TARIFNAME ELEKTROKIMYASAL ATIK su ARITIMI IÇIN YÖNTEM VE ENDÜSTRIYEL Teknik Alan Bu bulus, endüstriyel atik suyun elektrokimyasal yöntemlerle aritilmasina yönelik bir yöntem ve cihaz ile ilgilidir. Uluslararasi Patent Siniflandirmasina (IPC) göre belirtilen cihaz su sekilde Teknigin Bilinen Durumu Son yillarda elektrokimyasal proseslerin atiksu aritimi üzerinde yogun arastirmalar yapilmakta ve uygulamalari sürekli artmaktadir. Pek çok endüstriyel proseste, yüksek konsantrasyonda tehlikeli inorganik ve organik maddeler içeren büyük miktarda atik su üretilir. Kirletici maddeleri kabul edilebilir konsantrasyonlara çikarmak ve bunlarin geri dönüs ve üretimde yeniden kullanim olasiligini saglamak için atik suyun aritilmasina ihtiyaç vardir. Çogu durumda, atik sudaki kirletici maddeleri uzaklastirmak için asitler ve bazlar gibi kimyasallar kullanilir. Bu maddeler ek ikincil kirlilik yaratir. En yaygin kimyasal pihtilasma/topaklanma yöntemi, proses kosullarini ve ortamin pH'ini gözlemleyerek alüminyum ve demir tuzlarini kullanir. ultrasona maruz birakildigi bir elektrokoagulasyon aritma yöntemini önermektedir. Çalismalari sirasinda katot plakalarindan olusan birikintilerin giderilmesine yönelik bir kurulum anlatilmaktadir. Yukarida açiklanan pilot kurulum, sondaj islemleri sirasinda petrol ürünlerinden kaynaklanan atik suyun aritilmasi için test edildi. proses ve cihazi açiklamaktadir. Bulusun konusu, oksidasyon prosesi de dahil olmak üzere, elektrokimyasal yöntemler esas alinarak çalisan bir yöntem ve tesisattir. Elektrot olarak paslanmaz çelik ve alüminyumdan yapilmis elektrotlar kullanilir. Ek olarak, çözeltiler UV isinimina ve ultrasonik isleme ve ayrica elektromanyetik alanda yeniden sirkülasyona tabi tutulur. Oksidasyon ve dezenfeksiyon için ozon kullanilir. Sivilari aritmak için elektrokoagülasyon cihazi US-6139710-A patentinde verilmisti. Elektrokoagülasyon saflastirma cihazi, bir reaksiyon odasinin içine yerlestirilmis metal plakalar içerir. Elektrokoagülasyon odasinin içinde bir elektrik alani olusturmak için plakalara voltaj uygulanir. Cihaz hem endüstriyel kullanim hem de laboratuvar kullanimi için uygulanabilir. Reaksiyon odasinin içindeki elektrik alaninin voltaji ve gücü gerektigi gibi ayarlanabilir. Plakalar reaksiyon odasindan kolaylikla çikarilabilir ve tek tek veya takim halinde degistirilebilir. ABD patenti No. 3664951, organik atik bilesenleri içeren atik suyun aritilmasina yönelik bir cihaz ve yöntemi açiklamaktadir. Hazirlik asamasinda çalisma ortaminin baslangiç pH degeri ve elektriksel direnci ayarlanarak asit ve bazlar eklenerek belirtilen degerler ayarlanir. Mevcut bulusta önerilen yöntemde, çalisma ortaminin ön hazirlama asamasinda ne asitler ne de bazlar kullanilmaz; bunlar, çalisma ortaminin sonraki islemlerinde ve ayrica sonraki islemin herhangi bir baska asamasinda kullanilmaz. ABD Patenti No. 6887368, agir metallerin proses solüsyonlarindan ve atik sudan elektrik kullanilarak ayrilmasina yönelik bir yöntem ve cihazi açiklamaktadir. Krom(VI) konsantrasyonunu azaltmak için atik su, üç fazli alternatif akim ve özel elektrotlar kullanilarak ön aritilir. Patent CN112374663B, sivi-kati akiskan yatagin üç boyutlu elektrokatalitik oksidasyonu yoluyla organik atik suyun aritilmasina yönelik bir yöntemi açiklamaktadir. Atik sudaki organik maddenin verimli bir sekilde ayrismasi, üç boyutlu akiskan yatakli elektrolizle birlestirilmis bir plaka elektrolizörü araciligiyla saglanir. Patent CN115159630A, dahili sivi sirkülasyonu olan entegre bir elektrokatalitik reaktörün bir diyagramini saglar. Bulus, kati ve sivi fazlarin yani sira gaz ve sivinin ayrilmasina da olanak saglar. Açiga çikan gazin kaynaklarinin kullanilmasi, asitle yikama isleminin önlenmesini ve elektrot plakalari üzerindeki istenmeyen