
18. 165
C: Electrolysis time22. 30
14. 549
A: Current density
17. 09
10. 934
(a)
Desig n-Expert® Software
Turbidity removal
Desig n Points
99
Turbidity removal
37.91
63
X1 = A: Current density
X2 = C: Electrolysis time
32.70
C: Electrolysistime
Actual Factor
B: NaCl conc = 1.25
96. 7604
6
27.50
91. 0342
22.30
85. 3081
79. 582
73. 8558
17.09
10.934
14.549
18.165
21.781
25.396
A: Current dens ity
(b)
Şekil 4.11. Yağsız petrokimyasal atık sudan EC ile bulanıklık giderimine akım yoğunluğu ve
elektroliz süresi etkisi için 3 boyutlu yüzey ve kontör grafikleri
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Desig n-Expert® Software
Turbidity removal
99
63
X1 = B: NaCl conc
X2 = C: Electrolysis time
103
Turbidity removal
Actual Factor
A: Current density = 18.165
94. 25
85. 5
76. 75
68
37. 91
1. 70
32. 70
1. 47
27. 50
1. 25
C: Electrolysis time22. 30
1. 03
17. 09
B: NaCl conc
0. 80
(a)
Desig n-Expert® Software
Turbidity removal
Desig n Points
99
Turbidity removal
37.91
63
X1 = B: NaCl conc
X2 = C: Electrolysis time
32.70
C:Electrolysistim
e
Actual Factor
A: Current density = 18.165
98. 4863
6
27.50
94. 0292
22.30
89. 5722
85. 1151
80. 658
17.09
0.80
1.03
1.25
1.47
1.70
B: NaCl conc
(b)
Şekil 4.12. Yağsız petrokimyasal atık sudan EC ile bulanıklık giderimine akım yoğunluğu,
NaCl derişimi ve elektroliz süresi etkisi için 3 boyutlu yüzey ve kontör grafikleri
(a)
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
(b)
Şekil 4.13. Yağsız petrokimyasal atık suyun EC arıtımının işletme maliyetine akım
yoğunluğu ve NaCl derişimi etkisi için 3 boyutlu yüzey ve kontör grafikleri
(a)
(b)
Şekil 4.14. Yağsız petrokimyasal atık suyun EC arıtımının işletme maliyetine akım
yoğunluğu ve elektroliz süresi etkisi için 3 boyutlu yüzey ve kontör grafikleri
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
(a)
(b)
Şekil 4.15. Yağsız petrokimyasal atık suyun EC arıtımının işletme maliyetine akım
yoğunluğu ve elektroliz süresi etkisi için 3 boyutlu yüzey ve kontör grafikleri
IV.3.2 Yağsız Petrokimyasal Atık sudan Bulanıklık Giderilmesinde elektrot
Çözünmesi
Faraday elektroliz kanuna göre elektrot çözünmesi uygulanan doğru akım ve elektroliz
süresiyle orantılıdır. Çizelge 4.7’de gösterildiği gibi tasarımın merkezi deneylerinden
([18.17 1.25 27.5], not: 18.17 mA/cm2=1.03 A) elde edilen ortalama Al elektrot dozu
0.2205 g. Bu noktalarından pozitif ve negatif eksenel noktalara sırasıyla basamak akım
değiştirilmesi ile elektrot dozu 0.2205 g’dan 0.3641 g’a artıp ve 0.1638 g’a azalmıştır.
Aynı şekilde, merkez noktadan eksenel noktalara elektroliz süresinin artan ve azalan adım
değişikliklerinden sırasıyla 0.242 g ve 0,1886 g Al elektrot dozu elde edilmiştir. Tam
tersine, pozitif ve negatif eksenel noktalara NaCl derişimi benzer değişimi sırasıyla 0.074
ve 0.2673 g Al elektrot dozunu sağlamıştır. Ancak, 25.4 mA/cm2 akım yoğunluğu (akım
değeri= 1.44 A) ve 17.09 dk elektroliz süresinde 0.8 g/l’den 1.7 g/l’ye NaCl derişiminin
değişmesi Al elektrot dozunun 0.1416 g’dan 0.1672 g’a artmasına neden olmuştur. 25.4
mA/cm2 akım yoğunluğu, 0.8 g/l NaCl derişimi ve 45 dk elektroliz süresinde maksimum
Al elektrot çözünmesi ( 0.4204 g) elde edilmiştir. Bu sonuçlardan, akım yoğunluğu ve
elektroliz süresinin değişimi belirli bir eğilim içinde Al çözünmesini etkilerken, NaCl
derişimi değiştirilmesinin Al elektrot çözünmesine önemli bir etkiye sahip olmadığı
görülebilir. Böylece, istatiksel plana göre yapılan elektrot çözünmesi deney sonuçlarının
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Faraday kanuna uyduğu söylenebilir.
4.3.3 Yağsız Petrokimyasal Atık sudan Bulanıklık Giderilmesinde Enerji Tüketimi
Genel olarak, elektrokimyasal yöntemlerde enerji tüketimi çok önemlidir. Çünkü enerji
tüketimi işletme maliyeti değişmesini elektrot tüketimine göre daha çok etkiler. Deney
sonuçlarından enerji tüketiminin akım ve elektroliz süresi arttırılmasıyla arttığı
görülmüştür. Örneğin, 1.25 g/l NaCl derişimi ve 27.5 dk elektroliz süresinde (18.17
mA/cm2 dan)12.16 mA/cm2 ile akım yoğunluğu artması ve azalması sırasıyla 25.9646
kWh/m3 ve 3.1167 kWh/m3 enerji tüketimlerine yol açmıştır. Aynı şekilde, 18.17 mA akım
yoğunluğu ve 1.25 g/l NaCl derişiminde 17.5 dk ile elektroliz süresi artması ve
azalmasından sırasıyla 42.4875 kWh/m3 ve 9.4417 kWh/m3 enerji tüketimleri elde
edilmiştir. Faktöriyel deneylerde NaCl derişimi artmasının enerji tüketimini azalttığı
gözlenmiştir. Örneğin, 10.94 mA/cm2 akım yoğunluğu ve 37.91 dk elektroliz süresinde
2.215 g/l ile NaCl derişimi değiştirilmesi 3.5256 kWh/m3 ile enerji tüketimi azalmasına
sebep olmuştur. Ayıca, 25.4 mA/cm2 akım yoğunluğu ve 27.91 dk elektroliz süresinde 0.8
g/l’den 1.7 g/l’ye NaCl derişimi arttığında enerji tüketimi 59.1396 kWh/m3’ten 54.5904
kWh/m3’e azalmıştır. Fakat eksenel deneylerde NaCl derişimin enerji tüketimini önemli
ölçüde etkilemediği gözlenmiştir.
IV.3.4 Elektrokoagülasyon esnasında Yağsız Petrokimyasal Atık suyun Sıcaklığı
Tablo 4.7’de gösterildiği gibi elektroliz esnasında atık suyun sıcaklığı akım yoğunluğu
artmasıyla artmıştır. NaCl derişimi 1.25 g/l ve elektroliz süresi 27 dk iken 18.17
mA/cm2’dan 12.16 mA/cm2 ‘a akım artması ve azalması sırasıyla 7oC ve 0.5 oC sıcaklık
değişimine yol açmıştır. Ancak, NaCl derişimi artmasının atık suyun sıcaklığını azalttığı
görülmüştür; 18.17 mA/cm2 ve 27.5 dk elektroliz süresinde 0.75 g/l ile NaCl azalması ve
artmasından sırasıyla 2 oC ve 0 oC sıcaklık değişimi meydana gelmiştir. Ama bunun tersi,
25.4 mA/cm2’ akım yoğunluğu ve 17.09 dk elektroliz süresinde ve 10.94 mA/cm2 akım
yoğunluğu ve 37.91 dk elektroliz süresinde görülmüştür. Ayrıca, bu yanıt üzerine
elektroliz süresi etkisi önemsiz görünmüştür. Örneğin, 10.94 mA/cm2 akım yoğunluğu ve
0.8 g/l NaCl derişiminde elektroliz süresi 37.91 dk ve 17.09 dk iken atık suyun
sıcaklığının 21 oC olduğu gözlenmiştir.
Tablo 4.7. Tasarım matrisi ve deney sonuçları
Faktörler
Deney X1,
X2,
mA/c
g/L
m2
1
18.17
1.25
2
10.94
1.70
3
25.40
0.80
4
18.17
1.25
5
10.94
0.80
6
18.17
1.25
7
10.94
0.80
8
25.40
1.70
9
18.17
1.25
10
25.40
0.80
X3,
min
TR1,
%
C1,
US $/m3
Cevaplar
D1,
E1,
g
kWh/m3
T,
o
C
CE,
%
27.50
37.91
17.09
27.50
37.91
27.50
17.09
17.09
27.50
37.91
94.21
96.16
80.00
97.79
83.65
98.19
63.00
86.00
97.76
95.50
2.60
1.22
2.62
2.67
1.58
2.69
0.32
2.18
2.59
5.90
0.1958
0.1354
0.1416
0.2738
0.1697
0.2943
0.0521
0.1672
0.1886
0.4204
22
19
24
22
21
22
21
23
22
26
123.5
102.9
102.8
172.7
129.0
185.6
87.9
121.4
119.0
137.6
25.9646
11.7521
26.6604
25.9646
15.2777
25.9646
6.71067
21.7385
25.9646
59.1396
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
25.40
10.94
18.17
6.01
18.17
18.17
18.17
18.17
18.17
30.33
1.70
1.70
1.25
1.25
1.25
0.50
2.00
1.25
1.25
1.25
37.91
17.09
45.00
27.50
27.50
27.50
27.50
10.00
27.50
27.50
97.90
68.00
99.00
70.00
96.31
81.00
97.00
68.00
96.32
98.00
5.41
0.66
4.19
0.44
2.62
2.75
2.27
1.00
2.56
5.11
0.3501
0.1918
0.242
0.1638
0.2196
0.2673
0.074
0.1288
0.1508
0.3641
54.5904
5.2979
42.4875
3.11667
25.9646
23.6042
23.6042
9.44167
25.9646
51.2417
28
22
23
18.5
22
25
18
20
23
25
114.6
323.4
93.3
313.0
138.5
168.6
46.7
223.4
95.1
137.5
IV.3.4 Yağsız Petrokimyasal Atık suyun Arıtımı için ANOVA ve Optimizasyon
Sonuçları
Bulanıklık giderme verimi (T1), işletme maliyeti(C1), elektrot dozu (D1), enerji tüketimi
(E1) ve sıcaklık için elde edilen matematiksel modeller Denklem 4.1 - 4.5’te verilmiştir.
