Yukarıda bilgileri yazılı olan projemin sonuç raporunun e-kütüphanede yayınlanmasını; İSTİYORUM

ANKARA ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ KOORDİNASYON BİRİMİ KOORDİNATÖRLÜĞÜNE Proje Türü Proje No Proje Yöneticisi :Altyapı : 12A4242 : 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 / /2.. Proje Yöneticisi İmza

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 12A4242 Başlama Tarihi 5.3.212 Bitiş Tarihi 5.6.214 Rapor Tarihi 8.9.214 Ankara Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Ankara - " 214 "

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

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

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 mm 2 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

gibi, oda sıcaklığında,.5 g/l NaCl ve 45 dakika işletme süresi parametrelerinde akım değeri.5 A den, 1. A, 1.5 A ve 2. ye kadar sırasıyla artırıldığında Al dozu.42 g dan.6695 g,.9327 g, ve 1.6944 g a kadar artmıştır. Aynı koşullarda ama sistemi soğutmasıyla, akım değerleri.5 A, 1. A, 1.5 A ve 2. A iken sırasıyla Al dozu.3347 g,.625 g,.861 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 (T Oda ~ 25 C) Akım, A.5 g/l NaCl 1. g/l NaCl 1.5 g/l NaCl 2. g/l NaCl.5.42.387.287.374 1..6695.4737.8772.7443 1.5.9327.965 1.1675.7832 2. 1.6944 1.2214 1.258 1.3138 Tablo 4.2 Sistem soğutulduğunda farklı NaCl derişim değerlerinde Al elektrot çözünmesine akımı etkisi Ceket ile yapılan deneylerde elektrot dozu (D), g (T ceket = 5 C) Akım, A.5 g/l NaCl 1. g/l NaCl 1.5 g/l NaCl 2. g/l NaCl.5.3347.368.2923.3157 1..625.6695.7595 1.645 1.5.861.7832.9316 1.7578 2. 1.4499 1.4238 1.445 1.775 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,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.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.5 g/l NaCl 1. g/l NaCl 1.5 g/l NaCl 2. g/l NaCl.5 7.97 8.43 8.51 8.78 1. 7.9 8.12 8.67 8.47 1.5 7.16 8.27 8 8.43 2. 8.19 7.88 8.43 8.7

Tablo 4. 4. Sistem soğutulduğunda farklı NaCl derişim değerlerinde son ph değerlerine akımı etkisi Ceket ile soğutularak yapılan deneylerde son ph değerleri Akım, A.5 g/l NaCl 1. g/l NaCl 1.5 g/l NaCl 2. g/l NaCl.5 8.15 1.34 8.65 8.81 1. 8.92 8.89 8.99 8.93 1.5 8.91 8.5 8.94 9 2. 8.54 8.77 9.9 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,.5 g/l ve 1 dakika elektroliz süresinde.5 A, 1. A, 1.5 A ve 2. A akım uygulandığında sırasıyla soğutmalı sistemde 21 o C, 26 o C, 32 o C ve 4 o C, ve soğutmasız sistemde 31.5 o C, 38 o C, 43 o C ve 51 o C 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.5 g/l, 1 g/l, 1.5 g/l ve 2 g/l olarak arttırıldığında sırasıyla çözelti sıcaklığının soğutmalı sistemde 7 o C, 62 o C, 54 o C ve 47 o C, ve soğutmasız sistemde 88.5 o C, 76 o C, 67 o C ve 63 o C olduğu görülmüştür. Bu sonuçlardan, akım geçişinin çözelti sıcaklığını ne kadar etkileyebileceği çözeltinin başlangıç iletkenliğine bağlı olduğu söylenebilir. (a) (b)

(c) (d) ŞEKİL 4.1. Çözelti sıcaklığına işletme parametreleri etkisi. Koşullar: başlangıç ph=7.1, ceket giriş sıcaklığı=5 o C, (a).5 g/l NaCl, (b) 1. g/l NaCl (c) 1.5 g/l NaCl (d) 2. g/l NaCl (a) (b)

(c) ŞEKİL 4.2. Çözelti sıcaklığına işletme parametreleri etkisi. Koşullar: başlangıç ph=7.1, reaktörün dış sıcaklığı = oda sıcaklığı (a).5 g/l NaCl, (b) 1. g/l NaCl (c) 1.5 g/l NaCl (d) 2. 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.5 A iken zamanla sabit kaldığı ve 1 A da NaCl derişimi 1.5 g/l ve 2. g/l olduğunda zamanla önemli bir şekilde değişmediği görülmüştür (Şekil 4.3). (d) (a)

(b) (c) (d) Şekil 4.3. Hücre voltajına işletme parametreleri etkisi. Koşullar: başlangıç ph=7.1, reaktörün dış sıcaklığı = oda sıcaklığı (a).5 g/l NaCl, (b) 1. g/l NaCl (c) 1.5 g/l NaCl (d) 2. 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.

Tablo 4.4. Enerji tüketimine işletme parametrelerin etkisi ( reaktör çevresi: oda sıcaklığı) Oda sıcaklıkta enerji tüketimi, kwh/m^3 Akım, A.5 g/l NaCl 1. g/l NaCl 1.5 g/l NaCl 2. g/l NaCl.5 11.25 6.5417 4.5 3.75 1. 4.5417 27.5833 15.875 17.2917 1.5 7.5 67 44.8125 44.6875 2. 111.3333 91.3333 8.3333 77.6667 Tablo 4.5. Enerji tüketimine işletme parametreler etkisi ( reaktör çevresi: soğutma ceketi) Ceket ile yapılan deneylerinde elektrot dozu (D), g Akım, A.5 g/l NaCl 1. g/l NaCl 1.5 g/l NaCl 2. g/l NaCl.5.3347.368.2923.3157 1..625.6695.7595 1.645 1.5.861.7832.9316 1.7578 2. 1.4499 1.4238 1.445 1.775 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., 25). Elektrokoagülasyon sürecinin bulanıklık giderim verimi üzerine akım yoğunluğunun etkisini araştırmak için, akım yoğunluğu değerleri 7.55 ve 21.164 ma/cm 2 (.4-1.2 A) arasında değiştirilmiştir. Sonuçlar, akım yoğunluğu (14,19 ma/cm 2 e kadar) arttıkça arıtma veriminin arttığını göstermiştir (Şekil 4.4 ve 4.5). 21.164 ma/cm 2 de giderimin azalması elektrot yüzeyi üzerinde pasif tabakanın varlığı nedeniyle olmuş olabilir. Çünkü 1.2 A akım uygulandığında çözünen alüminyum miktarı,4496 g dır. Bu değeri,8 A da çözünmüş Al miktarına göre daha azdır (Çizelge 4.6). Bu nedenle düşük verimin nedeni olarak çözeltide koagülant azalığı söylenebilir. Bulanıklık giderimi, % 1 8 6 4 2,2,4,6,8 1 1,2 1,4 Akım, A

