Treatment of an azo dye by combined ozonation and once-thro activated sludge process

Abstract

Tekstil atıksuları koyu renkli ve içerik açısından çok değişkendir. Renkli maddeler eğer giderilmezse, bulanıklığı ve kirletme gücü dolayısıyla çevre üzerinde negatif etki oluşturur. Tekstil atıksulannda biyolojik olarak antılamayan maddeler bulunduğundan, bu atıksular biyolojik prosesler tarafından yeterli derecede arıtılamazlar. Tekstil atıksulanmn ozonlanmasmın büyük molekülleri küçüklere dönüştürerek biyolojik arıtımı kolaylaştırdığı için, iyi bir çözüm olduğu araştırmacılar tarafından rapor edilmiştir. Bu çalışmanın amacı; ozonlamanın Asit Kırmızı-151 (boya) çözeltilerinin biyolojik olarak arıtılmasında yaptığı etkiyi ve ozonlamayı takip eden aktif çamur prosesinin arıtma verimine etkisini incelemektir. Deneyler üç kısımda gerçekleştirilmiştir. Birinci kısımda; 100, 250, 500 ve 1000 mg/L olan dört farklı başlangıç derişimindeki Asit Kırmızı-151 çözeltileri sürekli olarak ozonlanmıştır. İkinci kısımda; başlangıç boya derişimi 20 mg/L olan Asit Kırmızı-151 çözeltisi, sürekli kanştırmalı kesikli reaktörde, aynı deney düzeneğinde yapılan daha önceki çalışmada (Erol, 2002) elde edilen optimum şartlarda ozonlanmıştır; böylece ozonlanmış Asit Kırmızı-151 çözeltisi bu boyaya alıştırılmış mikroorganizmalarla çalışan tek geçişli aktif çamur reaktörüne beslenmiştir. Bütün başlangıç boya derişimlerinde %99 renk giderimleri elde edilen birinci kısımdaki~deneyler, ozonlamanın renk gidermede çok etkili olduğunu göstermiştir. Ayrıca, boya derişimlerinin sırasıyla 100, 250, 500 ve 1000 mg/L değerlerinden 0.23, 0.31, 1.26 ve 3.6 mg/L değerlerine düşmesi ozonun boya moleküllerini yüksek bir verimle parçalayabildiğim açıkça göstermiştir. Birinci kısımda bulunan deney sonuçlan, Liakou et al. (1997) tarafından hazırlanan matematiksel modele uygulanmıştır. KOİ, BOİ5, ozon tüketim miktarı ve boya derişim değerlerinin zamana karşı değişimleri bir azo boyası olan Asit Kırmızı-151'in ozonlarıma model parametrelerinin elde edilmesinde kullanılmıştır. Bu deneylerin sonuçlan, ozonlamanın Asit Kırmızı-151 çözeltisinin biyolojik olarak antılabilirliğini arttırdığım göstermiştir. Başlangıç boya derişiminin artmasıyla KOİ antımı ve biyolojik antılabilme özelliği azalmıştır. Çalışmanın üçüncü kısmında, Asit Kırmızı-151 çözeltisinin ozonlama ve tek geçişli aktif çamur proseslerinin birleşimi ile antımınm sadece tek geçişli aktif çamur prosesiyle (ozonlanmamış boya çözeltisiyle yapılan aktif çamur prosesi) antımından sırasıyla %82 ve %26.4 boya giderimi verimleri ile, daha etkili olduğu bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: Ozonlama; Ön-ozonlama; Aktif çamur prosesi; Azo boyası; Asit Kırmızı-151

Textile wastewaters are highly colored and variable in composition. The colour, if not removed, would have negative impact on the aquatic environment caused by its turbidity and high polluting strength. Because of non biodegradable substances present in textile wastewaters, they cannot be treated efficiently by biological processes. Researchers have reported that ozonation of textile wastewaters before the biological treatment is a good solution in increasing the biodegradability by breaking large molecules into smaller ones. The objective of this study is to investigate the effect of ozonation on biodegradability of Acid Red-151 (dye) solutions and treatment efficiency of once-thro activated sludge process (ASP) which follows the ozonation. The experiments were conducted in three parts. In the first part, continuous ozonation of Acid Red-151 solutions at four different initial dye concentrations, which are 100, 250, 500 and 1000 mg/L, were performed. In the second part, Acid Red-151 solution with an initial dye concentration of 20 mg/L was ozonated in a continuously stirred batch reactor under optimum conditions determined in a previous study (Erol, 2002) performed in the same set-up; thus a stock of pre-ozonated feed Acid Red-151 solution was prepared which was fed to a once-thro activated sludge reactor operating with microorganisms acclimated to Acid Red-151, in the third part of experiments. The experimental results in the first part show that decolorization efficiency of ozonation is very high where 99% colour removals are obtained at all initial dye concentrations. Also, the dye concentrations are decreased from 100, 250, 500 and 1000 mg/L to 0.23, 0.31, 1.26 and 3.6 mg/L, respectively, which clearly show the efficiency of ozone in rapid split of the dye molecules. The data obtained in the first part of the experiments is applied to a mathematical model derived by Liakou et al. (1997). The variations of COD, BOD5, amount of ozone consumption and dye concentration with time were used to determine the model parameters for continuous ozonation of the azo dye, namely Acid Red-151. The results of these experiments show that biodegradability of Acid Red-151 solutions are enhanced by ozonation. The COD removals and the degree of enhancement in biodegradability decrease with the increasing initial dye concentration. In the third part of the study, the combined treatment of Acid Red-151 solution (pre-ozonation+once-thro ASP) is obtained to be more efficient than that of single ASP (once-thro ASP with unozonated dye solution), with the dye removal efficiencies of 82% and 26.4%, respectively. Key words: Ozonation; Pre-ozonation; Activated sludge process; Azo dyes; Acid Red-151