birikintilerin azaltilmasini mümkün kilar. Mevcut bulusta birinci ve ikinci asamalarda elektrokimyasal yöntemler, konsantrasyonlarina bakilmaksizin agir metallerin salinimini saglamaktadir. Mevcut bulusta kullanilan elektrotlar, dogru akimin pozitif ve negatif kutuplarina dönüsümlü olarak baglanan basit metal plakalardir. Tarif edilen bulusta ortamin reaktör kabinda karistirilmasi basinçli hava kullanilarak gerçeklestirilir. Endüstriyel atik suyun elektrokoagülasyon aritimi için yöntem ve cihaz, WO 9926887 patentinde sunulmaktadir ve üç ana parçayi içermektedir. Birincisi flok karistirma odasi, ardindan aritma cihazinin ana kismidir. Burada anlatilan sürecin asamalari su sekildedir: (a) elektroliz sirasinda topaklasmaya ve çökelmeye egilimli safsizliklar içeren endüstriyel atik suyun düsük basinç altinda saglanmasi; (b) atik suyun dogru akim uygulanmasi yoluyla elektrolizi, bunun sonucunda mevcut yabanci maddeler yok edilir ve kimyasal olarak dibe çöken topaklarin olusmasi saglanir; (c) gerektiginde flokülasyon ve mekanik için kimyasal katki maddeleri eklenerek topaklarin ve aritilmis suyun ayrilmasi. Alternatif bir tasarim, aritilan suyun kirlilik derecesine bagli olarak alüminyum, karbon vb. gibi diger malzemelerden yapilmis plakalar içerir. Hücre gövdesinde bu plakalar, hücre girisinden çikisa kadar su hareketinin dolambaçli bir yolunu olusturur. Mevcut bulusta, önerilen yöntemle karsilastirildiginda, atik su aritma asamalarinin açiklanan patentten önemli ölçüde farkli oldugu açiktir: (a) Atik su alici tankta hazirlanir; (b) Birinci reaktörde, atik suyun elektrokatalitik oksidasyonu, çözünmeyen elektrotlar kullanilarak gerçeklestirilir. (c) Ikinci reaktörde, bir dizi çelik ve alüminyum elektrot kullanilarak dogru akim elektro pihtilasmasi gerçeklestirilir; (d) Pihtilasma ve topaklanma asamasi; (e) Köpügün ve çamurun bir toplama tankina ayrilmasi asamasi; (f) Aritilmis suyun bir kum ve aktif karbon filtresi yoluyla filtrelenmesi; Patent çözümü mevcut bulusta önerilen yöntemle karsilastirildiginda, atik su aritma asamalarinin açiklanan patentten önemli ölçüde farkli oldugu açikça ortaya çikiyor: (a) Atik su, alici tankta ön çöktürme yoluyla hazirlanir; (b) Birinci ve ikinci reaktör kabinda, atik suyun elektrokatalitik oksidasyonu, ve elektrokoagülasyonu gerçeklestirilir. (c) Pihtilasma ve topaklanma asamasi sonrasi elektroflotasyon asamasi; (d) Köpük ve az miktarda çamur toplama tankinda ayirma asamasi; (e) Aritilmis suyun bir kum filtresi ve bir aktif karbon filtresi yoluyla filtrelenmesi; Mevcut bulusta, herhangi bir filtre presi kullanilmamaktadir ve topaklasmayi arttirmak için isleme sirasinda hiçbir asit veya baz eklenmemektedir. Adi geçen cihazin tasarimi, atik su aritimi için daha önceki patentlerle karsilastirildiginda, mevcut patentte yöntem ve cihaz sunlari içerir: Bir su pompasiyla donatilmis su aritma tanklari, seviye kontrol cihazlari, toplanan çamurun bosaltilmasi için bir tahliye vanasi tank, su temini için solenoid valflar, bir kum filtresi ve bir aktif karbon filtresi ile donatilmis filtre kabi; Özel metallerden ve oksitlerinden yapilmis bir dizi çözünmeyen elektrot sistemi donatilmis birinci reaktör; atik suyun elektrokooksidasyon islemi sirasinda elektrot plakalari yüksek akim yogunluklarinda çalistirilir; ikinci reaktör tankinda, önce bir dizi çelik ve alüminyum reaktör elektrotuyla su elektrolizi gerçeklestirilir ve elektroflotasyondan sonra ikinci reaktör tankindan aritilmis su, ayirma tanklarina bosaltilir. Isleme prosedürünü gerçeklestirmek için programlanabilir mantik denetleyicisi (PLC). Halldorson Jacob ve digerleri tarafindan önerilen atik su aritma yöntemi ve aparatinda (ABD Patenti No. 6358398), atik su oksidasyonu için çözünmüs gazlara odaklanmaktadir. Bu bulusun