Şekil 4.4. Bulanıklık giderilişine akım etkisi (NaCl derişimi=1 g/l, başlangıç ph=6, başlangıç bulanıklık derişimi=313.75 FTU) Bulanıklık giderimi, % 1 8 6 4 2 5 1 15 2 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 7.55, 14.19 ve 21.164 ma/cm 2 iken sırasıyla hesaplanan enerji tüketimi 5, 2, 37.2 kwh/m 3 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) ( ma/cm 2 ) e (kg Al/m 3 ) E ( kwh/m 3 ) V (V) 7.56.26 5. 25. 14.19.774 2. 5. 21.164.45 37.2 62. IV.2.2 NaCl Derişimi Etkisi Çözeltinin iyonik iletkenliği artırmak için NaCl derişimi.5 ve 2g / L arasında değiştirilmiştir. Yapılan 15 dakikalık elektroliz için derişim.5 g / L den 1g / L arasında değiştirildiğinde, voltaj 72 V den 62 V e ve enerji tüketimi 21.6 kwh/m 3 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.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.

5 dak 15 dak 3 dak E, kwh/m3 5 4 3 2 1,5 1 1,5 2 2,5 NaCl derişimi, g/l Şekil 4.6. Enerji tüketimine NaCl etkisi (akım yoğunluğu =21.164 ma/cm 2, başlangıç ph=6, başlangıç bulanıklık derişimi=313.75 FTU) Bulanıklık giderimi, % 12 1 8 6 4 2 5 dak 15 dak 3 dak,5 1 1,5 2 2,5 NaCl derişimi, g/l Şekil 4.7. Bulanıklık giderilişine NaCl etkisi (akım yoğunluğu =21.164 ma/cm 2, 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/cm 2 de akım yoğunluğunu sabit tutarak ve arıtma süresi 5 ve 3 dakika değiştirilerek gerçekleştirilmiştir. Burada kinetik NaCl derişimine göre de değerlendirildi çünkü Abdelwahab ve ark., 29 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.5 g/l NaCl ile giderim % 52.7 iken 2 g/l NaCl ile giderim % 87.7 'a kadar ulaşmıştır.

.5 g/l 1 g/l 1.5 g/l 2 g/l Bulanıklık, FTU 4 3 2 1 5 1 15 2 25 3 35 Elektroliz süresi, dk Şekil 4.8. Bulanıklık derişimi profili (akım yoğunluğu =21.164 ma/cm 2, başlangıç ph=6, başlangıç bulanıklık derişimi=313.75 FTU).5 g/l 1 g/l 1.5 g/l 2 g/l Bulanıklık giderimi, % 15 1 5 5 1 15 2 25 3 35 Elektroliz süresi, dk Şekil 4.9. Bulanıklık giderimine elektroliz süresi etkisi (akım yoğunluğu =21.164 ma/cm 2, 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/cm 2 =1.3 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 %7 azalmıştır. Aynı şekilde işletme maliyetinin 2.62 US $/m 3 den 5.11 US $/m 3 e artıp ve.44 US $/m3 e azaldığı görülmüştür. Faktöriyel deneylerinde de akım artması bulanık giderimi ve işletme maliyetini arttırdığı bulunmuştur. Örneğin, 17.9 dk elektroliz süresi ve 1.7 g/l NaCl derişiminde akım yoğunluğu 1.4 ma/cm 2 (.57 A) den 25. 4 ma/cm2 (1.44A) arttırıldığında bulanık giderimi ve işletme maliyeti %68 ve.66 US$/m 3 ten %86 ve 2.18 US$/m 3 e yükselmiştir. Ayrıca, sabit akım yoğunluğu ve NaCl derişiminde elektroliz süresinin artması hem bulanık giderimi hem de işletme maliyeti artmasına yol

açmıştır. Örneğin, akım yoğunluğu 18. 17 ma/cm 2 ve NaCl 1.25 g/l iken elektroliz süresi 1 dk dan 45 dk ya arttırıldığında bulanık giderimi %68 den %99 a işletme maliyeti ise 1 US$/m3 ten 4.19 US$/m 3 e artmıştır. Faktöriyel deneylerde de elektroliz süresi aynı şekilde bulanık giderimi ve işletme maliyetini etkilemiştir; deney numara 2 ve 12 karşılaştırılırsa, elektroliz süresinin 2.82 dk ile arttığında %28.6 bulanık giderimi ve.56 US$/m 3 işletme maliyeti artışı gözlenebilir (Çizelge 4.7). Ancak, sabit akım yoğunluğu ve elektroliz süresinde NaCl derişimi arttırılması bulanık giderimi arttırırken işletme maliyetini azalttığı görülmüştür. Eksenel deneylerinde (diğer faktörler orta değerlerindeyken (1.3 A akım ve 27.5 dk elektroliz süresi 27.5 dk) diğer faktörün minimumdan (-alfa) ve maksimumdan büyük (+alfa) değerinde yapılan deneyler) NaCl derişimi.5 g/l den 2 g/l ye arttığında bulanık giderimi %8 den %97 artıp ve işletme maliyeti 2.75 US$/m 3 ten 2.27 US$/m 3 e azalmıştır. Bütün faktöriyel deneylerde deney numara 7 ve 12 hariç NaCl derişim bulanık giderimi ve işletme maliyetini aynı şekilde etkilemiştir. Ancak, minimum akım yoğunluğu ve elektroliz süresinde (1.94 ma/cm 2 ve 17.9 dk) NaCl derişimi minimum değerinden (.8 g/l) maksimum değerine (1.7 g/l) değişmesi bulanık giderimi ve işletme maliyetinin sırasıyla %63 ten %68 e ve.32 US$/m3 ten.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.8 g/l ve 1.7 g/l sırasıyla elektrot dozu.521 g ve.918 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 4.1 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. Design-Expert Software 99 63 X1 = A: Current density X2 = B: NaCl conc Actual Factor C: Electrolysis time = 27.5 11 93.25 85.5 77.75 7 1.7 25.396 1.47 21.781 1.25 18.165 B: NaCl conc 1.3.8 14.549 A: Current density 1.934 (a)