Anova sonuçlarına göre f-değeri ve p- değeri ile modellerin istatiksel olarak önemli olduğu
bulunmuştur. Ayrıca çizelge 4.8 ve 4.12’de görüldüğü gibi p- değerleri 0,05’ten küçük
model terimlerde akım yoğunluğu, NaCl derişimi ve elektroliz süresi yer almıştır.
Modeller üzerine bu faktörlerin istatistiksel önemini ifade etmektedir. Bu çizelgelerde
diğer bulunan önemli model terimleri de verilmiştir.
ܶ1 = 96.87 + 7.01‫ݔ‬ଵ + 3.87‫ݔ‬ଶ + 9.40‫ݔ‬ଷ − 1.14‫ݔ‬ଵ ‫ݔ‬ଶ − 2.68‫ݔ‬ଵ ‫ݔ‬ଷ + 0.49‫ݔ‬ଶ ‫ݔ‬ଷ − 4.74‫ݔ‬ଵଶ
−
2.94‫ݔ‬ଶଶ − 4.92‫ݔ‬ଷଶ
(4.1)
‫ܥ‬1 = 2.64 + 1.48‫ݔ‬ଵ − 0.13‫ݔ‬ଶ + 1.00‫ݔ‬ଷ − 0.11‫ݔ‬ଵ ‫ݔ‬ଶ + 0.59‫ݔ‬ଵ ‫ݔ‬ଷ − 0.094‫ݔ‬ଶ ‫ݔ‬ଷ + 0.023‫ݔ‬ଵଶ
−
0.07‫ݔ‬ଶଶ − 0.041‫ݔ‬ଷଶ
(4.2)
‫ܦ‬1 = 0.2206 + 0.0635‫ݔ‬ଵ − 0.0194‫ݔ‬ଶ + 0.0522‫ݔ‬ଷ − 0.0188‫ݔ‬ଵ ‫ݔ‬ଶ + 0.0501‫ݔ‬ଵ ‫ݔ‬ଷ
−
0.0337‫ݔ‬ଶ ‫ݔ‬ଷ + 0.0149‫ݔ‬ଵଶ − 0.0181‫ݔ‬ଶଶ − 0.0129‫ݔ‬ଷଶ
(4.3)
‫ܧ‬1 = 25.98 + 14.94‫ݔ‬ଵ − 1.06‫ݔ‬ଶ + 9.95‫ݔ‬ଷ − 0.57‫ݔ‬ଵ ‫ݔ‬ଶ + 6.29‫ݔ‬ଵ ‫ݔ‬ଷ − 0.22‫ݔ‬ଶ ‫ݔ‬ଷ + 0.34‫ݔ‬ଵଶ
−
0.92‫ݔ‬ଶଶ − 0.087‫ݔ‬ଷଶ
(4.4)
ܶ = 22.23 + 2.12‫ݔ‬ଵ − 0.86‫ݔ‬ଶ + 0.66‫ݔ‬ଷ + 1.25‫ݔ‬ଵ ‫ݔ‬ଷ + 0.15‫ݔ‬ଵଶ
(4.5)
YYM analiz sonuçlarını değerlendirmek için başka kullanılan istatiksel ölçü R2’dir. R2
değeri 1’e ne kadar yakınsa modelin uygun olduğunu ifade eder ve R2 ayarlanmış (Adj R2)
ile R2 mantıklı bir uyum içerisinde olması gerekir. Yüksek R2 değerleri lineer, iç etkileşim
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
ve quadratik modelin deneysel verilere uyumlu olduğunu ifade eder (Kobya ve ark., 2008).
Çizelge 4.8 ve 4.9’te görüldüğü gibi modeller bulanıklık giderme ve işletme maliyeti için
sırasıyla 0.98 ve 0.99 yüksek R2 değerleri sağlamıştır. Böylece modellerin deneysel
verileri ile uyumlu olduğu test edilmiştir. Ayrıca bu değerlerin ayarlanmış R2 değerlerine
uyduğu da söylenebilir. Ayrıca, enerji tüketimi model (Denklem 4.4) için ayarlanmış ve
tahmin R-kare değeri birbirine ve bire çok yakın ve p-değeri 0.0001’den küçük (Çizelge
4.11) olduğuna göre modelin istatistiksel olarak anlamlı olduğu söylenebilir. Ayrıca,
elektrot dozu için bulunan karesel polinom model (Denklem (4.3)) 0.05’ten küçük p-değer
ve önemsiz uyum eksikliğine sahip olması istatistiksel önemini sağlamıştır (Çizelge 4.10).
Diğer taraftan sıcaklık için geliştirilen azaltılmış karesel polinom modelin deneysel
verimlerle önemli uyum eksikliğine sahip olmasına rağmen yine 0.0005 p-değer ile
istatiksel olarak önemli olduğu ortaya çıkmıştır (Çizelge 4.12). Terim x1, x2 ve x1x3 tüm
modeller için istatistiksel olarak anlamlıdır. Bütün modeller kodlanmış faktörler cinsinden
verilmiştir.
Çizelge 4.8. Bulanıklık giderimi için ANOVA sonuçları
Yüzey Yanıt karesel modeli için ANOVA
Yanıt: Bulanıklık giderimi
Terim
Kareler
Serbestlik
toplamı
derecesi
Model
2825
9
x1-akım yoğunluğu
670.34
1
x2-NaCl derişimi
204.28
1
x3-Elektroliz süresi
1206.18
1
x1x2
10.37
1
x1x3
57.30
1
x2x3
1.91
1
x12
323.63
1
x22
127.27
1
2
x3
348.22
1
Artık
53.25
9
Uyum eksikliği
42.86
2
Saf hata
10.4
4
Toplam
2878.83
19
R-kare = 0.9815
Ayarlanmış R-kare = 0.9638
Ortalama
kare
313.95
670.34
204.28
1206.18
10.37
57.30
1.91
323.63
127.27
348.22
5.92
8.57
2.6
F-değer
p-değer
53.05
113.27
34.52
203.81
1.75
9.68
0.32
54.68
21.51
58.84
< 0.0001
<0.0001
0.0002
<0.0001
0.2181
0.0125
0.5838
<0.0001
0.0012
0.0001
3.3
0.1335
Tahmin R-kare = 0.8338
Çizelge 4.9. İşletme maliyeti için ANOVA sonuçları
Yüzey Yanıt karesel modeli için ANOVA
Yanıt: İşletme maliyeti
Terim
Kareler
toplamı
Model
46.88
Serbestlik Ortalama
derecesi
kare
9
5.21
x1-akım yoğunluğu
29.8700
1
29.8700
x2-NaCl derişimi
x3-Elektroliz süresi
0.2200
13.7400
1
1
0.2200
13.7400
Fdeğer
238.3
5
1366.
78
10.25
628.7
p-değer
<0.0001
<0.0001
0.0108
0.0001
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
x1x2
x1x3
0.1000
2.7700
x2x3
x12
x22
x32
Artık
Uyum eksikliği
Saf hata
Toplam
R-kare = 0.9958
0.9606
0.0700
1
0.0074
1
0.0700
1
0.0240
1
0.026
9
0.019
5
8.541E-003
4
47.11
19
Ayarlanmış R-kare =
1
1
0.1000
2.7700
0.0700
0.0074
0.0700
0.0240
0.022
0.038
2.131E-003
4.68
126.8
4
3.21
0.34
3.22
1.09
0.0586
<0.0001
17.62
0.0079
0.9916
0.1068
0.574
0.1063
0.323
Tahmin R-kare =
Tablo 4.10. Al elektrot dozu modeli için ANOVA sonuçları
Terim
Model
x1-akım yoğunluğu
x2-NaCl derişimi
x3-Elektroliz süresi
x1x2
x1x3
x2x3
x12
x22
X32
Artık
Uyum eksikliği
Saf hata
Toplam
R-kare= 0.8095
Kareler
toplamı
Ortalama
Serbestlik
kare
derecesi
0.14
9
0.016
0.055
1
0.055
5.12E-03 1
5.12E-03
0.037
1
0.037
2.82E-03 1
2.82E-03
0.02
1
0.02
9.11E-03 1
9.11E-03
3.19E-03 1
3.19E-03
4.72E-03 1
4.72E-03
2.39E-03 1
2.39E-03
0.033
10
3.31E-03
0.018
5
3.66E-03
0.015
5
2.96E-03
0.17
19
Ayarlanmış R-kare= 0.6381
F-değer
p-değer
4.72
16.66
1.55
11.27
0.85
6.06
2.75
0.97
1.43
0.72
0.0118
0.0022
0.2418
0.0073
0.3778
0.0335
0.128
0.3489
0.2596
0.4148
1.24
0.4103
F-değer
p-değer
328.16
1895.0
4
9.45
841.13
< 0.0001
< 0.0001
Tablo 4.11 Enerji tüketimi modeli için ANOVA sonuçları
Yüzey Yanıt karesel modeli için ANOVA
Yanıt : Enerji tüketimi, kWh/m3
Terim
Model
x1-akım yoğunluğu
Kareler
toplamı
4750.51
3048.06
Serbestlik
derecesi
9
1
Ortalama
kare
527.83
3048.06
x2-NaCl derişimi
x3-Elektroliz süresi
15.2
1352.92
1
1
15.2
1352.92
0.0118
< 0.0001
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
x1x2
x1x3
x2x3
x12
x22T
x32a
Artık
b eksikliği
Uyum
Safl hata
Toplam
o
R-kare = 0.9966
0.9741
4.12. At
2.57
1
316.39
1
0.38
1
1.69
1
12.25
1
0.11
1
16.08
10
16.08
5
0
5
4766.6
19
Ayarlanmış R-kare
2.57
316.39
0.38
1.69
12.25
0.11
1.61
3.22
0
1.6
196.7
0.24
1.05
7.61
0.068
= 0.9936
0.235
< 0.0001
0.6381
0.3299
0.0202
0.7992
Tahmin R-kare =
Tablo 4.12. Atık suyun sıcaklığı modeli için ANOVA sonuçları
Azaltılmış Yüzey yanıt karesel model için ANOVA
Yanıt: Sıcaklık, oC
Kareler toplamı Serbestlik Ortalama kare
Terim
derecesi
Model
90.24
5
18.05
x1-akım yoğunluğu 61.29
1
61.29
x2-NaCl derişimi
10.15
1
10.15
x3-Elektroliz süresi 5.99
1
5.99
x1x3
12.5
1
12.5
2
x1
0.31
1
0.31
Artık
27.89
14
1.99
Uyum eksikliği
27.06
9
3.01
Pure Error
0.83
5
0.17
toplam
118.14
19
R-square = 0.7639
Ayarlanmış R-square = 0.6796
Fdeğer
9.06
30.76
5.09
3.01
6.27
0.16
p-değer
0.0005
< 0.0001
0.0405
0.1049
0.0252
0.6973
18.04
0.0027
Yağsız petrokimyasal atık sudan bulanıklık giderilmesinin optimum koşulları bulmak
için sayısal yöntem kullanılmıştır. 30 iterasyon sonra bulunan sonuç çizelge 4.13’te
verilmiştir. 18.17 mA/cm2 akım yoğunluğu, 1.25 g/L NaCl derişimi ve 27.5 dakika
optimum şartlar olarak belirlenmiştir.
