Optimization of ultrasonic reactors for bacterial and organic matter decay

Abstract

BAKTER VE ORGAN K MADDE G DER M Ç N SES ÖTES REAKTÖRLER NOPTiMiZASYONUAdayın smi:Rana KıdakDoktoraTez Danışmanı: Prof. Dr. Nilsun H. InceAnahtar kelimeler: Sesötesi dalgalar, fenol, leri oksidasyon, E. koli, dezenfeksiyonBu doktora tezi çalışmasında bakteriyel olarak veya fenol gibi organik kirleticilerlekirletilmiş olan suların arıtılması konusunda ileri oksidasyon teknikleri ve özellikle Ses ÖtesiDalgalarının kullanım olanakları araştırılmıştır.Çalışmalar sırasında biyolojik olarak kirlenmiş sular ile fenol ve fenol türevleriniiçeren sentetik atıksuların farklı ortam şartları altında üç değişik Ses Ötesi frekansındakiarıtılabilirlik uygulamaları incelenmiştir. Reaktörlerin etkisi bakteri sayısındaki ve fenolkonsantrasyonundaki azalma bakımından değerlendirilmiştir. Sonuçlar işletimparametrelerinin optimizasyonu ve reaksiyon kinetiği açısından ele alınmıştır.Fenolle ilgili olan çalışmalarda Ses Ötesi Dalgalarla sağlanan giderim, ozon verimi ilekarşılaştırılmış ve Ses Ötesi Dalgalarının ozon ve UV uygulamaları ile birlikte kullanıldığıdurumlar değerlendirilmiştir. 20 kHz frekanslı Ses Ötesi Dalgaları kullanılması durumundaaktif karbon, metalik çinko ve seramik parçacıkları gibi katı katalizörlerin kullanımınınbakteriyel giderim verimini artırdığı ve işletim kinetiğinin klorlama kinetiğine benzer biryapıda olduğu gözlemlenmiştir.Fenol gideriminde en iyi verim 300 kHz frekanslı Ses Ötesi Dalgalarının asidik pHdeğerlerinde uygulanması sonucu elde edilmiştir ve mineralizasyon sağlanmamasına rağmenfenol gideriminin yanısıra zehirlilik düzeyinde azalma sonucuna ulaşılmıştır. Ozonun kütletransferinde artış sağlanması ve Ses Ötesi dalgaların fotolize uğramış hidrojen peroksitlereaksiyonu sonucunda fazla hidroksil radikali oluşumu sebebiyle, Ses Ötesi dalgalarının ozonve UV ışınlarıyla beraber kullanımı, fenol gideriminde sinerjistik bir etki göstermektedir.

OPTIMIZATION OF ULTRASONIC REACTORS FOR BACTERIAL ANDORGANIC MATTER DECAYName of Candidate:Rana KıdakDoctor of PhilosophyThesis supervisor: Prof. Dr. Nilsun H. InceKeywords: Ultrasound, Phenol, Advanced Oxidation, E. Coli, DisinfectionThe dissertation is about the investigation of advanced oxidation techniquesparticularly the ultrasound for the remediation of water contaminated with bacterial andorganic constituents such as phenol.The method of study involved the application of three ultrasonic frequencies undervarious ambient conditions on infected water samples and synthetic effluents containingphenol and phenolic derivatives. Reactor effluents were monitored for assessing the reductionin bacterial density and phenolic concentration. The results were evaluated with the aim ofoptimizing process parameters and determining the reaction kinetics. Moreover, the studywith phenol covered comparison of ultrasonic decay with that of ozone and assessing impactsof combined ultrasound, ozone and UV applications.It was found that the efficiency of bacterial decay under 20 kHz ultrasonic irradiationcould be enhanced by the addition of solid catalysts such as activated carbon, metallic zinc,ceramic beads. The reaction kinetics was found to represent that of chemical disinfection withchlorine.The degradation of phenol was found to proceed with maximum efficiency under 300kHz irradiation at acidic pH and ultrasound rendered detoxification of water samples alongwith phenol degradation, although mineralization was not effective. Combination ofultrasound with ozone and UV irradiation was found to induce synergistic effects.