amaci, oksitleyici gazin atik sudaki kirletici maddeler üzerinde maksimum etkisini elde etmek için küçük gaz kabarciklarini mümkün oldugu kadar uzun süre çözelti içinde tutmaktir. Hazirlanmasini, gelen atik suyun pH degerinin hassas bir sekilde düzenlenmesini, mekanik karistirma ile yogun havalandirmayi içerir. Atik su tekrar filtrelendikten sonra bir sonraki aritma asamasina beslenir. Bu asamada, ek pihtilasma ve çökelmeyi artiran, manyetik alana ve elektrokimyasal topaklasmaya eszamanli olarak maruz birakilan ozon ve UV radyasyonu kullanilir. Elektrokimyasal flokülasyon, belirlenen su kirliligi derecesine bagli olarak dört degerde dogru veya alternatif akim uygulanarak elde edilir. Aktif karbondan son filtrelemenin ardindan aritilmis su prosesten çikar. asamali bir atik su aritma sürecini açiklamaktadir. Atik su, pH degerinin ayarlandigi bir tankta hazirlanir. Atik su deposundan gelen su, su aritmanin gerçeklestigi elektrokoagülasyon reaktör ünitesine beslenir. Mikro hava kabarciklari, ayni zamanda bir yikama sistemi görevi gören hava besleme sisteminden reaktör bloguna eszamanli olarak verilir. Reaktörden çikan atik su, önce birincil filtre, ardindan ikincil filtre olmak üzere çesitli filtrelerden filtrelenir. filtresi araciligiyla su aritma yöntemini açiklamaktadir. Hazirlik asamasi, pH degerini 5 veya 6'ya ayarlamak için asit veya bazlarin eklendigi bir atik su tankindan olusur. Ayni zamanda, reaktörde bir ozon jeneratörü kullanilarak 15 ppm'ye kadar ozonlama gerçeklestirilir. Su tanktan gelen su, elektrokoagülasyon için bir reaktör tankina pompalanir. Elektrokoagülasyon için reaktör tanki 400 A'lik bir dogru akimin ve 15 V'luk bir voltajin saglandigi, birbirinin önüne yerlestirilmis bir alüminyum katot ve anot içerir. Aritmadan sonra su, reaktör tankindan Proudo CO LTD'ye ait bir patent (EP 1138635), kirlenmis sivilarin aritilmasina yönelik bir yöntem ve sistemi açiklamaktadir. Sistem sadece göl ve nehir suyunun aritilmasi için degil, ayni zamanda atik suyun organik maddeler ve mikroorganizmalar içeren endüstriyel yabanci maddelerden arindirilmasi için de tasarlanmistir. Bu yöntem, gelen suyun askida kalan parçaciklari ayirmak için filtreleme yoluyla hazirlanmasini ve bir alici tankta ve bir ölçüm tankinda toplanmasini içerir. Organik kirletici maddeler içeren su, yüksek voltajli elektrotlar ve yüksek frekansli mikrodalgalar kullanilarak alternatif akimla aritilir ve bunun sonucunda organik maddeler yok edilir. Ek olarak, çözelti düsük frekansli ultrasonik islem için bir kaba pompalanir, bunun sonucunda dagilmis haldeki organik maddeler kümeler haline gelir ve ozon gibi oksitleyici bir gazla islemden geçirilerek aritilmis sudan ayrilabilir. Biriktirme oranini arttirmak için kalici miknatislar kullanilir. Yükseltgenme ve indirgeme reaksiyonlari yüksek voltajli dogru akim elektrotlarindan geçirilerek gerçeklestirilir. Elektrotlar bakir ve tungsten karisimindan yapilir. Mevcut bulusta önerilen yöntemde kirlenmis suyun ön aritimi yalnizca çökeltme isleminden ibarettir. Ne mikrodalgalar ne de aktif çamur aritmasi kullanilmaz; aerobik bakteriler. Mevcut bulusta elektrokimyasal islem, belirli bir mesafeye yerlestirilmis elektrot plakalari kullanilarak, yüksek alternatifakim darbeleri olmadan ve basinçli hava kompresörleri olmadan dogru akim kullanilarak gerçeklestirilir. EP 1234802 patentinde, ozon, hidrojen peroksit, ultraviyole radyasyon, elektroliz ve filtreleme kullanilarak atik suyun aritilmasina yönelik bir yöntem ve aparati açiklamaktadir. Bu islem sirasinda su, atik su aritmanin belirli asamalarinin gerçeklestigi konteynirdan konteynere sürekli olarak sistemde dolasir. Su hazirlama, zararli maddelerin oksidatif olarak yok edilmesi için kosullar yaratmak üzere gelen suyun bir hidrojen peroksit çözeltisi ile