Çizelge 4.13. Optimizasyonun sonucu
Nu
1
Akım
yoğunluğu
18.166
NaCl
derişimi
1.25
Elektroliz
Süresi
27.46
Bulanıklık
giderimi
96.8319
İşletme
maliyeti
2.63393
İstenilirlik
0.985
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
IV.4 Otomatik Kontrollü Elektrokoagülasyon Sisteminin İçerdikleri ve Ön
Denemelerin Sonuçları
Otomatik kontrollü sistemin blok diyagramı üç bölümden oluşmaktadır. Bunlar: çıkış
(output) bölümü, ayar bölümü ve kontrol bölümü. Çıkış bölümünde sistemde ölçülen
değişkenlerin (sıcaklık, iletkenlik, pH gibi) göstermektedir. Bu bölümde değişkenleri
sayaçlar bulunmaktadır. Ayar bölümü ise çıkış bölümündeki bulunan değişkenleri
ayarlamak için kullanılmaktadır. Burada bulunan cihazlar pompalardır. Akış hızları ile
ayarlar yapılmaktadır. Kontrol bölümü ise ayar bölümündeki değişkenleri kullanarak
çıkış değişkenleri istenilen değerlere getirmektedir.
Tablo 4.14. Yeni sistemde ilk ön deneme sonuçları
0.4 A
t, dk
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
T, oC
21.6
21.9
22.5
23.1
23.4
23.8
24.3
24.6
25
25.3
25.7
26
26.2
0.8 A
pH
8.08
8.46
8.58
8.65
8.68
8.75
8.8
8.84
8.94
9.01
9.06
9.11
9.13
C,
ᶣS/cm
296
270.5
251.7
238.6
232.1
218.8
208.7
201.4
194.4
187
178.5
169.4
165.7
T, oC
20
21.5
23.8
26.3
28.5
30.9
32.9
34
35.3
36.1
36.7
37.1
37.3
1.2 A
pH
7.84
8.1
8.14
8.2
8.33
8.44
8.53
8.66
8.7
8.74
8.77
8.8
8.82
C,
ᶣS/cm
346.8
308.9
268.4
234.6
221.1
201.1
188.6
173.3
165.1
159.9
155.5
153
150.2
T, oC
21.7
23.9
28.3
32.3
35.1
36.4
37.3
38
38.4
38.6
38.8
38.8
38.7
pH
7.72
8.01
8.04
8.1
8.22
8.3
8.4
8.47
8.53
8.6
8.65
8.69
8.72
C,
ᶣS/cm
288.8
256.8
226.3
220.5
218.2
215.2
210
203.5
198.3
194.3
189.1
184.7
177.4
Sistemi tanımak için akım 0.4 -1.2 A arası değiştirilerek, pH ve iletkenlik
değiştirilmeden 60 dakikalık içme suyun elektrokoagülasyonu gerçekleştirilmiştir.
Deney esnasında her akım değerinde 50 dakika elektroliz süresine kadar suyun sıcaklığı
dışında pH ve iletkenliği elektroliz süresiyle değiştiği gözlenmiştir: zaman ilerledikçe
pH’in asidik değerden bazik değere değiştiği, iletkenliğin azaldığı ve sıcaklığın arttığı
görülmüştür. 50 dakika sonra sıcaklığın zamanla değişmesi önemli bulunmamıştır.
Ancak her elektroliz süresinde akım arttıkça sıcaklığın arttığı Çizelge 4.14’de fark
edilebilir.
IV.5 Petrol Rafineri Atık suyun Elektrokoagülasyon Yöntemiyle Kontrol Amacına
Arıtımı
Bu bölümde kontrol amacına optimum koşulları belirlenmesi için petrol rafineri atık su
yun elektrokoagülasyon ile arıtımı gerçekleşmiştir. Deneyler merkez komposit tasarıma
göre tasarlanmıştır. Bu matriste (Çizelge 4.16) faktörler olarak akım/akım yoğunluğu,
iletkenlik, pH ve elektroliz süresi alırken bulanık giderimi elektrot dozu, işletme enerji
tüketimi ve işletme maliyeti yanıt olarak kullanılmıştır. Tasarımı ayrıntısı Çizelge
4.15’te verilmektedir.
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Çizelge 4.15 Petrol rafineri atık suyun arıtımı için tasarlanan matrisin faktörleri ve
seviyeleri
Değişken, birim
Kodlanmı
ş Faktör
Seviyeler
Akım yoğunluğu, mA/cm (X1)
NaCl derişimi, g/L (X2)
x1
x2
-α
4.17
2
pH (X3)
Elektroliz süresi, dk (X4)
x3
x4
6
10
2
-1
7.29
3
0
10.42
4
1
13.54
5
+α
16.67
6
7
15
8
20
9
25
10
30
Çizelge 4.16 Petrol rafineri atık suyun elektrokoagülasyon ile arıtımı için tasarım matrisi ve
sonuçları
X1,
D/Nu mA/cm2
1
10.42
2
13.54
3
7.29
4
7.29
5
10.42
6
13.54
7
10.42
8
7.29
9
7.29
10
10.42
11
16.67
12
10.42
13
10.42
14
13.54
15
13.54
16
13.54
17
10.42
18
4.17
19
7.29
20
10.42
21
13.54
22
10.42
23
7.29
24
7.29
25
10.42
26
10.42
Faktörler
Yanıtlar
X2,
X4, TR,
E,
C, US
mS/cm X3
min %
kWh/m3
e, g
$/m3
4
8
20 92.61
3.6667
0.0405
0.7780
3
9
25 79.21
9.4792
0.1396
1.4859
5
9
25 89.53
2.0417
0.427
1.9019
5
9
15 92.11
1.2250
0.1181
0.5908
4
10
20 92.54
3.6667
0.1455
0.9394
3
9
15 86.70
6.6625
0.0404
0.8144
6
8
20 94.83
3.0000
0.1583
0.9250
3
9
15 90.16
2.0125
0.1937
0.9693
3
7
25 91.35
3.3542
0.1291
0.8434
4
6
20 92.00
4.3333
0.1869
1.1698
4
8
20 94.22
11.2000
0.0571
1.3259
4
8
20 92.58
3.6667
0.1987
1.1514
4
8
10 82.83
2.1667
0.0693
0.4886
3
7
25 79.46
11.3750
0.3210
2.3947
5
7
25 79.19
7.5833
0.2822
1.8683
5
7
15 87.12
4.5500
0.3531
1.8534
4
8
20 92.63
3.6667
0.2010
1.1606
4
8
20 30.11
0.8000
0.1028
0.4881
3
9
25 98.36
3.6458
0.1395
0.9135
4
8
30 94.54
7.0000
0.2665
1.7485
5
9
25 91.46
7.5833
0.2783
1.8527
4
8
20 92.67
3.6667
0.1521
0.9657
5
7
25 73.93
2.6250
0.2024
1.06402
5
7
15 40.45
1.2250
0.1111
0.56288
4
8
20 92.52
3.6667
0.1551
0.97767
2
8
20 91.30
6.8333
0.1817
1.39421
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
27
28
29
30
13.54
10.42
7.29
13.54
5
4
3
3
9
8
7
7
15
20
15
15
96.58
92.70
64.83
95.71
4.8750
3.6667
2.2750
6.5000
0.1266
0.1901
0.1833
0.1874
0.98259
1.11715
0.95358
1.38424
IV.5.1 Petrol Rafineri Atık suyundan Bulanık giderimi ve İşletme Maliyeti
Elektrokoagülasyon verimine etki eden değişkenlerde akım yoğunluğu/akım, yardımcı
elektrolit derişimi (veya iletkenlik), başlangıç pH ve elektroliz süresi yer almaktadır.
Çizelge 4.16’da görüldüğü gibi merkez deneylerinden yaklaşık 1US$/m3 işletme
maliyeti ile %92.6 bulanıklık giderimi elde edilmiştir. Akım yoğunluğunun pozitif ve
negatif alfa değerinin kullanıldığı deneylerinde sırasıyla 0.489 US$/m3 ve 1.326 US
$/m3 işletme maliyeti ile petrol rafineri atık suyundan %30 ve %94.22 bulanık
giderilmiştir. Ancak faktöriyel deneylerde akım yoğunluğu artması elektroliz ve pH ile
beraber bulanıklık giderimini etkilediği fark edilmiştir. Örneğin, 3 mS/cm, 9 pH ve 25
dakikada yapılan deneylerde akım yoğunluğu 7.29 mA/cm2 (0.7 A)’den 13.54 mA/cm2
(1.3 A)’ye arttırıldığında bulanıklık giderimi %98.36’dan %79.21’e azalmıştır, ancak
işletme maliyeti 0.9135 US$/m3’ten 1.4859 US$/m3’e artmıştır. Ayrıca, pH 7 iken aynı
iletkenlik ve elektroliz süresinde 7.29 ve 13. 54 mA/cm2 akım yoğunluğu için benzer bir
sonuç elde edilmiştir. Ancak deney numara 21 ve 23, ve deney numara14 ve 29
karşılaştırılırsa akım yoğunluğu ve pH değeri, ve akım yoğunluğu ve elektroliz süresi
aynı anda artması hem bulanık giderimi hem de işletme maliyetini arttırdığı anlaşılır.