Design-Expert Software Design Points 99 63 1.7 X1 = A: Current density X2 = B: NaCl conc 1.47 Actual Factor C: Electrolysis time = 27.5 B: NaCl conc 1.25 88.6917 92.5416 6 96.3914 1.3 84.8418 8.9919.8 1.934 14.549 18.165 21.781 25.396 (b) A: Current density Şekil 4.1. Yağsız petrokimyasal atık sudan EC ile bulanıklık giderimine akım yoğunluğu ve NaCl derişimi etkisi için 3 boyutlu yüzey ve kontör grafikleri Design-Expert Software 99 63 X1 = A: Current density X2 = C: Electrolysis time Actual Factor B: NaCl conc = 1.25 13 94.25 85.5 76.75 68 37.91 25.396 32.7 27.5 22.3 C: Electrolysis time 17.9 21.781 18.165 14.549 A: Current density 1.934 (a) Design-Expert Software Design Points 99 37.91 63 X1 = A: Current density X2 = C: Electrolysis time 32.7 Actual Factor B: NaCl conc = 1.25 C: Electrolysis time 27.5 91.342 96.764 6 22.3 85.381 79.582 73.8558 17.9 1.934 14.549 18.165 21.781 25.396 (b) A: Current density Şekil 4.11. Yağsız petrokimyasal atık sudan EC ile bulanıklık giderimine akım yoğunluğu ve elektroliz süresi etkisi için 3 boyutlu yüzey ve kontör grafikleri

Design-Expert Software 99 63 X1 = B: NaCl conc X2 = C: Electrolysis time Actual Factor A: Current density = 18.165 13 94.25 85.5 76.75 68 37.91 1.7 32.7 1.47 27.5 1.25 22.3 C: Electrolysis time 17.9.8 1.3 B: NaCl conc (a) Design-Expert Software Design Points 99 63 37.91 X1 = B: NaCl conc X2 = C: Electrolysis time 32.7 Actual Factor A: Current density = 18.165 C: Electrolysis time 27.5 94.292 98.4863 6 22.3 89.5722 8.658 85.1151 17.9.8 1.3 1.25 1.47 1.7 (b) B: NaCl conc 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

(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/cm 2 =1.3 A) elde edilen ortalama Al elektrot dozu.225 g. Bu noktalarından pozitif ve negatif eksenel noktalara sırasıyla basamak akım değiştirilmesi ile elektrot dozu.225 g dan.3641 g a artıp ve.1638 g a azalmıştır. Aynı şekilde, merkez noktadan eksenel noktalara elektroliz süresinin artan ve azalan adım değişikliklerinden sırasıyla.242 g ve,1886 g Al elektrot dozu elde edilmiştir. Tam tersine, pozitif ve negatif eksenel noktalara NaCl derişimi benzer değişimi sırasıyla.74 ve.2673 g Al elektrot dozunu sağlamıştır. Ancak, 25.4 ma/cm 2 akım yoğunluğu (akım değeri= 1.44 A) ve 17.9 dk elektroliz süresinde.8 g/l den 1.7 g/l ye NaCl derişiminin değişmesi Al elektrot dozunun.1416 g dan.1672 g a artmasına neden olmuştur. 25.4 ma/cm2 akım yoğunluğu,.8 g/l NaCl derişimi ve 45 dk elektroliz süresinde maksimum Al elektrot çözünmesi (.424 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

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/cm 2 dan)12.16 ma/cm 2 ile akım yoğunluğu artması ve azalması sırasıyla 25.9646 kwh/m 3 ve 3.1167 kwh/m 3 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/m 3 ve 9.4417 kwh/m 3 enerji tüketimleri elde edilmiştir. Faktöriyel deneylerde NaCl derişimi artmasının enerji tüketimini azalttığı gözlenmiştir. Örneğin, 1.94 ma/cm 2 akım yoğunluğu ve 37.91 dk elektroliz süresinde 2.215 g/l ile NaCl derişimi değiştirilmesi 3.5256 kwh/m 3 ile enerji tüketimi azalmasına sebep olmuştur. Ayıca, 25.4 ma/cm 2 akım yoğunluğu ve 27.91 dk elektroliz süresinde.8 g/l den 1.7 g/l ye NaCl derişimi arttığında enerji tüketimi 59.1396 kwh/m 3 ten 54.594 kwh/m 3 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/cm 2 dan 12.16 ma/cm 2 a akım artması ve azalması sırasıyla 7 o C ve.5 o C sıcaklık değişimine yol açmıştır. Ancak, NaCl derişimi artmasının atık suyun sıcaklığını azalttığı görülmüştür; 18.17 ma/cm2 ve 27.5 dk elektroliz süresinde.75 g/l ile NaCl azalması ve artmasından sırasıyla 2 o C ve o C sıcaklık değişimi meydana gelmiştir. Ama bunun tersi, 25.4 ma/cm 2 akım yoğunluğu ve 17.9 dk elektroliz süresinde ve 1.94 ma/cm 2 akım yoğunluğu ve 37.91 dk elektroliz süresinde görülmüştür. Ayrıca, bu yanıt üzerine elektroliz süresi etkisi önemsiz görünmüştür. Örneğin, 1.94 ma/cm 2 akım yoğunluğu ve.8 g/l NaCl derişiminde elektroliz süresi 37.91 dk ve 17.9 dk iken atık suyun sıcaklığının 21 o C olduğu gözlenmiştir. Tablo 4.7. Tasarım matrisi ve deney sonuçları Faktörler Deney X 1, ma/c m 2 X 2, g/l X 3, min TR1, % C1, D1, US $/m 3 g Cevaplar E1, T, kwh/m 3 o C 1 18.17 1.25 27.5 94.21 2.6.1958 25.9646 22 123.5 2 1.94 1.7 37.91 96.16 1.22.1354 11.7521 19 12.9 3 25.4.8 17.9 8. 2.62.1416 26.664 24 12.8 4 18.17 1.25 27.5 97.79 2.67.2738 25.9646 22 172.7 5 1.94.8 37.91 83.65 1.58.1697 15.2777 21 129. 6 18.17 1.25 27.5 98.19 2.69.2943 25.9646 22 185.6 7 1.94.8 17.9 63..32.521 6.7167 21 87.9 8 25.4 1.7 17.9 86. 2.18.1672 21.7385 23 121.4 9 18.17 1.25 27.5 97.76 2.59.1886 25.9646 22 119. 1 25.4.8 37.91 95.5 5.9.424 59.1396 26 137.6 CE, %