karistirilmasiyla havalandirma yoluyla gerçeklestirilir. Kagit yapimi atik suyunun aritilmasina yönelik bir yöntem ve aparat CN 201415963 patentinde önerildi. Elektroflokülasyon, sedimantasyon ve ayirma, biyokimyasal aritma, dezenfeksiyon ve filtreleme dahil olmak üzere su aritma için bir yöntem ve aparat önermektedir. Bulusun Amaci Aritilmasi zor endüstriyel atik sularin kimyasal madde kullanmadan, düsük isletme maliyetleri ile minimum atik çikisi saglanarak, yüksek verimle aritim yapan bir sistem gelistirilmistir. Bu sistemin yapilmasindaki amaç atik sulardaki renk, kimyasal oksijen ihtiyaci, biyolojik oksijen ihtiyaci, askida kati madde, tuzluluk, bulaniklik, boyar madde, agir metal, azot, fosfor, organik ve inorganik kirleticilerin giderimi tek bir sistem ile saglamaktir. Atik suyun fabrikalarda yerinde aritilmasi ve prosese geri kazandirilmasi çevresel açidan da oldukça önemlidir. Suyun sürdürülebilirligini saglamak ve tatli su kaynaklarimizi korumak geçmiste ve günümüzde önemli oldugu gibi gelecekte de oldukça kritik bir konu haline gelecektir. Bu sebeple gelistirilen sistem yesil kimya teknolojileri kullanilarak tasarlanmistir. Ekosistemi korumak ve tatli su kaynaklarinin sürdürülebilirligini saglamak açisindan oldukça fayda saglayacaktir. Ülkemizin tatli su kaynaklarini korumak ve su aritma teknolojilerinde yenilikçi yaklasimlar ile uluslararasi teknolojide öne çikmasi adina Ar-Ge çalismalarini gerçeklestirmek ve bu konuda yenilikçi sistemler gelistirmeyi amaçliyoruz. Bu baglamda elektrokimyasal yöntemlerden elektrofloto-koagülasyon, elektrooksidasyon, elektroflotasyon, elektrodezenfeksiyon proseslerini içeren, özgün tasarima sahip hibrit aritma sistemi gelistirilmistir ve uygulamaya hazir hale getirilmistir. Sekillerin Açiklanmasi Sekil 1. Elektrokimyasal endüstriyel atik su aritimi için cihaz akis diyagrami. Sekillerdeki Referanslarin Açiklanmasi Atiksu deposu Dengeleme tanki Elektrofloto-koagulasyon sistemi Elektroflotasyon sistemi Elektro-oksidasyon ve dezenfeksiyon sistemi Yüzey borulamali kum filtresi Temiz su deposu Aktif karbon filtre sistemi Ters ozmoz sistemi . PLC denetleyicisi . Güç kaynagi . Köpük toplama tanki . Seviye sensörü . Su pompasi . Elektrik aktüatörlü vana . Seviye sensörü . Dozaj pompasi . pH ve iletkenlik sensörü 19. Su pompasi . Elektrik aktüatörlü vana 21. Seviye sensörü 22. Dozaj pompasi 200 23. pH ve iletkenlik sensörü 24. Seviye sensörü . Dozaj pompasi 26. pH ve iletkenlik sensörü 27. Su pompasi 205 28. Elektrik aktüatörlü vana 29. Su pompasi . Elektrik aktüatörlü vana 31. Seviye sensörü 32. Dozaj pompasi 210 33. pH ve iletkenlik sensörü 34. Su pompasi . Elektrik aktüatörlü vana 36. Su pompasi 37. Elektrik aktüatörlü vana 215 38. Su pompasi 39. Elektrik aktüatörlü vana 40. Seviye sensörü 41. Dozaj pompasi 42. pH ve iletkenlik sensörü 220 43. Su pompasi 44. Elektrik aktüatörlü vana 45. Kontrol vanasi 46. Bulaniklik sensörü 47. Kontrol vanasi 225 48. pH ve iletkenlik sensörü 49. Kontrol vanasi 50. Basinç Pompasi 51. Dozaj pompasi 52. Seviye sensörü 230 TablolarinAçikIanmasi Tablo 1. Tekstil endüstrisi atiksu aritma tesisinin temel teknik özellikleri. Tablo 2. Aritma öncesi ve sonrasi atik su parametreleri, kanalizasyon sistemine su desarji için izin verilen degerler ve kirleticilerin giderilme yüzdesi. Bulusun Açiklamasi Mevcut bqusun amaci, endüstriyel atik suyun aritilmasi için, eIektroroto-koagüIasyon, elektrooksidasyon, elektroflotasyon, elektrokimyasal dezenfeksiyon yöntemlerin uygunlanmasi. Elektrokimyasal yöntemlere dayanarak, yüksek miktarda toksik ve temizlenmesi zor organik kirletici madde içeren endüstriyel atik suyun aritimi için hibrit bir tesis öneriImistir. Bunlar arasinda tekstil ve metalurji endüstrisinden kaynaklanan atik sular, elektro-kaplama