Şekil 4.16 ve Şekil 4.17’de sırasıyla bulanık giderimine akım yoğunluğu (X1) – pH (x3)
ve akım yoğunluğu (X1) – elektroliz süresi (X4) etkisi gösterilmektedir. Şekiller 4.15,
4.18 ve 4.19 sırasıyla akım yoğunluğu (X1) – iletkenlik (X2), iletkenlik (X2) – pH (X3),
iletkenlik (X2) – elektroliz süresi (X4)’ün bulanıklık giderimini önemli bir şekilde
etkilemediği göstermektedir. Bu sonuçlar bulanıklık giderimi üzerine pH’nin etkisi
iletkenliğin etkisine göre daha önemli olduğunu göstermektedir. Normalde
elektrokimyasal arıtmanın işletme maliyetini önemli bir şekilde akım yoğunluğu ve
elektroliz süresi etkiler. Önceki bölümde görüldüğü gibi petrokimyasal atık su arıtma
işletme maliyetini etki eden değişkenlerde yardımcı elektrolit derişimi (başka deyişle
iletkenlik) yer almıştır. Ancak petrol rafineri arıtma işletme maliyetine iletkenlik etkisi
önemli bulunmamıştır. Bu sonuçlar elektrot tüketiminin işletme maliyetini (enerji
tüketimine göre) daha çok etkilediğini göstermektedir. Çünkü pH’nin kimyasal
parametre olduğuna göre tek elektrot çözünmesini etkileyebilir. Şekil 4.20’de işletme
maliyeti üzerine akım yoğunluğu (X1)- pH (X3) etkileşim etkisinin 3D ve kontör
grafikleri gösterilmektedir. Not edilmeli ki 3D ve kontör grafikleri sadece faktöriyel
deneylerinden oluşturulmuştur.
Design-Expert® Software
Turbidity removal
98.3596
30.1124
95
X1 = A: current density
X2 = B: conductivity
Turbidity removal
Actual Factors
C: pH = 8.00
D: electrolysis time = 20.00
78.75
62.5
46.25
30
5.00
13. 54
4.50
11. 98
4.00
B: conductiv ity (X2)
10. 41
3.50
8. 85
3.00
7. 29
A: current density (X1)
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
(a)
Turbidity removal
Design-Expert® Software
5.00
Turbidity removal
Design Points
98.3596
75.1905
30.1124
B: conductivity (X2)
4.50
X1 = A: current density
X2 = B: conductivity
Actual Factors
C: pH = 8.00
D: electrolysis time = 20.00
79.0949
82.9992
4.00
86.9035
6
90.8079
3.50
90.8079
3.00
7 .29
8.85
10 .4 1
11 .9 8
13.54
A: current dens ity (X1)
(b)
Şekil 4.15 Petrol rafineri atık suyundan EC ile bulanıklık giderimine akım yoğunluğu
ve NaCl derişimi etkisi için 3 boyutlu yüzey ve kontör grafikleri
Design-Expert® Software
Turbidity removal
98.3596
30.1124
97
Actual Factors
B: conductivity = 4.00
D: electrolysis time = 20.00
Turbidity removal
X1 = A: current density
X2 = C: pH
80.25
63.5
46.75
30
9.00
13.54
8.50
11.98
8.00
10.41
7.50
C: pH (X3)
8.85
7.00
A: current density (X1)
7.29
(a)
Turbidity rem oval
Design-Expert® Software
9.00
Turbidity removal
Design Points
98.3596
30.1124
Actual Factors
B: conductivity = 4.00
D: electrolysis time = 20.00
8.50
C: pH (X3)
X1 = A: current density
X2 = C: pH
86.3253
91.3618
6
8.00
81.2889
76.2524
7.50
71.2159
7.00
7.29
8.85
10.41
11.98
13.54
A: current dens ity (X1)
(b)
Şekil 4.16 Petrol rafineri atık suyundan EC ile bulanıklık giderimine akım yoğunluğu
ve pH etkisi için 3 boyutlu yüzey ve kontör grafikleri
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Design-Expert® Software
Turbidity removal
98.3596
30.1124
96
X1 = A: current density
X2 = D: electrolysis time
Turbidity removal
Actual Factors
B: conductivity = 4.00
C: pH = 8.00
79.5
63
46.5
30
25. 00
13.54
22.50
11. 98
20.00
10.41
17. 50
D: electroly sis time (X4)
8. 85
15.00
A: current density (X1)
7.29
(a)
Turbidity rem oval
Design-Expert® Software
25.00
Turbidity removal
Desig n Points
98.3596
91.1639
30.1124
Actual Factors
B: conductivity = 4.00
C: pH = 8.00
D: electrolysis time (X4)
X1 = A: current density
X2 = D: electrolysis time
22.50
91.1639
86. 4835
6
20.00
81.8031
77.1227
17.50
72.4423
15.00
7.29
8.85
10.41
11.98
13.54
A: c urrent dens ity (X1)
(b)
Şekil 4.17 Petrol rafineri atık suyundan EC ile bulanıklık giderimine akım yoğunluğu
ve elektroliz süresi etkisi için 3 boyutlu yüzey ve kontör grafikleri
Design-Expert® Software
Turbidity removal
98.3596
30.1124
100
X1 = B: conductivity
X2 = C: pH
95.25
Turbidity removal
Actual Factors
A: current density = 10.41
D: electrolysis time = 20.00
90. 5
85.75
81
9.00
5. 00
8. 50
4.50
8.00
C: pH (X3)
4. 00
7. 50
3.50
7.00
(a)
3. 00
B: conductiv ity (X2)
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Turbidity removal
Design-Expert® Software
9.00
Turbidity removal
Design Points
98.3596
96.236
30.1124
8.50
Actual Factors
A: current density = 10.41
D: electrolysis time = 20.00
C: pH (X3)
93.2914
X1 = B: conductivity
X2 = C: pH
6
8.00
90.3468
7.50
87.4022
84.4576
7.00
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
B: conductiv ity (X2)
(b)
Şekil 4.18 Petrol rafineri atık suyundan EC ile bulanıklık giderimine iletkenlik ve pH
etkisi için 3 boyutlu yüzey ve kontör grafikleri
Design-Expert® Software
Turbidity removal
98.3596
30.1124
95
X1 = B: conductivity
X2 = D: electrolysis time
Turbidity removal
Actual Factors
A: current density = 10.41
C: pH = 8.00
91.75
88. 5
85.25
82
25. 00
5. 00
22. 50
4.50
20. 00
4.00
17. 50
D: electroly sis time (X4)
3. 50
15. 00
B: conductiv ity (X2)
3. 00
(a)
Turbidity rem oval
Design-Expert® Software
25.00
Turbidity removal
Design Points
98.3596
93. 3375
30.1124
Actual Factors
A: current density = 10.41
C: pH = 8.00
D: electrolysis time (X4)
X1 = B: conductivity
X2 = D: electrolysis time
22.50
92. 2183
6
20.00
91.0991
89. 9799
17.50
88. 8606
15.00
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
B: c onduc tiv ity (X2)
(b)
Şekil 4.19 Petrol rafineri atık suyundan EC ile bulanıklık giderimine iletkenlik ve pH
etkisi için 3 boyutlu yüzey ve kontör grafikleri
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Design-Expert® Software
operating cost
2.39473
0.48813
1.8
X1 = A: current density
X2 = C: pH
1.45
operating cost
Actual Factors
B: conductivity = 4.00
D: electrolysis time = 20.00
1.1
0.75
0.4
9.00
13.54
8.50
11.98
8.00
10. 41
7.50
C: pH (X3)
8.85
7.00
A: current density (X1)
7. 29
(a)
operating cost
Design-Expert® Software
9.00
operating cost
Design Points
2.39473
0.48813
Actual Factors
B: conductivity = 4.00
D: electrolysis time = 20.00
C: pH (X3)
X1 = A: current density
X2 = C: pH
8.50
1.0849
1.24444
6
8.00
0.925354
1.40399
7.50
1.56353
7.00
7.29
8.85
10.41
11.98
13.54
A: current density (X1)
(b)
Şekil 4.20. Petrol rafineri atık suyun EC arıtımının işletme maliyetine akım yoğunluğu
ve pH etkisi için 3 boyutlu yüzey ve kontör grafikler
IV.5.2 Petrol Rafineri Atık suyun Arıtımında Elektrot Çözünmesi
Faraday elektroliz kanuna göre çözünmesi uygulanan elektrik akım ve elektroliz
süresine bağlıdır. Ancak, bazı araştırmacılar elektrokoagülasyon deneylerinde olarak
alüminyum kullanıldığında elektrot dozunun hem kimyasal çözünme hem de
elektrokimyasal çözünmeden geldiğini rapor etmişlerdir (Canizares ve ark.,2005;
Mouedhen ve ark 2008; Gu ve ark., 2009). Ayrıca kimyasal alüminyum çözünmesinin
başlangıç pH değerine bağlı olduğu da söylenmiştir. Böylece bu çalışmada elektrot
çözünmesi veya tam olarak alüminyum elektrokoagülasyon üzerine akım yoğunluğu,
NaCl derişimi ve elektroliz süresinin etkisi dışından başlangıç pH’nin etkisine de
araştırılmıştır. Çizelge 4.16’de görüldüğü gibi merkez deneylerden ([10.14 4 8 20])
ortalama 0.1563 g Al dozu elde edilmiştir. Pozitif akım yoğunluğu, iletkenlik, pH ve
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
elektroliz eksenel deneyleri sırasıyla 0.0571 g ([16.16 4 8 20]) , 0.1583 g ([10.14 6
8 10]), 0.1455 g ([10.14 4 10 20]) ve 0.2665 g ([10.14 4 8 30]) Al dozunu
sağlamıştır. Bu faktörlerin negatif aksiyel deneylerinden ise 0.1028 g ([4.17 4 8 20]),
0.1816 g ([10.14 2 8 20]), 0.1869 g ([10.14 4 6 20], 0.069 g ([10.14 4 8 10]) Al
dozu elde edilmiştir. Eksenel deneylerin sonuçlarından Al elektrot çözünmesini önemli
bir şekilde etkileyen tek elektroliz süresi anlaşılmıştır. Maksimum elektrot dozunu
(0.429 g) 7.29 mA/cm2 akım yoğunluğu, 5 mS/cm, 9 pH ve 25 dk elektroliz süresi
sağlamıştır. Bu durumda bulanıklık giderimi ve işletme maliyetinin %89.53 ve 1.9019
US$/m3 olduğu bulunmuştur.