11 25.4 1.7 37.91 97.9 5.41.351 54.594 28 114.6 12 1.94 1.7 17.9 68..66.1918 5.2979 22 323.4 13 18.17 1.25 45. 99. 4.19.242 42.4875 23 93.3 14 6.1 1.25 27.5 7..44.1638 3.11667 18.5 313. 15 18.17 1.25 27.5 96.31 2.62.2196 25.9646 22 138.5 16 18.17.5 27.5 81. 2.75.2673 23.642 25 168.6 17 18.17 2. 27.5 97. 2.27.74 23.642 18 46.7 18 18.17 1.25 1. 68. 1..1288 9.44167 2 223.4 19 18.17 1.25 27.5 96.32 2.56.158 25.9646 23 95.1 2 3.33 1.25 27.5 98. 5.11.3641 51.2417 25 137.5 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,5 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 + 7.1 + 3.87 + 9.4 1.14 2.68 +.49 4.74 2.94 4.92 (4.1) 1 = 2.64 + 1.48.13 + 1..11 +.59.94 +.23.7.41 (4.2) 1 =.226 +.635.194 +.522.188 +.51.337 +.149.181.129 (4.3) 1 = 25.98 + 14.94 1.6 + 9.95.57 + 6.29.22 +.34.92.87 (4.4) = 22.23 + 2.12.86 +.66 + 1.25 +.15 (4.5) YYM analiz sonuçlarını değerlendirmek için başka kullanılan istatiksel ölçü R 2 dir. R 2 değeri 1 e ne kadar yakınsa modelin uygun olduğunu ifade eder ve R 2 ayarlanmış (Adj R 2 ) ile R 2 mantıklı bir uyum içerisinde olması gerekir. Yüksek R 2 değerleri lineer, iç etkileşim

ve quadratik modelin deneysel verilere uyumlu olduğunu ifade eder (Kobya ve ark., 28). Çizelge 4.8 ve 4.9 te görüldüğü gibi modeller bulanıklık giderme ve işletme maliyeti için sırasıyla.98 ve.99 yüksek R 2 değerleri sağlamıştır. Böylece modellerin deneysel verileri ile uyumlu olduğu test edilmiştir. Ayrıca bu değerlerin ayarlanmış R 2 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.1 den küçük (Çizelge 4.11) olduğuna göre modelin istatistiksel olarak anlamlı olduğu söylenebilir. Ayrıca, elektrot dozu için bulunan karesel polinom model (Denklem (4.3)).5 ten küçük p-değer ve önemsiz uyum eksikliğine sahip olması istatistiksel önemini sağlamıştır (Çizelge 4.1). Diğer taraftan sıcaklık için geliştirilen azaltılmış karesel polinom modelin deneysel verimlerle önemli uyum eksikliğine sahip olmasına rağmen yine.5 p-değer ile istatiksel olarak önemli olduğu ortaya çıkmıştır (Çizelge 4.12). Terim x 1, x 2 ve x 1 x 3 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 Ortalama F-değer p-değer toplamı derecesi kare Model 2825 9 313.95 53.5 <.1 x 1 -akım yoğunluğu 67.34 1 67.34 113.27 <.1 x 2 -NaCl derişimi 24.28 1 24.28 34.52.2 x 3 -Elektroliz süresi 126.18 1 126.18 23.81 <.1 x 1 x 2 1.37 1 1.37 1.75.2181 x 1 x 3 57.3 1 57.3 9.68.125 x 2 x 3 1.91 1 1.91.32.5838 2 x 1 323.63 1 323.63 54.68 <.1 2 x 2 127.27 1 127.27 21.51.12 2 x 3 348.22 1 348.22 58.84.1 Artık 53.25 9 5.92 Uyum eksikliği 42.86 2 8.57 3.3.1335 Saf hata 1.4 4 2.6 Toplam 2878.83 19 R-kare =.9815 Ayarlanmış R-kare =.9638 Tahmin R-kare =.8338 Çizelge 4.9. İşletme maliyeti için ANOVA sonuçları Yüzey Yanıt karesel modeli için ANOVA Yanıt: İşletme maliyeti Terim Kareler Serbestlik Ortalama F- p-değer toplamı derecesi kare değer Model 46.88 9 5.21 238.3 <.1 5 x 1 -akım yoğunluğu 29.87 1 29.87 1366. <.1 78 x 2 -NaCl derişimi.22 1.22 1.25.18 x 3 -Elektroliz süresi 13.74 1 13.74 628.7.1

x 1 x 2.1 1.1 4.68.586 x 1 x 3 2.77 1 2.77 126.8 <.1 4 x 2 x 3.7 1.7 3.21.168 2 x 1.74 1.74.34.574 2 x 2.7 1.7 3.22.163 2 x 3.24 1.24 1.9.323 Artık.26 9.22 Uyum eksikliği.19 5.38 17.62.79 Saf hata 8.541E-3 4 2.131E-3 Toplam 47.11 19 R-kare =.9958 Ayarlanmış R-kare =.9916 Tahmin R-kare =.966 Tablo 4.1. Al elektrot dozu modeli için ANOVA sonuçları Kareler toplamı Tablo 4.11 Enerji tüketimi modeli için ANOVA sonuçları Ortalama kare Terim Serbestlik F-değer p-değer derecesi Model.14 9.16 4.72.118 x 1 -akım yoğunluğu.55 1.55 16.66.22 x 2 -NaCl derişimi 5.12E-3 1 5.12E-3 1.55.2418 x 3 -Elektroliz süresi.37 1.37 11.27.73 x 1 x 2 2.82E-3 1 2.82E-3.85.3778 x 1 x 3.2 1.2 6.6.335 x 2 x 3 9.11E-3 1 9.11E-3 2.75.128 3.19E-3 1 3.19E-3.97.3489 4.72E-3 1 4.72E-3 1.43.2596 2.39E-3 1 2.39E-3.72.4148 Artık.33 1 3.31E-3 Uyum eksikliği.18 5 3.66E-3 1.24.413 Saf hata.15 5 2.96E-3 Toplam.17 19 R-kare=.895 Ayarlanmış R-kare=.6381 2 x 1 2 x 2 2 X 3 Yüzey Yanıt karesel modeli için ANOVA Yanıt : Enerji tüketimi, kwh/m 3 Terim Kareler Serbestlik Ortalama F-değer p-değer toplamı derecesi kare Model 475.51 9 527.83 328.16 <.1 x 1 -akım yoğunluğu 348.6 1 348.6 1895. <.1 4 x 2 -NaCl derişimi 15.2 1 15.2 9.45.118 x 3 -Elektroliz süresi 1352.92 1 1352.92 841.13 <.1