tesisleri, petrol içeren ve diger endüstriyel isIetmeIerden gelen atik sular. Tesisatin yapisal ve teknik tasarimi, ayni tip ve amaçtaki cihazlarin varligi açisindan basitIestiriImistir. Bu kurulumda atik suyun aritilmasi sirasinda katki maddeleri veya agresif kimyasallar kullanilmaz. Kurulum dogru akim kaynagindan çalisir. Sekil 1'de sunulan semaya göre endüstriyel atik suyunun elektrokimyasal aritimi için asamalar asagidaki gibidir: Asama 1: Atiksu depolama tankinda (1) depoIanir. Asama 2: Atiksuyun yüksek verimde isIenebiImesi için dengeIeme tankinda (2) sartIandiriImasi. Asama 3: Sartlandirma asamasindan sonra, bir dizi alüminyum ve demir eIektrotun bulundugu eIektroroto-koagulasyon sistemine (3) su verilir. Burada alüminyum eIektrotuna dogru akim uygulanarak isIenir ve eIektrokoagüIasyon ve eIektrorotasyon gerçeklestiriIir. Koagülasyon ve roküIasyon fazina dönüstürülür. Asama 4: Köpük formundaki koIoidaI parçaciklar eIektrorotasyon sisteminde (4) hidrojen gazi yardimiyla yüzdürüIür. Sistemde suyun yüzeyinde olusan köpük kismi köpük toplama tankina (12) çikarilir, burada su tortudan ayrilir ve yeniden temizlenmek üzere geri gönderilir. Asama 5: Köpük ve su faz ayrimi yapildiktan sonra su fazi elektro-oksidasyon (5) sistemine aktariIir. Burada suda bulunan çözünmüs organik maddelerin parçalanmasi saglanir. Çözünmeyen bir dizi anot ve katot plaka eIektrotIara elektrik akimi verilerek eIektrokataIitik islem gerçeklestirilmektedir. Ayni zamanda reaktör içerisinde oksidasyon prosesi ile birlikte dezenfeksiyon isIemide gerçeklesmektedir. Asama 6: eIektroroto-koaguIasyon, elektroflotasyon, elektro-oksidasyon ve dezenfeksiyon asamalarindan sonra su, yüzey boruIamaIi kum fiItresine (6) beslenir. Burada bir kum fiItresinden geçirilerek askida kati madde (AKM) seviyesi düsürüIür ve su temizsu toplama tankina (7) aktariIir. Çikis su kalitesi standartlara uygun olmadigi durumlarda aktif karbon fiItre sistemi (8) ve ters ozmoz sistemi (9) devreye girmektedir. EIektroroto-koagulasyon sistemindeki anodun elektrokimyasal çözünmesini etkileyen ana faktörler: sicaklik, güç ve elektrik akimi yogunlugu, pH, eIektrotIar arasindaki mesafe, askida kati madde konsantrasyonu ve diger faktörlerdir. Suyun akisi plaka eIektrotIarin arasindan qup, elektrik akimi akis yönüne dik bir yönde olacak sekilde dikey olarak düzenIenmistir. Böylece, eIektroroto-koagülasyon sirasinda elektrot islemleri asagidaki gibidir; - karsilik gelen metaIin hidroksit koagüIantin metaIinin anodik çözünmesi sirasinda olusmasi, - eIektroIiz sirasinda suyun aIkaIinizasyonu, - kullanilan katot üzerinde hidrojen gazi üretimi ile koagüle edilmis yabanci maddelerin yüzdürülmesi saglanir. Reaktör tankindaki su belirli bir seviyeye ulastiginda, dogru akimin etkisi altinda anotta oksidasyon meydana gelir ve Fe2+ (veya Al3+) iyonlari suya salinir. Suyun oksidasyonu anotta da meydana gelir ve bu da oksijen moleküllerinin ve H+ iyonlarinin olusmasina neden olur. Ayni zamanda hidrojen ve OH' iyonlarinin olusmasiyla katotta su indirgenir. Organik maddelerin oksidasyonu sirasinda havanun karistirilmasi ayni zamanda Fe2+i 3+'ya oksidasyonuna da yol açar. Olusan Fe2+ ve Fe3+ oksitlendiginde demir hidroksitler olusur. Al olursa aluminyum hidroksit olusmaktadir. EK prosesinde akim yogunlugu, pH, isletme süresi ve iletkenlik gibi parametreler verim üzerinde etkili olmaktadir. Yukarida açiklanan islemler asagidaki reaksiyonlarla temsil edilebilir: Anot (oksidasyon): 2H209Oz+4H+ Katot (indirgenme): 2H20+2e'9H2/[`+ZOH' Fe"'nin oksidasyonu: Fe2++e'9Fe3+ Çöktürme: Fe2*+ZOH'9Fe(OH)2\l, Fe3++3OH'$Fe(OH)3`l, AI3++3OH"9Fe(OH)3`l, Askidaki ve çözünmüs kirletici maddelerin uzaklastirilmasi, elektrokimyasal olarak olusturulmus Fe2+ ve Fe3+ (veya Al3+) ile pihtilasma/topaklanma, demir hidroksitlerle