IV.5.3 Petrol Rafineri Atık suyun Artımında Enerji Tüketimi
Elektrokimyasal proseslerde enerji tüketiminin uygulanan elektrik akımı veya akım
yoğunluğu, elektroliz süresi ve yardımcı elektrolit derişimine bağlı olduğu
bilinmektedir (Abdelwahab ve ark., 2009; Gu ve ark., 2009). Çizelge 4.16’da
gösterildiği gibi akım yoğunluğu, iletkenlik ve elektroliz süresi enerji tüketimini önemli
bir şekilde etkilemiştir. Akım yoğunluğu ve elektroliz süresinin artırılması enerji
tüketimini arttırırken iletkenliğin artışının enerji tüketimini azalttığı gözlenmiştir.
Örneğin, pozitif akım yoğunluğu, iletkenlik ve elektroliz süresi eksenel deneylerinde
sırasıyla kübik metre başına 11.2 kWh, 3kWh ve 7 kWh enerji tüketilmiştir. Negatif
eksenel deneyler esnasında kübik metre başına tüketilen enerji miktarı akım yoğunluğu,
iletkenlik ve elektroliz süresi için sırasıyla 0.8 kWh, 6.8333 kWh ve 2.1667 kWh olarak
hesaplanmıştır. Ayrıca faktöriyel deneylerde de akım yoğunluğu, iletkenlik ve
elektroliz süresi enerji tüketimini aynı şekilde etkilemiştir. Örneğin deney numara 14 ve
16 karşılaştırılırsa enerji tüketimine iletkenlik ve elektrik süresinin etkisi öğrenebilir.
Akım yoğunluğu ve elektroliz süresinin etkisi örnek olarak 4. Ve 21. Deneylerin
karşılaştırılmasında açıktır.
IV.6 Kontrol Deneylerinin Sonuçları
Özellikle bulanıklık gibi fiziksel kirletici parametre arıtılırken elektrokoagülasyon
deneyleri oda sıcaklığında (20 – 25 oC) yapılması tercih edilir. Ayrıca enerji
tüketiminin işletme maliyeti etkileyebileceği için onu etkileyecek bir değişkenin kontrol
altına alınması gerekmektedir. Bundan dolayı kontrol değişken olarak iletkenlik ve
sıcaklık seçilmiştir. Bölüm 5.5.4’te görüldüğü gibi petrol rafineri atık suyun arıtımı için
0.95 A, 5 mS/cm, 9 (pH) ve 18 dk optimum koşul olarak bulunmuştur. Bu koşullarda
optimum sıcaklık 22.35 oC’ydi. Kontrol amacı, deney sırasında iletkenliği ve sıcaklığı
optimum değerlerinde tutmaktır. Ek olarak sıcaklığın 20 oC’de de tutulması çalışmıştır.
Bunun için her bu iki değişken için modele dayanıklı Fuzzy kontrol ve Oransal integral
türev (PID) kontrol yöntemleri kullanılmıştır.
IV.6.1 Fuzzy ve Oransal İntegral Türev Tek Giriş-Tek Çıkış (SISO) İletkenlik
kontrolü
Bu bölümde arıtma esnasında arıtılan atık suyun iletkenliğinin optimum değerinde
kalması için elektrokoagülasyon sistemine hem modele dayanıklı Fuzzy hem oransal
integral türev (PID) kontrol yöntemleri uygulanmıştır. İyi iletkenlik kontrolü her iki
yöntemi sağlamıştır. Şekil 4.21 ve Şekil 4.22’de sırasıyla fuzzy kontrol ve PID kontrol
sonuçları gösterilmektedir. PID için Cohen Coon yöntemine göre hesaplanan
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
parametreleri kullanılmıştır ( KC = 0.3515, KI = 0.1634, KD =0).
letkenlik mS/cm
6
4
2
0
-2
0
500
1000
1500
1000
1500
Destek Elektrolit Ak H z mL/dk
Zaman, s
4
3
2
1
0
0
500
Zaman, s
Şekil 4.21 Fuzzy tek giriş-tek çıkış iletkenlik kontrolu sonucu, elektrokoagülasyon
işleteme şartları: akım =0.95 A, başlangıç iletkenlik= 5 mS/cm, başlangıç pH=9,
elektroliz süresi 1080 s.
6
ile tk e n lik m S /c m
5
4
3
2
1
0
0
200
400
600
800
1000
1200
800
1000
1200
zaman, s
D e s t e k E l e k tr o l i t A k i s h i z i ,
m L /d k
20
15
10
5
0
0
200
400
600
Zaman, s
Şekil 4.22 PID tek giriş-tek çıkış iletkenlik kontrolü sonucu, elektrokoagülasyon
işleteme şartları: akım =0.95 A, başlangıç iletkenlik= 5 mS/cm, başlangıç pH=9,
elektroliz süresi 1080 s (18 dk).
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
IV.6.2 Fuzzy ve Oransal İntegral Türev Tek Giriş-Tek Çıkış (SISO) Sıcaklık
kontrolü
Petrol rafineri atık suyun EC ile arıtımı esnasında sıcaklık kontrolün sonuçları Şekil
4.23 - Şekil 4.25’te verilmektedir. Bu şekillerde gösterildiği gibi hem fuzzy hem PID
elektrokoagülasyon esnasında petrol rafineri atık suyun istenilen değerde kalmasını
sağlamıştır.
Sicaklik (oC)
30
20
10
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
4
Sogutma suyu vana acikligi
x 10
1
0.5
0
0
0.5
1
1.5
Zaman (sn.)
2
2.5
4
x 10
Şekil 4.23 PID Sıcaklık Kontrolü (set nokta=22.35oC), elektrokoagülasyon işleteme
şartları: akım =0.95 A, başlangıç iletkenlik= 5 mS/cm, başlangıç pH=9, elektroliz süresi
1080 s.
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Sicaklik (oC)
30
20
10
0
Sogutma suyu vana acikligi
-10
0
200
400
600
800
1000
1200
0
200
400
600
Zaman (sn.)
800
1000
1200
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
Şekil 4.24 PID Sıcaklık Kontrolü (set nokta=20 oC), elektrokoagülasyon işleteme
şartları: akım =0.95 A, başlangıç iletkenlik= 5 mS/cm, başlangıç pH=9, elektroliz süresi
1080 s.
20
o
Sicaklik ( C)
30
10
0
Sogutma suyu vana acikligi
-10
0
200
400
600
800
1000
1200
0
200
400
600
Zaman (sn.)
800
1000
1200
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
Şekil 4.25 Fuzzy sıcaklık kontrolü (set nokta=20 oC), elektrokoagülasyon işleteme
şartları: akım =0.95 A, başlangıç iletkenlik= 5 mS/cm, başlangıç pH=9, elektroliz süresi
1080 s.
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
IV. 7 Petrol Rafineri Atık suyu için Elektrokoagülasyon Artıma Verimi ve İşletme
Maliyetine İletkenlik ve Sıcaklık Kontrolünün Etkisi
Kontrol deneylerinde bakılan kirletici parametrelerinin giderim sonuçları Çizelge 4.18’de
verilmektedir. Çizelge 4.17 kontrolsüz halinde yapılan deneyin sonuçlarını göstermektedir.
Dinamik ve kontrol deney için optimum koşullar kullanılmıştır. Bu çizelgelerde görüldüğü gibi
tam bulanıklık giderimi PID kontrol yöntemle sıcaklık set noktası 20 oC’deyken elde edilmiştir.
Maksimum KOİ (%78.77)ve AKM (%75.76) giderimi sırasıyla dinamik deney ve Fuzzy
kontrol yöntemiyle sıcaklığın 22.35 oC’de tutulduğu deney sağlamıştır. Ayrıca, iletkenlik
kontrolü arıtma için en düşük enerji tüketimi sağlamıştır.
Çizelge 4.17 Dinamik deneyde kirletici giderimi
Kirletici parametre
KOİ
Bulanıklık
AKM
Giderim, %
78.76923077
96.94382022
45.45454545
Çizelge 4.18 Kontrol deneylerinde bakılan kirletici parametrelerinin giderim sonuçları
Kontrol
edilen
değişken
Kontrol
yöntemi
Set noktası
Sıcaklık
Fuzzy
20 oC
60.923
99.640
45.455
Sıcaklık Fuzzy
İletkenlik Fuzzy
22.35 oC
5 mS/cm
57.846
66.154
97.169
94.494
75.758
57.576
Sıcaklık
20 oC
64.000
100.000
72.727
57.231
66.462
97.101
93.910
42.424
24.242
PID
Sıcaklık PID
İletkenlik PID
22.35 C
5 mS/cm
o
KOİ giderimi,
%
Bulanıklık
giderimi, %
AKM giderimi,
%
Şekil 4.26. Optimum optimizasyon şartlarında petrol atık suyun sıcaklığının zamanla değişimi,
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
elektrokoagülasyon işleteme şartları: akım =0.95 A, başlangıç iletkenlik= 5 mS/cm, başlangıç
pH=9, elektroliz süresi 1080 s.
6
5
Iletkenlik (mS/cm)
4
3
2
1
0
-1
0
0.5
1
1.5
Zaman (sn.)
2
2.5
4
x 10
Şekil 4.27. Optimum optimizasyon şartlarında petrol atık suyun iletkenliğinin zamanla
değişimi, elektrokoagülasyon işleteme şartları: akım =0.95 A, başlangıç iletkenlik= 5 mS/cm,
başlangıç pH=9, elektroliz süresi 1080 s.
IV.8. Tekstil Endüstrisi Atık Sularının Arıtılmasıyla ilgili yapılan çalışmalar
IV.8.1. Akım Yoğunluğu ve Başlangıç pH’ının Etkisi
Tekstil atıksuyu arıtımının ön çalışmalarında ilk olarak farklı akım yoğunlukları denenmiştir.