x 1 x 2 2.57 1 2.57 1.6.235 x 1 x 3 316.39 1 316.39 196.7 <.1 x 2 x 3.38 1.38.24.6381 2 x 1 1.69 1 1.69 1.5.3299 2 x 2 T 12.25 1 12.25 7.61.22 2 x 3 a.11 1.11.68.7992 Artık 16.8 1 1.61 Uyum b eksikliği 16.8 5 3.22 Saf l hata 5 Toplam o 4766.6 19 R-kare =.9966 Ayarlanmış R-kare =.9936 Tahmin R-kare =.9741 4.12. At Tablo 4.12. Atık suyun sıcaklığı modeli için ANOVA sonuçları Azaltılmış Yüzey yanıt karesel model için ANOVA Yanıt: Sıcaklık, o C Kareler toplamı Serbestlik Terim derecesi Ortalama kare F- değer p-değer Model 9.24 5 18.5 9.6.5 x 1 -akım yoğunluğu 61.29 1 61.29 3.76 <.1 x 2 -NaCl derişimi 1.15 1 1.15 5.9.45 x 3 -Elektroliz süresi 5.99 1 5.99 3.1.149 x 1 x 3 12.5 1 12.5 6.27.252 2 x 1.31 1.31.16.6973 Artık 27.89 14 1.99 Uyum eksikliği 27.6 9 3.1 18.4.27 Pure Error.83 5.17 toplam 118.14 19 R-square =.7639 Ayarlanmış R-square =.6796 Yağsız petrokimyasal atık sudan bulanıklık giderilmesinin optimum koşulları bulmak için sayısal yöntem kullanılmıştır. 3 iterasyon sonra bulunan sonuç çizelge 4.13 te verilmiştir. 18.17 ma/cm 2 akım yoğunluğu, 1.25 g/l NaCl derişimi ve 27.5 dakika optimum şartlar olarak belirlenmiştir. Çizelge 4.13. Optimizasyonun sonucu Akım NaCl Elektroliz Bulanıklık İşletme Nu İstenilirlik yoğunluğu derişimi Süresi giderimi maliyeti 1 18.166 1.25 27.46 96.8319 2.63393.985

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.4 A.8 A 1.2 A t, dk T, o C ph C, ᶣS/cm T, o C ph C, ᶣS/cm T, o C ph C, ᶣS/cm 21.6 8.8 296 2 7.84 346.8 21.7 7.72 288.8 5 21.9 8.46 27.5 21.5 8.1 38.9 23.9 8.1 256.8 1 22.5 8.58 251.7 23.8 8.14 268.4 28.3 8.4 226.3 15 23.1 8.65 238.6 26.3 8.2 234.6 32.3 8.1 22.5 2 23.4 8.68 232.1 28.5 8.33 221.1 35.1 8.22 218.2 25 23.8 8.75 218.8 3.9 8.44 21.1 36.4 8.3 215.2 3 24.3 8.8 28.7 32.9 8.53 188.6 37.3 8.4 21 35 24.6 8.84 21.4 34 8.66 173.3 38 8.47 23.5 4 25 8.94 194.4 35.3 8.7 165.1 38.4 8.53 198.3 45 25.3 9.1 187 36.1 8.74 159.9 38.6 8.6 194.3 5 25.7 9.6 178.5 36.7 8.77 155.5 38.8 8.65 189.1 55 26 9.11 169.4 37.1 8.8 153 38.8 8.69 184.7 6 26.2 9.13 165.7 37.3 8.82 15.2 38.7 8.72 177.4 Sistemi tanımak için akım.4-1.2 A arası değiştirilerek, ph ve iletkenlik değiştirilmeden 6 dakikalık içme suyun elektrokoagülasyonu gerçekleştirilmiştir. Deney esnasında her akım değerinde 5 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. 5 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.

Çizelge 4.15 Petrol rafineri atık suyun arıtımı için tasarlanan matrisin faktörleri ve seviyeleri Değişken, birim Kodlanmı ş Faktör Seviyeler -α -1 1 + α Akım yoğunluğu, ma/cm 2 (X 1 ) x 1 4.17 7.29 1.42 13.54 16.67 NaCl derişimi, g/l (X 2 ) x 2 2 3 4 5 6 ph (X 3 ) x 3 6 7 8 9 1 Elektroliz süresi, dk (X 4 ) x 4 1 15 2 25 3 Çizelge 4.16 Petrol rafineri atık suyun elektrokoagülasyon ile arıtımı için tasarım matrisi ve sonuçları Faktörler Yanıtlar D/Nu X 1, ma/cm 2 X 2, ms/cm X 3 X 4, min TR, % E, kwh/m 3 e, g C, US $/m 3 1 1.42 4 8 2 92.61 3.6667.45.778 2 13.54 3 9 25 79.21 9.4792.1396 1.4859 3 7.29 5 9 25 89.53 2.417.427 1.919 4 7.29 5 9 15 92.11 1.225.1181.598 5 1.42 4 1 2 92.54 3.6667.1455.9394 6 13.54 3 9 15 86.7 6.6625.44.8144 7 1.42 6 8 2 94.83 3..1583.925 8 7.29 3 9 15 9.16 2.125.1937.9693 9 7.29 3 7 25 91.35 3.3542.1291.8434 1 1.42 4 6 2 92. 4.3333.1869 1.1698 11 16.67 4 8 2 94.22 11.2.571 1.3259 12 1.42 4 8 2 92.58 3.6667.1987 1.1514 13 1.42 4 8 1 82.83 2.1667.693.4886 14 13.54 3 7 25 79.46 11.375.321 2.3947 15 13.54 5 7 25 79.19 7.5833.2822 1.8683 16 13.54 5 7 15 87.12 4.55.3531 1.8534 17 1.42 4 8 2 92.63 3.6667.21 1.166 18 4.17 4 8 2 3.11.8.128.4881 19 7.29 3 9 25 98.36 3.6458.1395.9135 2 1.42 4 8 3 94.54 7..2665 1.7485 21 13.54 5 9 25 91.46 7.5833.2783 1.8527 22 1.42 4 8 2 92.67 3.6667.1521.9657 23 7.29 5 7 25 73.93 2.625.224 1.642 24 7.29 5 7 15 4.45 1.225.1111.56288 25 1.42 4 8 2 92.52 3.6667.1551.97767 26 1.42 2 8 2 91.3 6.8333.1817 1.39421