birlikte çökeltme ve karsilik gelen metal hidroksitlerin çökeltilmesi yoluyla gerçeklesir. Fe2+ ve OH' iyonlarinin etkilesiminin bir sonucu olarak, birincil Fe(OH)2 çekirdekleri olusur. Yükün nötrlestirilmesiyle, dengesizlestirilmis fazlarin toplanmasi ve bunlarin pihtilasmasi/topaklanmasi için kosullar yaratilir. Elektrokimyasal olarak salinan demir, çözeltinin pH'ina bagli olarak monomerik iyonlar veya asagidaki gibi çesitli polimerik çikan yüzeye hareket eden hidrojen kabarciklari, suyun ilave karisimini ve ayni zamanda asili kirletici maddelerin yüzeye yüzdürülmesini saglar. Karistirma, floklarin atik sudaki asili ve çözünmüs kirletici maddelerle sürekli temasini ve bunlarin Fe(OH)3 ile birlikte çökelmesini Alüminyum anodun elektrokimyasal korozyonu, Al3+ iyonlarinin çözeltiye salinmasina neden olur; bu iyonlar, suyun indirgenmesi sonucu açiga çikan OH- iyonlariyla temas ettiginde alüminyum hidroksit Al(OH)3'ü olusturur ve sonuçta polimerlesebilen asagidaki reaksiyonlarla Aln(OH)3ri 'ye dönüsür: Al9 A13+(su) + 3e' Al3+(su) + 3H Su, pH degerine bagli olarak AI(OH)2+, Al2(OH)24+ ve AI(OH)4' gibi baska alüminyum parçaciklari da içerebilir. Askidaki ve çözünmüs kirletici maddelerin uzaklastirilmasi, çelik reaktörde oldugu gibi ayni mekanizma ile gerçeklesir. Klorürlerin varliginda, anot ve katotta meydana gelen oksidasyon-indirgeme reaksiyonlarinda, çok güçlü oksitleyici ajanlar olan serbest klor ve hipoklorit olusabilmekte ve asagidaki reaksiyonlar yoluyla organik maddenin dolayli oksidasyonuna yol açabilmektedir. 2Cl"9Cl2+2e' 2H20902+4H++4e' Toplam reaksiyon: Cl2+H209HOCl+H++Ck 2H20+2e"920H-+H2 Elektrofloto-koagülasyondan sonra, olusan floklari atik sudan ayirmak ve köpük fazina çikarmak için atik su elektroflotasyon reaktörüne (4) girer. Ortaya çikan köpük, bir siyirici mekanizma ile ayri bir kaba ayristirilir. Elektroflotasyon (EF) prosesi katotta olusan Hz gazi ve anot bölgesinde olusan 02 gazi ile meydana gelen kabarciklar yardimiyla kirleticilerin suyun yüzeyinde toplanmasini saglayan bir prosestir. Dolayisiyla bu proseste olusan elektrokimyasal reaksiyonlar hidrojen ve oksijen olusumunu içermektedir. Katot: HzO + e- 9 H2(g)/I` + OH- Anot: 2H/I` EF prosesinde elektrotlar reaktörün alt kismina yatay olarak yerlestirilir. En alt kisminda grafit malzemeden anot ve 10 mm üstünde paslanmaz çelik malzemeden ag seklinde katot yerlestirilir. Reaktörün üst kismindaki oluk yardimiyla olusan çamur ve köpük sudan siyrilacaktir. EF prosesinde akim yogunlugu, pH, isletme süresi ve iletkenlik gibi parametreler verim üzerinde etkili olmaktadir. EF prosesinden sonra atik su elektrooksidasyon ünitesine (5) aliniyor. Kurulumun tüm islemleri programlanabilir mantik denetleyicisi (PLC) tarafindan kontrol edilir. Güç kaynaklari, PLC denetleyicisine ve diger tüm aktüatörlere güç saglayan bir AC-DC dönüstürücüyü içerir. Bu cihazda kullanilan elektroflotasyon yöntemi, suyun elektrolizi sirasinda olusan yüksek oranda dagilmis hidrojen ve oksijen kabarciklarinin çözünmeyen bilesiklerin asili parçaciklarina yapismasina dayanmaktadir. Aritilan sivinin hacminde yüzen gaz kabarciklari kati parçaciklarla etkilesime girer. Bunun bir sonucu olarak, karsilikli yapisma meydana gelir, yani yapisan kabarciklarla kati parçacik agregatlarinin olusumu. Elde edilen asili parçaciklar ve onlara yapisan kabarciklaragregatlarinin yogunlugu, suyun yogunlugundan daha azdir, bu da bunlarin sivinin yüzeyine tasinmasina ve burada periyodik olarak mekanik olarak uzaklastirilan bir köpük ürünü seklinde birikmesine neden olur. Elektro-oksidasyon prosesleri atik sularda bulunan organik kirleticinin elektrotlar yardimiyla giderilmesi veya baska bir forma dönüstürülmesine dayanan yeni nesil aritma teknolojileridir. Proses yapisi organik maddenin tek bir