Atıksuyun kendi pH’ında (pH=10,2) 200A/m2 ve 300A/m2 akım yoğunluklarında çalışılarak
arıtılan atıksuyun renk ve bulanıklık giderim verimi yüzdelerine bakılmıştır (Şekil 2). Şekilden
de görüldüğü gibi düşük akım yoğunluğunda daha düşük renk ve bulanıklık giderim verimi
elde edilmiştir.
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Şekil 2. Akım yoğunluğu ve elektroliz süresinin giderim verimi üzerine etkisi
EC prosesinde sadece çözünen metal miktarı (koagülan miktarı) değil aynı zamanda EC’nin
arıtım verimini etkileyecek gaz kabarcıklarının (H2) oluşum hızı, flokların boyut ve büyüklüğü
de akım yoğunluğuna bağlıdır. Akım yoğunluğunun artması gaz kabarcıklarının (bubbles)
yoğunluğunu artırır iken onların boyutunun azaltmasına neden olmakta sonuçta yukarı doğru
daha büyük akış ve kirleticilerin daha hızlı giderimi ve çamur flotasyonu gözlenmektedir
(Khosla et al., 1991).
Şekil 3. Başlangıç pH’ının ve elektroliz süresinin bulanıklık giderimi üzerine etkisi
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Şekil 4. Başlangıç pH’ının ve elektroliz süresinin renk giderimi üzerine etkisi
Endüstriyel tekstil atıksuyunun pH’ı yüksektir ve farklılıklar da gözlenebilmektedir. pH’ın
atıksu arıtımı üzerindeki etkisini gözlemleyebilmek için 4 farklı başlangıç pH’ında arıtım
gerçekleştirilmiştir. pH ayarları HCl kullanılarak yapılmıştır: asidik (pH:5), nötr (pH:7), bazik
(pH:9) ve atıksuyun orjinal pH’ı (pH:10,2). Şekil 3 ve 4 farklı başlangıç pH’larının bulanıklık
ve renk giderimleri üzerindeki etkisini göstermektedir. Grafikler incelendiğinde, düşük
pH’larda giderimin daha yüksek olduğunu, asidik ortamda giderim veriminin %90’nın üzerine
çıktığı görülmektedir. Başlangıç pH’ı 5 olduğunda 40 dk’lık bir elektroliz süresinin, arıtım
veriminin %90’nın üzerine çıkması için yeterli bir süre olduğu görülmüştür. 40 dk’dan sonra
elektroliz süresinin daha fazla arttırılması arıtım verimini etkilememiştir.
Şekil 5. Başlangıç pH’ının renk ve bulanıklık giderimi üzerine etkisi (elektroliz süresi: 60dk)
Sonuç olarak Şekil 5’te de daha net bir şekilde görüldüğü üzere düşük pH’larda daha iyi
giderim elde edilmiştir ve optimum pH aralığı 4-6 olarak belirlenmiştir.
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
IV.8.2 Kinetik Analiz
ln(-dCFTU/dt)
2,0
y = 0,8205x - 2,7724
R² = 0,9737
1,0
0,0
-1,0
0,00
1,00
2,00
-2,0
3,00
4,00
5,00
6,00
ln(CFTU)
Şekil 6. Prosesin kinetik analiz grafiği (300C’de)
Prosesin kinetik analizi yapılmıştır ve reaksiyon derecesinin ve reaksiyon hız ifadesinin
bulunabilmesi için Eşitlik 5.1’den yararlanılmıştır.
ln ቀ
ௗ஼ಷ೅ೆ
ௗ௧
ቁ = lnሺ݇ሻ +∝. ln(‫ܥ‬ி்௎ )
(5.1)
Reaksiyon derecesi yaklaşık olarak 1 bulunmuştur (0,8205≅1). 300C’deki reaksiyon hız
ifadesi 0,062 dk-1 olarak bulunmuştur. Ayrıca sıcaklığın proses verimi üzerindeki etkisi
incelenmiştir ve sonuç olarak görülmüştür ki arıtım verimi üzerinde sıcaklığın önemli bir etkisi
yoktur.
IV.8. 3 Cevap Yüzey Yöntemi
Optimizasyon çalışmaları için deneylerde bağımsız değişken olarak akım yoğunluğu, NaCl
elektrolit derişimi ve elektroliz süresi seçilmiştir. Bulanıklık giderimi ise bağımlı değişken
(cevap) olarak değerlendirilmiştir. Bağımsız değişkenlerin değişim aralıkları literatür
araştırmaları sonucu tespit edilmiştir (Akım yoğunluğu: 200–350 A/m2, NaCl elektrolit
derişimi: 0,5–2 g/L and elektroliz süresi: 10–60 dk). Bu parametrelerinin optimizasyonunu
gerçekleştirmek için D-optimal tasarım uygulanmıştır. D-optimal tasarım için yapılan deneyler
ve sonuçları Çizelge 2’de verilmiştir.
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Çizelge 2. Optimizasyon çalışmalarında sürdürülen deney planı
A:Akı
m
yoğun
luğu
B:
Elektr
olt
derş
m
C:Ele
ctrolz
süres
Bulanıkl
ık
gderm
%FTU
350
2.00
10
50.12
277
0.50
60
74.53
200
2.00
60
66.45
294
0.55
20
50.77
200
0.50
10
16.57
200
0.50
10
28.99
275
1.25
35
60.47
275
1.25
35
61.30
350
0.50
60
77.10
350
2.00
10
44.02
350
1.22
36
52.66
238
1.25
33
49.94
200
2.00
60
62.72
350
2.00
60
60.29
274
2.00
35
49.76
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
350
0.50
10
37.87
275
1.25
35
59.17
200
1.44
48
56.80
200
2.00
10
37.87
275
1.25
35
47.81
200
2.00
10
40.83
350
2.00
60
70.71
200
0.50
60
55.33
Sonuçların uyumlu olduğu quadratik modelin istatiksel önemi Çizelge 3’te gösterilen ANOVA
testi ile değerlendirilmiştir. Sonuçlara bakıldığında önerilen modelde p < 0,0001 olduğu
görülmektedir. Bu durumda R2 değeri 0,9176 olarak bulunmuştur. Bu sonuç toplam
değişkenlerin ve yapılan çalışmaların %91,76 ’sının bu model ile açıklanabileceği anlamına
gelmektedir.
Çizelge 3. Optimizasyon için D-optimal ANOVA sonuçları
Kaynak
K
Ka
F
p
ar
rel
el
eri
d
eğ
er
n
e
er
to
ort
ğ
i
d
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
pl
ala
e
>
a
ma
r
F
m
sı
i
ı
Blok
4
41.
1.
99
9
9
Model
4
719
3
<
3
.76
1
0.
1
.
0
8.
5
0
5
3
0
4
1
A-Akım
3
369
1
0.
yoğunluğ
6
.56
6
0
u
9.
.
0
5
1
0
6
9
9
B-NaCl
8
89.
3
0.
derişimi
9.
93
.
0
9
9
6
3
4
3
5
C-
3
317
1
<
Elektroli
1
8.6
3
0.
z süresi
7
4
9
0
8.
.
0
6
2
0
4
5
1
AB
1
150
6
0.
5
.76
.
0
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
0.
6
1
7
0
9
6
BC
9
1
162
7
0.
6
.81
.
0
2.
1
1
8
3
6
1
A2
1
1
121
5
0.
2
.19
.
0
1.
3
3
1
1
4
9
1
Arta
3
22.
kalan
8
83
8.
0
5
Uygun
olmayan
1
16.
0
0.
6
18
.
8
1.
5
4
8
0
5
2
Hata
0
2
32.
2
32
6.
2
3
Cor
4
toplam
7
4
8.
5
9
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Çizelge 4. R2 sonuçları
Std.
4.78
Sapma.
R-
0.9176
Squared
Ortalam
52.27
a
Adj
R-
0.8885
Squared
Pred R-
0.8295
Squared
Adeq
19.510
Precision
ANOVA testinden sonra akım yoğunluğu, NaCl elektrolit derişimi ve elektroliz süresinin bir
fonksiyonu olarak veren quadratik model eşitliği (model tarafından önerilen) kodlu ve gerçek
değerleri ile Eşitlik 5.2 ve 5.3’te verilmiştir.
Bulanıklık = + 55.96
+ 5.02 * A
+ 2.44 * B
+ 14.44 * C
- 3.49 * A * B
- 3.42 * B * C
- 4.93 * A2
(5.2)
Bulanıklık = - 82.34921 + 0.62684 * Akım yoğunluğu
+ 26.69067 * Elektrolit derişimi
+ 0.80563 * Elektroliz süresi
- 0.062021 * Akım yoğunluğu * Elektrolit derişimi
- 0.18239 * Elektrolit derişimi * Elektroliz süresi
- 8.77169E-004 * Akım yoğunluğu2
(5.3)
Optimizasyon çalışmaları sonucu elde edilen modele göre maksimum bulanıklık giderimi
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
aşağıda görüldüğü gibidir;
maksimum f (maksimum bulanıklık giderimi)
0 ≤ f ≤ 100
200 ≤ A ≤ 300
A = 343 A/m2; B = 0.5 g/L; C = 60 dk
0.5 ≤ B ≤ 2
f = %75.5
10 ≤ C≤ 60
IV.8. 4 Tekstil Atıksuyunun Arıtılmasında İşletim Parametrelerinin Çoklu Etkisi
5.8.4.1 Elektrolit derişimi ve akım yoğunluğunun etkisi
Şekil 7. % Bulanıklık giderimi, Elektroliz süresi: 60 dk
Şekil 7‘de düşük akım yoğunluğunda elektrolit derişiminin verime etkisi çok fazla
gözlenmemiştir. Ancak yüksek akım yoğunluğunda, düşük elektrolit derişimlerinde daha fazla
bulanıklık giderimi elde edilmiştir. Aynı zamanda akım yoğunluğundaki artışın bulanıklık
giderim verimi üzerinde olumlu bir etkisi olmuştur. Akım yoğunluğu arttıkça bulanıklık
giderimi artış göstermiştir.
IV.8.4.2 Elektroliz süresi ve elektrolit derişiminin etkisi
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Şekil 8. % Bulanıklık giderimi, Akım yoğunluğu: 343 A/m2
Şekil 8’de 40dk’ya kadar elektrolit derişiminin artması ile bulanıklık giderim veriminin arttığı
görülmektedir. Ancak 40dk’dan sonra elektrot derişimindeki artış bulanıklık giderim verimini
çok fazla etkilememiştir. Elektroliz süresinin bulanıklık giderimi üzerinde önemli bir etkisi
vardır. Süre arttıkça giderim verimi artış göstermektedir.