27 13.54 5 9 15 96.58 4.875.1266.98259 28 1.42 4 8 2 92.7 3.6667.191 1.11715 29 7.29 3 7 15 64.83 2.275.1833.95358 3 13.54 3 7 15 95.71 6.5.1874 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$/m 3 işletme maliyeti ile %92.6 bulanıklık giderimi elde edilmiştir. Akım yoğunluğunun pozitif ve negatif alfa değerinin kullanıldığı deneylerinde sırasıyla.489 US$/m 3 ve 1.326 US $/m 3 işletme maliyeti ile petrol rafineri atık suyundan %3 ve %94.22 bulanık giderilmiştir. Ancak faktöriyel deneylerde akım yoğunluğu artması elektroliz ve ph ile beraber bulanıklık giderimini etkilediği fark edilmiştir. Örneğin, 3 ms/cm, 9 ph ve 25 dakikada yapılan deneylerde akım yoğunluğu 7.29 ma/cm 2 (.7 A) den 13.54 ma/cm 2 (1.3 A) ye arttırıldığında bulanıklık giderimi %98.36 dan %79.21 e azalmıştır, ancak işletme maliyeti.9135 US$/m3 ten 1.4859 US$/m 3 e artmıştır. Ayrıca, ph 7 iken aynı iletkenlik ve elektroliz süresinde 7.29 ve 13. 54 ma/cm 2 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 (X 1 ) ph (x 3 ) ve akım yoğunluğu (X 1 ) elektroliz süresi (X 4 ) etkisi gösterilmektedir. Şekiller 4.15, 4.18 ve 4.19 sırasıyla akım yoğunluğu (X 1 ) iletkenlik (X 2 ), iletkenlik (X 2 ) ph (X 3 ), iletkenlik (X 2 ) elektroliz süresi (X 4 ) 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 4.2 de işletme maliyeti üzerine akım yoğunluğu (X 1 )- ph (X 3 ) etkileşim etkisinin 3D ve kontör grafikleri gösterilmektedir. Not edilmeli ki 3D ve kontör grafikleri sadece faktöriyel deneylerinden oluşturulmuştur. Design-Expert Software 98.3596 3.1124 X1 = A: current density X2 = B: conductivity Actual Factors C: ph = 8. D: electrolysis time = 2. 95 78.75 62.5 46.25 3 5. 13.54 4.5 11.98 4. 1.41 3.5 B: conductiv ity (X2) 3. 7.29 8.85 A: current density (X1)

(a) Design-Expert Software Design Points 98.3596 5. 75.195 3.1124 4.5 X1 = A: current density X2 = B: conductivity Actual Factors C: ph = 8. D: electrolysis time = 2. B: conductivity (X2) 4. 79.949 82.9992 86.935 9.879 6 3.5 9.879 3. 7.29 8.85 1.41 11.98 13.54 (b) A: current density (X1) 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 98.3596 3.1124 X1 = A: current density X2 = C: ph Actual Factors B: conductivity = 4. D: electrolysis time = 2. 97 8.25 63.5 46.75 3 9. 13.54 8.5 11.98 8. 1.41 C: ph (X3) 7.5 7. 7.29 8.85 A: current density (X1) (a) Design-Expert Software Design Points 98.3596 3.1124 9. 8.5 X1 = A: current density X2 = C: ph Actual Factors B: conductivity = 4. D: electrolysis time = 2. C: ph (X3) 8. 81.2889 86.3253 91.3618 6 7.5 76.2524 71.2159 7. 7.29 8.85 1.41 11.98 13.54 A: current density (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

Design-Expert Software 98.3596 3.1124 X1 = A: current density X2 = D: electrolysis time Actual Factors B: conductivity = 4. C: ph = 8. 96 79.5 63 46.5 3 25. 13.54 22.5 11.98 2. 1.41 17.5 D: electroly sis time (X4) 15. 7.29 8.85 A: current density (X1) (a) Design-Expert Software Design Points 98.3596 25. 3.1124 22.5 91.1639 X1 = A: current density X2 = D: electrolysis time Actual Factors B: conductivity = 4. C: ph = 8. D: electrolysis time (X4) 2. 77.1227 81.831 86.4835 91.1639 6 17.5 72.4423 15. 7.29 8.85 1.41 11.98 13.54 (b) A: current density (X1) 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 98.3596 3.1124 X1 = B: conductivity X2 = C: ph Actual Factors A: current density = 1.41 D: electrolysis time = 2. 1 95.25 9.5 85.75 81 9. 5. 8.5 4.5 8. 4. C: ph (X3) 7.5 7. 3. 3.5 B: conductiv ity (X2) (a)

