Süperkritik su oksidasyonu ile endüstriyel atık suların arıtılması

Abstract

Süperkritik su oksidasyonu, her türlü organik bileşiğin sulu karışımlarının, saf suyun kritik noktasının (Tk=374°C, Pk=221 bar) üzerindeki sıcaklık ve basınç koşullarında oksidasyonuna dayanan çok etkili bir atık su arıtma yöntemidir. Bu koşullarda oksijen ve apolar organik maddeler su ile her oranda ve tek faz içinde karışabilmektedir, zira bu koşullardaki suyun çözücü davranışı polar organik çözücülerinkilere benzemektedir. Böylece kütle aktarımı kısıtlamaları ortadan kalkmakta ve çok kısa reaktörde kalma sürelerinde %100'e varan arıtma verimlerine ulaşılmaktadır. Prosesin başlıca ürünleri saf veya safa yakın su ile karbon dioksittir.Bu tez çalışmasında, çeşitli endüstriyel atık suların sürekli akışlı boru tipi reaktör sisteminde süperkritik su oksidasyonu ile arıtılması araştırılmıştır. Bu bağlamda süperkritik akışkanlar ve süperkritik su oksidasyonu prosesleri ile ilgili genel bilgiler derlenmiş ve çalışmada kullanılan yöntemler ile proses işleyişini aksatabilecek sorunların uygulamalı çözümleri aktarılmıştır. C.I. Disperse Orange 25 ve C.I. Basic Blue 41 azo tekstil boyalarıyla hazırlanmış model atık su karışımları, bir tekstil fabrikasının boyahanesinden temin edilmiş akrilik elyaf boyama atık suyu, peynir altı suyu ve bir ticari pestisit (o,o-dimetil-2,2-diklor-vinil fosfat) ile hazırlanmış model atık su numuneleri, yüksek kirletici potansiyeline sahip endüstriyel atık su örnekleri olarak seçilmiştir. Bu atık sular, deneylere tabi tutulmuş ve bunların süperkritik su oksidasyonu kinetik parametreleri belirlenerek tepkime hız ifadeleri önerilmiştir. C.I. Basic Blue 41, tekstil boyahane atık suyu, peynir altı suyu ve pestisit örneklerinin süperkritik su ortamındaki ısıl parçalanma tepkimeleri için kinetik parametreler belirlenmiş ve tepkime hız ifadeleri önerilmiştir. Çalışmalarda organik kirleticilerin derişimleri ayrı ayrı takip edilemeyeceği için, atık su ve süperkritik su oksidasyonu prosesi sıvı ürününün toplam organik karbon (TOK) veya kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) cinsinden yığın derişimleri takip edilmiştir. Süperkritik su oksidasyonunda reaktör sıcaklığının, organik kirletici derişimlerinin, oksidan derişimlerinin, reaktörde kalma süresinin ve sistem basıncının etkilerini bu çalışmada kullanılan atık su numuneleri için izlemek amacıyla yapılan deneylerin sonuçları değerlendirilmiştir. Bütün atık su numuneleri için üretilen süperkritik su oksidasyonu hız ifadeleri, kirletici yığın derişimleri (TOK veya KOİ) cinsinden birinci (veya civarı), oksijen derişimleri cinsinden ise sıfırıncı (veya civarı) mertebedendir. Elde edilen hız ifadeleri deney koşullarına uygulanarak hesaplama yapılmış, hesaplama sonuçlarının deney sonuçlarını hassasiyetle desteklediği gözlenmiştir. Varılan yargılar derlenmiş ve sanayi uygulayıcıları ile daha sonraki araştırmacılara öneriler getirilmiştir.