IV.8.4.3 Elektroliz süresi ve akım yoğunluğunun etkisi
Şekil 9. % Bulanıklık giderimi, NaCl derişimi: 0.5 g/L
Şekil 9’da bulanıklık giderim veriminin elektroliz süresi ve akım yoğunluğundaki artış ile artış
gösterdiği görülmektedir. Ancak 275 A/m2 akım yoğunluğunun daha üst değerlerinde giderim
verimindeki artış yavaşlamıştır.
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
4.8.4.4. Tartışma ve Sonuç
Tekstil atıksuyunun elektrokimyasal arıtımının optimizasyonu Cevap Yüzey Yöntemi
(Response Surface Methodology (RSM)) kullanılarak yapıldığında, optimum elektroliz süresi,
akım yoğunluğu ve elektrolit derişimi sırasıyla; 60 dk, 343 A/m2, 0,5 g/L olarak bulunmuştur.
Bu değerler tekstil atıksuyuna uygulandığında % 75,5 giderim elde edilmiştir. Ayrıca bu
optimum değerler kullanılarak başlangıç pH’ının etkisine bakıldığında görülmüştür ki, asidik
ortamda arıtım verimi %90’ın üzerinde olmaktadır.
4.8.5. Kağıt Endüstrisi Atık Sularının Arıtılması ile ilgili Yapılan Çalışmalar
4.8.5.1. Plackett-Burman Deney Tasarım Çalışmaları
Kağıt endüstrisi atık sularının elektrokoagülasyonla arıtımında akım, elektrokoagülasyon
süresi, iletkenlik, başlangıç pH’ı, sıcaklık, elektrot materyali, karıştırma hızı faktörlerinin güç
tüketimi ve bulanıklık giderimi üzerine etkilerinin incelendiği Plackett –Burman deney
tasarımı ve deneyler sonucunda elde edilen yanıtlar Çizelge 5’te verilmiştir.
Çizelge 5. Plackett- Burman deney tasarımı ve yanıtları
Deney
A
B
C
D
̶
E
̶
F
̶
G
% Bulanıklık
W
Giderimi
4529.65
87.84
1
̶
̶
̶
2
+
+
+
̶
+
̶
̶
78462
78.28
3
̶
+
+
+
̶
+
̶
10955.5
95.15
4
̶
̶
+
+
+
̶
+
3850.65
86.43
5
+
̶
̶
+
+
+
̶
32940
84.83
6
̶
+
̶
̶
+
+
+
10737.5
96.54
7
+
̶
+
̶
̶
+
+
31551
86.96
8
+
+
̶
+
̶
+
94158
86.87
̶
̶
Güç Tüketimi,
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
4.8.5.1.1. Güç Tüketimi İçin Varyans Analizi
Normal dağılım grafiğinin çizilmesinde kullanılan çizelge ve ilgili grafik aşağıda verilmiştir.
Çizelge 7. Güç tüketimi için normal dağılım veri tablosu
i
Etki
1
2
3
4
5
-23704.075
-4386.5
-3801
3352.5
4156
F
C
E
G
D
B
A
7.14
21.43
35.71
50
64.23
78.57
92.86
Simge
P
100
7
30360.425 51759.425
A
80
B
D
60
%p
6
G
40
E
20 C
F
-40000
-20000
0
0
20000
40000
60000
Etki
Şekil 2. Güç tüketimi için normal dağılım grafiği
Şekilden görüleceği üzere C, D, E ve G faktörleri 0 civarında toplanmış olup F, B ve A
faktörleri daha büyük bir etkiye sahip olarak görülmektedir. Bu faktörler ANOVA çizelgesinin
üst satırına yerleştirilirken C, D, E ve G faktörleri artık olarak ANOVA çizelgesinin alt satırına
yerleştirilir.
Aşağıda A faktörünün etkisinin kareler toplamının hesaplanması örnek olarak verilmiştir.
‫ݕ‬ଵᇱ =
(4529.65 + 10955.5 + 3850.65 + 10737.5)
= 7518.325
4
‫ݕ‬ଶᇱ =
(78462 + 32940 + 31551 + 94158)
= 59277.75
4
‫ ݕ‬ᇱᇱ =
4529.65 + 10955.5 + 3850.65 + 10737.5 + 78462 + 32940 + 31551 + 94158
8
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
‫ ݕ‬ᇱᇱ = 33398.6
ܵܵ஺ = 4 × (7518.325 − 33398.6)ଶ + 4 × (59277.75 − 33398.6)ଶ
ܵܵ஺ = 5.358 × 10ଽ
Güç tüketimi için faktörlere ait kareler toplamları kullanılarak oluşturulan ANOVA çizelgesi
aşağıda verilmiştir.
Çizelge 8. Güç tüketimi için ANOVA çizelgesi
Varyasyon
df
SS
MS
Varyans
kaynağı
oranı
A
1
5.358 x 109
5.358 x 109
172.28
B
1
1.844 x 109
1.844 x 109
59.29
F
1
1.124 x 109
1.124 x 109
36.141
C
1
3.848 x 107
D
1
E
1
G
1
Toplam
7
Artık df
3.454 x 107
2.890 x 107
4
Artık SS
Artık MS
9
0.0311 x 109
0.1244 x 10
2.248 x 107
F çizelgesinde P = 0.05 ve serbestlik derecesi 1 ve 4 için kritik değer 7.71 olarak okunur.
172.28, 59.29, 36.141 değerleri 7.71 değerinden büyük olduğundan sıfır hipotezi (A, B, F
faktörlerinin güç tüketimi üzerinde anlamlı bir etkisi yoktur) reddedilir. Alternatif hipotez (A,
B, F faktörleri güç tüketimi üzerinde etkilidir) kabul edilir.
4.8.5.2 Bulanıklık Giderimi İçin Varyans Analizi
Normal dağılım grafiğinin çizilmesinde kullanılan çizelge ve ilgili grafik aşağıda verilmiştir.
Çizelge 9. Bulanıklık giderimi için normal dağılım veri tablosu
i
Etki
Simge
P
1
2
3
4
5
6
7
-7.255
-2.685
-2.315
0.915
2.675
2.695
6.015
A
E
C
D
G
B
F
7.14
21.43
35.71
50
64.23
78.57
92.86
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Varyasyon
df
SS
100
%P
kaynağı
A
F
1
105.27
C
73.68
E
A
-15
1
-10
MS
Varyans
B
G
60
1
B
F
80
oranı
D
40
20
105.27
9.45
73.68
6.62
0
-5
14.53
C
1
Artık df
10.72
D
1
5
1.67
E
1
14.42
G
1
14.31
Toplam
7
0
Etki
5
10
15
Artık SS
Artık MS
55.65
11.13
Şekil 3. Bulanıklık giderimi için normal dağılım grafiği
Şekilden görüleceği üzere B, C, D, E ve G faktörleri 0 civarında toplanmış olup A ve F
faktörleri daha büyük bir etkiye sahip olarak görülmektedir. Bu faktörler ANOVA çizelgesinin
üst satırına yerleştirilirken B, C, D, E ve G faktörleri artık olarak ANOVA çizelgesinin alt
satırına yerleştirilir.
Bulanıklık giderimi için oluşturulan ANOVA çizelgesi aşağıda verilmiştir.
Çizelge 10. Bulanıklık giderimi için ANOVA çizelgesi
F çizelgesinde P = 0.05 ve serbestlik derecesi 1 ve 5 için kritik değer 6.61 olarak okunur. 9.45
ve 6.62 değerleri 6.61 değerinden büyük olduğundan sıfır hipotezi (A ve F faktörlerinin
bulanıklık giderimi üzerinde anlamlı bir etkisi yoktur) reddedilir. Alternatif hipotez (A ve F
faktörleri bulanıklık giderimi üzerinde etkilidir) kabul edilir.
4.8.5.3 Sıcaklık Kontrol Çalışmaları
Kağıt endüstrisi atıksuyunun elektrokoagülasyonla arıtımında reaktör sıcaklığının kontrol
edilmesi amacıyla yapılan çalışmalarda PID kontrol edici kullanılmıştır. Ayarlanabilen
değişken olan ceketten geçen soğutma suyunun akış hızı bir on/off vana ile
ayarlanabilmektedir. Bu durumdan dolayı kontrol edici reaktördeki sıcaklık değişimlerine karşı
çok duyarlı olmalıdır. Aksi takdirde sıcaklığın kontrol altında tutulması son derece zor
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
olacaktır. Sistem çıkış değişkeni set noktasını geçtiği zaman soğutma suyu vanasını açacak, set
noktasının altında olduğu durumda ise vanayı kapalı tutacak şekilde tasarlanmıştır.
Kontrol edicinin test edilmesi amacıyla yapılan ilk çalışmada akım 1 A, soğutma suyu sıcaklığı
10°C olarak ayarlanmış olup, reaktör sıcaklığı 19.5°C’de yatışkın koşulda iken set noktası
18°C olarak seçilmiştir. PID parametreleri olarak sırasıyla 48, 0.5, 0.01’in kullanıldığı
durumda sistem yaklaşık 2700 saniye süresince işletilmiştir. Yapılan çalışmanın sonuçları
Şekil 4’te verilmiştir.
Şekil 4. Set noktası = 18 oC, Kc = 48, τI = 0.5, τD = 0.01 değerlerinde sıcaklığın PID kontrolü
Kontrol edicinin test edilmesi amacıyla yapılan ikinci çalışmada akım 1.5 A, soğutma suyu
sıcaklığı 9°C olarak ayarlanmış, reaktör sıcaklığı 21.3°C’de yatışkın koşulda iken set noktası
25°C olarak seçilmiştir. PID parametreleri olarak sırasıyla 48, 0.5, 0.01’in kullanıldığı
durumda sistem yaklaşık 1800 saniye süresince işletilmiştir. Yapılan çalışmanın sonuçları
Şekil 5’te verilmiştir.
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
Şekil 5. Set noktası = 25 oC Kc = 48, τI = 0.5, τD = 0.01 değerlerinde sıcaklığın PID kontrolü
Seçilen PID parametreleri ve on/off kontrol stratejisi ile yapılan çalışmada elde edilen sonuçlar
tasarlanan kontrol edicinin tatmin edici sonuçlar verdiğini göstermektedir.