Design-Expert Software Design Points 98.3596 3.1124 X1 = B: conductivity X2 = C: ph Actual Factors A: current density = 1.41 D: electrolysis time = 2. C: ph (X3) 9. 8.5 8. 96.236 93.2914 6 9.3468 7.5 87.422 84.4576 7. 3. 3.5 4. 4.5 5. 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 98.3596 3.1124 X1 = B: conductivity X2 = D: electrolysis time Actual Factors A: current density = 1.41 C: ph = 8. 95 91.75 88.5 85.25 82 25. 5. 22.5 4.5 2. 4. 17.5 D: electroly sis time (X4) 15. 3. 3.5 B: conductiv ity (X2) (a) Design-Expert Software Design Points 98.3596 3.1124 25. 22.5 93.3375 X1 = B: conductivity X2 = D: electrolysis time Actual Factors A: current density = 1.41 C: ph = 8. D: electrolysis time (X4) 2. 92.2183 6 91.991 17.5 89.9799 88.866 15. 3. 3.5 4. 4.5 5. (b) B: conductiv ity (X2) Şekil 4.19 Petrol rafineri atık suyundan EC ile bulanıklık giderimine iletkenlik ve ph etkisi için 3 boyutlu yüzey ve kontör grafikleri

Design-Expert Software operating cost 2.39473.48813 X1 = A: current density X2 = C: ph Actual Factors B: conductivity = 4. D: electrolysis time = 2. operating cost 1.8 1.45 1.1.75.4 9. 13.54 8.5 11.98 8. 1.41 C: ph (X3) 7.5 7. 7.29 8.85 A: current density (X1) (a) Design-Expert Software operating cost Design Points 2.39473 9. operating cost.48813 8.5 X1 = A: current density X2 = C: ph Actual Factors B: conductivity = 4. D: electrolysis time = 2. C: ph (X3) 8. 1.849 1.24444 6.925354 1.4399 7.5 1.56353 7. 7.29 8.85 1.41 11.98 13.54 (b) A: current density (X1) Şekil 4.2. 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.,25; Mouedhen ve ark 28; Gu ve ark., 29). 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 ([1.14 4 8 2]) ortalama.1563 g Al dozu elde edilmiştir. Pozitif akım yoğunluğu, iletkenlik, ph ve

elektroliz eksenel deneyleri sırasıyla.571 g ([16.16 4 8 2]),.1583 g ([1.14 6 8 1]),.1455 g ([1.14 4 1 2]) ve.2665 g ([1.14 4 8 3]) Al dozunu sağlamıştır. Bu faktörlerin negatif aksiyel deneylerinden ise.128 g ([4.17 4 8 2]),.1816 g ([1.14 2 8 2]),.1869 g ([1.14 4 6 2],.69 g ([1.14 4 8 1]) Al dozu elde edilmiştir. Eksenel deneylerin sonuçlarından Al elektrot çözünmesini önemli bir şekilde etkileyen tek elektroliz süresi anlaşılmıştır. Maksimum elektrot dozunu (.429 g) 7.29 ma/cm 2 akım yoğunluğu, 5 ms/cm, 9 ph ve 25 dk elektroliz süresi sağlamıştır. Bu durumda bulanıklık giderimi ve işletme maliyetinin %89.53 ve 1.919 US$/m 3 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., 29; Gu ve ark., 29). 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.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 (2 25 o C) 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.95 A, 5 ms/cm, 9 (ph) ve 18 dk optimum koşul olarak bulunmuştur. Bu koşullarda optimum sıcaklık 22.35 o C ydi. Kontrol amacı, deney sırasında iletkenliği ve sıcaklığı optimum değerlerinde tutmaktır. Ek olarak sıcaklığın 2 o C 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

parametreleri kullanılmıştır ( K C =.3515, K I =.1634, K D =). 6 letkenlik ms/cm 4 2 Destek Elektrolit Ak H z ml/dk -2 5 1 15 Zaman, s 4 3 2 1 5 1 15 Zaman, s Şekil 4.21 Fuzzy tek giriş-tek çıkış iletkenlik kontrolu sonucu, elektrokoagülasyon işleteme şartları: akım =.95 A, başlangıç iletkenlik= 5 ms/cm, başlangıç ph=9, elektroliz süresi 18 s. 6 5 i l e t k e n l i k m S / c m 4 3 2 1 2 4 6 8 1 12 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 2 15 1 5 2 4 6 8 1 12 Zaman, s Şekil 4.22 PID tek giriş-tek çıkış iletkenlik kontrolü sonucu, elektrokoagülasyon işleteme şartları: akım =.95 A, başlangıç iletkenlik= 5 ms/cm, başlangıç ph=9, elektroliz süresi 18 s (18 dk).

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. 3 Sicaklik ( o C) 2 1 Sogutma suyu vana acikligi.5 1 1.5 2 2.5 x 1 4 1.5.5 1 1.5 2 2.5 Zaman (sn.) x 1 4 Şekil 4.23 PID Sıcaklık Kontrolü (set nokta=22.35 o C), elektrokoagülasyon işleteme şartları: akım =.95 A, başlangıç iletkenlik= 5 ms/cm, başlangıç ph=9, elektroliz süresi 18 s.

3 Sicaklik ( o C) 2 1-1 2 4 6 8 1 12 Sogutma suyu vana acikligi 1.8.6.4.2 2 4 6 8 1 12 Zaman (sn.) Şekil 4.24 PID Sıcaklık Kontrolü (set nokta=2 o C), elektrokoagülasyon işleteme şartları: akım =.95 A, başlangıç iletkenlik= 5 ms/cm, başlangıç ph=9, elektroliz süresi 18 s. 3 Sicaklik ( o C) 2 1-1 2 4 6 8 1 12 Sogutma suyu vana acikligi 1.8.6.4.2 2 4 6 8 1 12 Zaman (sn.) Şekil 4.25 Fuzzy sıcaklık kontrolü (set nokta=2 o C), elektrokoagülasyon işleteme şartları: akım =.95 A, başlangıç iletkenlik= 5 ms/cm, başlangıç ph=9, elektroliz süresi 18 s.