anot materyal üzerinde bozulmasi esasina dayanir. Elektroliz süresince aktif oksijenin iki oksit türü anot yüzeyinde elektrokimyasal olarak üretilebilir (MOX). Birisi kimyasal adsorblanmis aktif oksijendir (MOx+1) ve elektrokimyasal çevrimden sorumludur. Digeri elektrokimyasal parçalanmadan sorumlu olan fiziksel olarak R + MOx+i 9 RO + MOX Burada; R, organik bilesikler; n, anot yüzeyinde adsorbe edilmis olan .OH'nin sayisidir. Bu yollarla üretilen OH' radikalleri doymus karboksilik asit gibi dayanikli organik maddeleri karbondioksite kadar okside edebilir. Elektro-oksidasyon sistemi (5), anot/katot, güç kaynagi ve çikis hatlarini içeren silindirik bir reaktörden olusur. Katot malzemesi olarak karbon (grafit), titanium, anot malzemesi olarak ise metal oksitler (Ti, Ru, Ir, Pt ve diger d-, f-elementleri) kullanilir. Oksidasyon oda sicakliginda (259C) gerçeklestirilir. Elektro-oksidasyonun kalitesi örnekleme yoluyla degerlendirilir. Elektro-oksidasyon sonrasi aritilmis su, yüzey borulamali kum filtresinden (6) geçiriliyor. Suyun bir kismi temiz su toplama tanki (7) çikisindan reaktörleri yikamak için teknik su olarak aliniyor. Gerektigi durumlarda aktif karbon (8) veya ters osmos (9) filtre sistemleri devreye alinmaktadir. Bulusun Endüstriyel Atik Sularina Uygulamasi Sekil 1'de sunulan endüstriyel atiksu aritiminin ana adimlari asagida ayrintili olarak açiklanmis ve gelistirilen su aritma sisteminin uygunlugu gösterilmistir. Örnek 1'in ana teknikve teknolojik parametreleri Tablo 1'de sunulmaktadir. Örnek - Tekstil endüstrisinde boyama banyo/ordan gelen atik suyunun aritilmasi. Endüstriyel atik suyun elektrokimyasal aritimi için bir cihaz, tekstil endüstrisinden gelen, toksik ve temizlenmesi zor organik maddeler içeren boyama atik sularinin aritilmasi için kullanilir. Enjeksiyon pompasi, toplanan atik suyu toplam 5 m3 hacimli su depolama tankina (1) pompalar; burada islemenin ilk asamasinda büyük yabanci madde parçaciklari tankin (1) tabanina çöker. Bir su pompasi, atik suyu depolama tanki 1'den 500 litrelik hazirlama tankina 2 pompalar; burada pH ayarlanir ve elektrik iletkenligi ölçülür. Ayarlama tamamlandiktan sonra atik su, paslanmaz çelik veya alüminyum plakalardan yapilmis elektrofloto-koagülasyon elektrotlarinin çalistirildigi reaktör 3'e pompalanir. Akim yogunlugu 110 A/mz, gerilim 12 V. Sivinin islenmesi 10-13 dakika devam eder. Anotlarin elektrokimyasal çözünmesinin bir sonucu olarak Fe2+ veya Al3+ iyonlari atik su çözeltisine girer ve bunlar çözelti hacminde hidrolize edilerek hidroksitler olusturulur. Olusan metal hidroksitler M(OH)n (M=Fe, Al; n: 2, 3), kolloidal parçaciklarin pihtilasmasi/topaklanmasi ve dengesizlesmesi ve yüzeylerindeki askida kalan kirletici maddelerin ve diger maddelerin adsorpsiyonu için kosullar yaratir. Bir pompa kullanarak, olusan kolloidal parçaciklari sudan ayirmak için, endüstriyel isletmelerden gelen atik suyu bir elektroflotasyon reaktörüne (4) pompalanir. Reaktörde katottan salinan hidrojen nedeniyle koloidal parçaciklarin üst köpük tabakasina dogru yüzdürülmesi meydana gelir. Olusan köpük, içerdigi kirleticilerle birlikte bir siyirici mekanizma kullanilarak köpük toplama tankina alinir. Elektroflotatörden sonra aritilmis su, sehir kanalizasyon sistemine bosaltilabilir veya bir membran nanofiltrasyon / hiperfiltrasyon ünitesinde ilave bir tuzdan arindirma asamasindan (suyun anyonik bilesimden saflastirilmasi) sonra, isletmenin geri dönüsüm suyu temini için yeniden kullanilabilir. Bizim kurulumumuzda, reaktörden (4) önceden aritilmis su elektrooksidasyon reaktörüne (5) pompalanir, burada kalan organik maddeler çözünmeyen elektrotlar kullanilarak yok edilir. Elektrooksidasyon, atik suyun durumuna bagli olarak, 300-500 A/m2 akim yogunluklarinda gerçeklestirilir. Çözelti