V.
Sonuç ve Öneriler
Bu proje kapsamında, projeye başlamadan önce gerçekleştirileceği öngörülen planlamanın
başarıyla gerçekleştirildiği görülmektedir. Bu alt yapı projesi ile sağlanan olanaklardan üç
adet doktora tezi üretilmiştir. Bu tezlerden, bir tanesi halen devam etmektedir. Projede,
bütçe imkanları en uygun şekilde kullanılmış, bir miktar meblağ harcanmadan kalmıştır.
Elektrokoagülasyon sistemi şu anda çalışır durumda hizmet vermeye devam etmektedir.
Projede elde edilen sonuçlar, bildiri, poster ve yayın olarak literatüre katkı sağlanmıştır.
Sonuç olarak, endüstride önemli bir yere sahip olan petrokimya, tekstil ve kağıt
endüstrilerinin atık sularının arıtılması, işletim koşullarının ve etki eden değişkenlerin
belirlenmesi ve bütün sistemin on-line olarak bilgisayar ile kontrol edilmesi başarıyla
gerçekleştirilmiştir.
Özellikle uygulamaya yönelik sürdürülebilir ve sürekliliği olan aynı zamanda örgencilerin
çalışmasına imkan sağlayan alt yapı projelerinin desteklenmesinin hem birim hem de
üniversitemiz açısından yararlı olacağı kanısındayım.
VI.
Geleceğe İlişkin Öngörülen Katkılar
Günümüzde gelişen çevre bilinci, atık sorununu acil çözülmesi gereken sorunların en
başına taşımıştır. Bu bağlamda, atıkları çalışılan endüstriyel kuruluşlarla sonuçlar
paylaşılmış, prosesin ölçek büyütülmesi durumunda, kullandıkları mevcut kimyasal arıtma
sisteminden çok daha pratik, sorunsuz ve etkin olacağı belirtilmiştir. Bu konuyla ilgili
görüş alışverişlerine devam edilecektir.
Mevcut sistem, yüksek lisans ve doktora tez konularına kaynak oluşturmaya ve öğrencilere
hizmet vermeye devam edecektir.
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
VII.
Sağlanan Altyapı Olanakları ile Varsa Gerçekleştirilen Projeler
Karabük Üniversitesi ile Karabük Demir-Çelik Fabrikasının atık sularının arıtılması konusunda
mevcut sistemde ortak çalışmalar yapmak üzere prensip anlaşması yapılmış, projelendirme
aşaması devam etmektedir.
VIII.
Sağlanan Altyapı Olanaklarının Varsa Bilim/Hizmet ve Eğitim Alanlarındaki
Katkıları
Alt yapı projesinde elde edilen bulgular ve sonuçlar biri yabancı uyruklu olmak üzere üç
öğrencinin doktora tezine konu oluşturmuş ve yayımlanmıştır.
Mevcut sistemde halen bir doktora öğrencisi çalışmalarına devam etmekte ayrıca proje
kapsamı dışında olmasına rağmen bir yüksek lisans öğrencisi, şeker fabrikası atık suyu,
birine ve organik atıkların giderilmesi ve işletim koşulları ile etki eden değişkenleri
inceleyerek bir optimizasyon çalışması yapmaktadır. Bu çalışmanın materyal ve yöntemi
aşağıda verilmiştir.
Şeker pancarı atık sularının ve brine atık suyu ile organik kökenli atık suların
elektrokoagülasyon yöntemi ile arıtılıması ve optimizasyon şartlarının incelenmesi
Bu çalışmada, şeker pancarı endüstri atık suyu ve alternatif olarak brine ve bir organik kökenli atık
suyun elektrokagülasyon prosesi ile arıtımı gerçekleştirilecektir. Şeker pancarı atık suyu(yıkama
suyu) Ankara Şeker Fabrikasından temin edilecektir. Daha sonra birine atığı ve organik kökenli bir
atık su ile optimizasyon deneyleri yapılarak elektrokoagülasyon yoluyla arıtımı en iyi yapılan atık
su ve optimizasyon şartları tespit edilecektir. Elektrokoagülasyon çalışmalarında Al metal plaka
şeklinde elektrotlar kullanılacaktır. Elektrotların kullanıldığı EC prosesi üzerine atık su başlangıç
pH’ı, akım yoğunluğu, sıcaklık, destek elektrolit derişimi, elektrotlar arası mesafe, farklı elektrot
bağlantı şekilleri ve işletme süresi gibi parametrelerin etkilerinin arıtım verimi üzerindeki etkilerini
görmek amacıyla çalışmalar yapılacak, EC prosesinin optimizasyon çalışmaları gerçekleştirilecek
ve bilgisayar kontrollü bir EC reaktöründe arıtım sağlanacaktır. Literatür çalışmalarına
bakıldığında daha çok kimyasal koagülasyon yöntemi ile çalışıldığı; elektrokoagülasyon
yönteminin çok üstünde durulmadığı tespit edilmiştir. Bununla birlikte, daha pratik olan ve
zamandan tasarruf sağlayan elektrokoagülasyon yöntemi ile şeker pancarı atığının arıtımında KOİ
değerlerinin tespiti biyolojik ağırlıklı atık su olmasından dolayı zordur bu yüzden BOi tespitine
daha çok elverişlidir. Bu sebeple şekerpancarı ile elektrokoagülasyon arıtımında renk ve bulanıklık
giderimi parametreleri üzerinde artım yüzdeleri tespit edilecektir. Birine ve diğer organik atık
arıtımında renk bulanıklık ve KOİ tespiti yapılarak Dizayn Expert programı vasıtası ile optimize
şartların hangi koşullarda olduğu tespit edilecektir.
IX.
Kaynaklar
Bande, R. M., Prasad, B., Mishra, J.M. and Wasewar, K. L. 2008. Oil Field Effluent Water
Treatment for Safe Disposal by Electroflotation. Chemical Engineering Journal. 137, 503-509.
Bayramoglu, M., Kobya, M., Can, O.T. and Sozbir, M. 2004. Operating cost analysis of
electrocoagulation of textile dye wastewater. Separation and Purification Technology, 37, 117-125
Costa, C. R., Montailla, F., Moranlon,E. and Olivi, P. 2010. Electrochemical Oxidation of
Synthetic Tannery Wastewater in Chloride Free Aqeous Media. Journal of Hazardous Materials.
EK-11 Sonuç Raporu Formatı
180, 429-435.
Ghosh, D., Solanki, H. and Purkait, M.K. 2008. Removal of Fe(II) from Tap Water by
Electrocoagulation Technique. Journal of Hazardous Materials. 155, 135-143.
Holt, P.K., Barton, G.W. and Mitchell, C.A., 2005. The Future of Electrocoagulation As A
Localized Water Treatment Technology. Chemosphere. 59, 355-367.
Hu, C.-Y., Loa, S.-L. and Kuan, W.-H., ―Simulation the Kinetics of Fluoride Removal by
Electrocoagulation (EC) Process Using Aluminum Electrodes‖, Journal of Hazardous Materials,
2007, 145: 180–185.
Kobya, M., Can, O.T. and Bayramoglu, M.
2003. Treatment of textile wastewater by
electrocoagulation using iron and aluminum electrodes. Journal of Hazardous Materials, B100,
163-178.
Kobya, M., Ulu, F., Gebologlu, U., Demirbas, E., Oncel, M.S. 2011. Treatment of potable water
containing low concentration of arsenic with electrocoagulation: Different connection modes and
Fe–Al electrodes. Separation and Purification Technology 77, 283–293.
Mohan, N., Balasubramanian, N. and Ahmed Basha. 2007. Electrochemical Oxidation of Textile
Wastewater and Its Reuse. Journal of Hazardous Materials. 147, 644-651.
Panizza, M. and Cerisola, G. 2008. Removal of Colour and COD from Wastewater Containing
Acid Blue 22 by Electrochemical Oxidation. Journal of Hazardous Materials. 153, 83-88.
Radha, K.V., Sridevi, V. and Kalavani, K. 2009. Electrochemical Oxidation for the Treament of
Textile Industry Wastewater. Bioresource Technology. 100, 987-990.
X.
Ekler
a. Mali Bilanço ve Açıklamaları
b. Makine ve Teçhizatın Konumu ve İlerideki Kullanımına Dair Açıklamalar
c. Teknik ve Bilimsel Ayrıntılar (varsa Kesim III'de yer almayan analiz ayrıntıları)
d. Sunumlar (bildiriler ve teknik raporlar) (Altyapı Projeleri için uygulanmaz)
e. Yayınlar (hakemli bilimsel dergiler) ve tezler (Altyapı Projeleri için uygulanmaz)
NOT: Verilen sonuç raporu bir (1) nüsha olarak ciltsiz şekilde verilecek, sonuç raporu
Komisyon onayından sonra ciltlenerek bir kopyasının yer aldığı CD ile birlikte
sunulacaktır. Sonuç raporunda proje sonuçlarını içeren, ISI’ nın SCI veya SSCI veya
AHCI dizinleri kapsamında ve diğer uluslar arası dizinlerce taranan hakemli
dergilerde yayınlanmış makaleler, III. Materyal ve Yöntem ve IV. Analiz ve Bulgular
bölümleri yerine kabul edilir.
EK-11 Sonuç Raporu Formatı

Application Of Electrooxidation Process For Treating

“Tarımda Orta Gelir Tuzağı Var mı?” - Köy

Bodrum Liman Başkanlığı Hizmet Standartları Tablosu

korozija – osnove

ankara üniversitesi bilimsel araştırma projesi sonuç raporu santrifüj

v - Ankara Üniversitesi Açık Erişim Sistemi

Abant İzzet Baysal - Eğitim Fakültesi Dergisi

Şubat 2014 - Çorum İl Özel İdaresi

fen bilimleri enstitüsü bilgisayar mühendisliği anabilim dalı

Bilinmeyen ödemelerin listesi ekte bulunmaktadır

2-ALKOKSİ-4-ARİL-5H-İNDEN[1,2-b] PİRİDİN-3

nel elektronik genel ürün portföyü

4530 Kullanma Kılavuzu

Uzm. Çevre Müh. Dr. Esra Billur BALCIOĞLU