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 2 o C 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 Giderim, % KOİ 78.7692377 Bulanıklık 96.9438222 AKM 45.45454545 Kontrol edilen değişken Çizelge 4.18 Kontrol deneylerinde bakılan kirletici parametrelerinin giderim sonuçları Kontrol yöntemi Set noktası KOİ giderimi, % Bulanıklık giderimi, % AKM giderimi, % Sıcaklık Fuzzy 2 o C 6.923 99.64 45.455 Sıcaklık Fuzzy 22.35 o C 57.846 97.169 75.758 İletkenlik Fuzzy 5 ms/cm 66.154 94.494 57.576 Sıcaklık PID 2 o C 64. 1. 72.727 Sıcaklık PID 22.35 o C 57.231 97.11 42.424 İletkenlik PID 5 ms/cm 66.462 93.91 24.242 Şekil 4.26. Optimum optimizasyon şartlarında petrol atık suyun sıcaklığının zamanla değişimi,

elektrokoagülasyon işleteme şartları: akım =.95 A, başlangıç iletkenlik= 5 ms/cm, başlangıç ph=9, elektroliz süresi 18 s. 6 5 4 Iletkenlik (ms/cm) 3 2 1-1.5 1 1.5 2 2.5 Zaman (sn.) x 1 4 Şekil 4.27. Optimum optimizasyon şartlarında petrol atık suyun iletkenliğinin zamanla değişimi, elektrokoagülasyon işleteme şartları: akım =.95 A, başlangıç iletkenlik= 5 ms/cm, başlangıç ph=9, elektroliz süresi 18 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=1,2) 2A/m 2 ve 3A/m 2 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.

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 (H 2 ) 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

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:1,2). 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 %9 nın üzerine çıktığı görülmektedir. Başlangıç ph ı 5 olduğunda 4 dk lık bir elektroliz süresinin, arıtım veriminin %9 nın üzerine çıkması için yeterli bir süre olduğu görülmüştür. 4 dk dan sonra elektroliz süresinin daha fazla arttırılması arıtım verimini etkilememiştir. Şekil 5. Başlangıç ph ının renk ve bulanıklık giderimi üzerine etkisi (elektroliz süresi: 6dk) 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.

IV.8.2 Kinetik Analiz ln(-dc FTU /dt) 2, 1,, -1, -2, y =,825x - 2,7724 R² =,9737, 1, 2, 3, 4, 5, 6, ln(c FTU ) Şekil 6. Prosesin kinetik analiz grafiği (3 C de) Prosesin kinetik analizi yapılmıştır ve reaksiyon derecesinin ve reaksiyon hız ifadesinin bulunabilmesi için Eşitlik 5.1 den yararlanılmıştır. ln = ln +. ln ( ) (5.1) Reaksiyon derecesi yaklaşık olarak 1 bulunmuştur (,825 1). 3 C deki reaksiyon hız ifadesi,62 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: 2 35 A/m 2, NaCl elektrolit derişimi:,5 2 g/l and elektroliz süresi: 1 6 dk). Bu parametrelerinin optimizasyonunu gerçekleştirmek için D-optimal tasarım uygulanmıştır. D-optimal tasarım için yapılan deneyler ve sonuçları Çizelge 2 de verilmiştir.

Çizelge 2. Optimizasyon çalışmalarında sürdürülen deney planı A:Akı m yoğun luğu B: Elektr ol t der ş m C:Ele ctrol z süres Bulanıkl ık g der m %FTU 35 2. 1 5.12 277.5 6 74.53 2 2. 6 66.45 294.55 2 5.77 2.5 1 16.57 2.5 1 28.99 275 1.25 35 6.47 275 1.25 35 61.3 35.5 6 77.1 35 2. 1 44.2 35 1.22 36 52.66 238 1.25 33 49.94 2 2. 6 62.72 35 2. 6 6.29 274 2. 35 49.76

35.5 1 37.87 275 1.25 35 59.17 2 1.44 48 56.8 2 2. 1 37.87 275 1.25 35 47.81 2 2. 1 4.83 35 2. 6 7.71 2.5 6 55.33 Sonuçların uyumlu olduğu quadratik modelin istatiksel önemi Çizelge 3 te gösterilen ANOVA testi ile değerlendirilmiştir. Sonuçlara bakıldığında önerilen modelde p <,1 olduğu görülmektedir. Bu durumda R 2 değeri,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 d el eri d eğ er n e er to ort ğ i

pl a m ı ala ma sı e r i > F Blok 4 1. 9 9 41. 99 Model 4 3 1 8. 5 4 719.76 3 1. 5 3 <. 1 A-Akım yoğunluğ u 3 6 9. 5 6 369.56 1 6. 1 9. 9 B-NaCl derişimi 8 9. 9 3 89. 93 3. 9 4. 6 3 5 C- Elektroli z süresi 3 1 7 8. 6 4 317 8.6 4 1 3 9. 2 5 <. 1 AB 1 5 15.76 6..

. 7 6 6 1 9 9 BC 1 6 2. 8 1 162.81 7. 1 3. 1 6 1 A 2 1 2 1. 1 9 121.19 5. 3 1. 3 4 1 Arta kalan 3 8 8. 5 22. 83 Uygun olmayan 1 6 1. 8 2 16. 18. 5. 8 4 5 Hata 2 2 6. 2 3 32. 32 Cor toplam 4 7 4 8. 5 9

Çizelge 4. R 2 sonuçları Std. Sapma. Ortalam a Pred R- Squared 4.78 R- Squared 52.27 Adj R- Squared.8295 Adeq Precision.9176.8885 19.51 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 + 5.2 * A + 2.44 * B + 14.44 * C - 3.49 * A * B - 3.42 * B * C - 4.93 * A2 (5.2) Bulanıklık = - 82.34921 +.62684 * Akım yoğunluğu + 26.6967 * Elektrolit derişimi +.8563 * Elektroliz süresi -.6221 * Akım yoğunluğu * Elektrolit derişimi -.18239 * Elektrolit derişimi * Elektroliz süresi - 8.77169E-4 * Akım yoğunluğu2 (5.3) Optimizasyon çalışmaları sonucu elde edilen modele göre maksimum bulanıklık giderimi

aşağıda görüldüğü gibidir; maksimum f (maksimum bulanıklık giderimi) f 1 2 A 3 A = 343 A/m 2 ; B =.5 g/l; C = 6 dk.5 B 2 f = %75.5 1 C 6 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: 6 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

Şekil 8. % Bulanıklık giderimi, Akım yoğunluğu: 343 A/m 2 Şekil 8 de 4dk ya kadar elektrolit derişiminin artması ile bulanıklık giderim veriminin arttığı görülmektedir. Ancak 4dk 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:.5 g/l Şekil 9 da bulanıklık giderim veriminin elektroliz süresi ve akım yoğunluğundaki artış ile artış gösterdiği görülmektedir. Ancak 275 A/m 2 akım yoğunluğunun daha üst değerlerinde giderim verimindeki artış yavaşlamıştır.