islem süresi 15-20 dakika arasinda degismektedir. Tablo 1. Tekstil endüstrisi atiksu aritma tesisinin temel teknik özellikleri. Isleme asamasi Parametre Miktar Ölçü birimi Atik Su toplama tanki (1) Zaman 60 dakika pH 10-11 - Dengekeme tanki (2) Zaman 60 dakika pH 7-8 - Reaktör (3) Elektrokoagulatör EIektrotIar arasi 10 mm Gerilim 12 V Akim yogunlugu 110 A/m2 Zaman 10 dakika Reaktör (4) Elektroflotatör Elektrotlar arasi 15 mm Gerilim 10 V Akim yogunlugu 90 A/m2 Zaman 15 dakika Reaktör (5) Elektrooksidasyon Elektrotlar arasi 8 mm Gerilim 10 V Akim yogunlugu 400 A/m2 Zaman 15-20 dakika Filtrasyon (kum unitesi) (6) Zaman 30 dakika Temiz su deposu (7) Zaman 60 dakika pH 7-8 - Filtrasyon (aktiv karbon unitesi) (8) Zaman 30 dakika Ayni zamanda anottaki klorür anyonunun ve suyun oksidasyonu sonucu olusan oksijenin redoks reaksiyonlari sonucu serbest klor ve hipoklorit olusur. Bu oksidantlarin olusmasi, aritilmis suyun dezenfeksiyon isleminin dogrudan reaktör (5) içerisinde gerçeklestirilmesine olanak saglamaktadir. Reaktör (5) artan akim yogunlugunda çalistirildiginda katot bölgesinde alkali ortam olusmasi nedeniyle çözeltinin pH'i yükselmektedir. Isletme süresine bagli olarak artis ApH = 0.3 ila 0.5 pH birimi arasinda degisebilir. Reaktördeki (5) islem süresi dolduktan sonra elde edilen köpük, reaktördeki (4) oldugu gibi, bir köpük toplama kabina alinir. Bundan sonra su, filtreleme için kum filtresine (6) yönlendirilir. Filtrasyondan sonra suyun bir kismi teknik amaçlar için veya reaktör 3-5'in (7) yikanmasi için kullanilabilir. Üretim döngüsünde yeniden kullanilmak üzere su elde etmek için su, aktif karbon dolgu maddesiyle filtrelemek üzere bir cihaza (8) yönlendirilir. Özel durumlarda ters ozmoz prosedürünü temel alan aritma modülleri saglanir. Reaktörlerdeki islem sirasinda, reaktörlere hava beslemek ve reaktörlerden havayi tahliye etmek için emme ve egzoz fanlari çalistirilir. Bu, olusan köpük seviyesinin azaltilmasini ve 3 - 5 numarali reaktörlerden gazlarin uzaklastirilmasini saglar. 3 - 5 numarali reaktörler çalisirken, atik su basinçli hava ve devridaim su pompalarinin çalistirilmasi kullanilarak karistirilir. Tekstil endüstrisi isletmelerinin birinden gelen atik suyun kimyasal analizinin sonuçlari (konsantrasyon degerleri) Tablo 2'de sunulmaktadir. Kanalizasyon sebekesine su desarji için izin verilen degerlere iliskin standart veriler de burada sunulmaktadir. Tablo 2 'in son sütunu, reaktör 5'ten ayrildiktan sonra atik su aritiminin sonuçlarini sunmaktadir. Tablo 2. Aritma öncesi ve sonrasi atik su parametreleri, kanalizasyon sistemine su desarji için izin verilen degerler ve kirleticilerin giderilme yüzdesi. Parametreler (mg/I) Aritma öncesi Geçerli desarj Aritma sonrasi % Giderim degerleri Toplam Fosfor 9,35 8 4 57 Toplam Krom 29,75 4 2 93 Kursun (Pb) 11,3 4 3 73 Toplam siyanür (CN) 4,55 1,5 0.5 98 Bakir (Cu) 108,25 8 1 99 Çinko (Zn) 25,5 15 11 57 pH 12,4 6-9 8 _ Tablo 2'deki verilerden de görülebilecegi gibi atik su yüksek KOI, askida kati madde (AKM) degerlerine, elektriksel iletkenlige ve Cr, Pb, Fe, Cu, Zn gibi metallerin yüksek konsantrasyonlarina sahiptir. 5042', CI' ve toplam azot içerigi gibi anyonlarin yüksek konsantrasyonlari dikkate degerdir. Bu degerlerden atik suyun aritilmasi zor kategorisine ait oldugu açiktir. Sonuçlar, aritilmis suyun, dogal bir aliciya bosaltilma gerekliliklerini tamamen karsiladigini göstermektedir. Tablo 2' de verilerinden de görülebilecegi gibi, önerilen atik su aritma sistemi, boyalarin ve organik maddelerin çevreye desarj gereksinimlerini karsilayan parametre degerlerine çikarilmasinda etkilidir. Veri analizi, sudaki kirletici içerigin minimum düzeyde oldugunu ve elektrokimyasal olarak aritilmis suyun yeniden kullanima uygun oldugunu göstermektedir. TR TR TR TR TR