Atıkların biyolojik arıtılabilirliğine fotokatalitik oksidasyon prosesinin etkisi

Abstract

Atıkların Biyolojik Antılabilirliğine Fotokatalitik Oksidasyon Prosesinin Etkisi Esra Can Anahtar Kelimeler: Fotooksidasyon, biyoparçalanabilirlik, ön arıtım, renk giderimi, fermantasyon endüstrisi atıksuyu, reaktif azo boyası Özet: Bu çalışmada, biyoparçalanabilirliği düşük olan maddelerin fotokatalitik oksidasyon prosesi uygulanarak parçalanabilirliği ve bu parçalanmanın, biyoparçalanabilirlikte meydana getirdiği iyileşme incelenmiştir. Bu amaçla iki farklı karakterdeki madde incelenmiştir. İlk grupta, fotooksidasyon prosesinin, fermantasyon endüstrisi atıksuyunda renk giderimindeki etkinliği incelenmiştir. Bunun yanında, proses biyolojik arıtımdan önce kısmi oksidasyonun yapıldığı bir ön arıtım basamağı olarak düşünülmüş ve atıksuyun biyoparçalanabilirliğine plan etkisi incelenmiştir. Atıksuyun renk giderimi farklı serilerde fotooksitlenerek incelenmiştir. En yüksek renk giderim verimi UV/H2O2/TİO2 serisinde %60,98 olarak gözlenmiştir. UV/TİO2 serisinde ışınlama süresi ve katalizör miktarının optimizasyonu BOI/KOİ oranına bağlı olarak değerlendirilmiştir. Biyolojik olarak antılabilirlikteki iyileşme (BOİ/KOİ) 120 dakika sonunda 0,11'den 0,1 8'e çıkmıştır. Ham atıksuyun reaksiyon hız sabiti (k) 0,167 gün'1 iken, 180 dakika fotokatalizlenmiş atıksu için 0,201 gün`1 'e çıkmıştır. İkinci grupta, reaktif azo boyar maddesinin fotooksidasyon ile parçalanması incelenmiştir. İlk bölümde boyar maddenin fotokatalitik oksidasyonu, ikinci bölümde ise- fotokatalizlenmiş boyar maddesinin aktif çamur mikroorganizmaları tarafından parçalanabilirliği incelenmiştir. Fotokatalitik oksidasyon prosesinde katalizör ve oksidantm etkisi, boya çözeltisinin farklı serilerde fotokatalizlenmesi ile incelenmiştir. Renk gideriminde en uygun seri %99,10 ile UV/H202/Ti02(Degussa) serisidir. UV serisinin renk giderim hız sabiti (k) 0,0011 dak`1 iken, UV/H202/Ti02(Degussa) serisinde bu değer 0,0603 dak`1 'ya çıkmıştır. UV/tbCVTiC^CDegussa) serisinde, fotokatalizlenme ile oluşan parçalanma ürünlerinin (SO4`2, NO2`, NH4+-N ve O`) ve derişimi artmıştır. Organik madde içeriği (KOİ) ise zamanla azalmıştır. Fotokatalitik oksidasyon prosesinde azo boyar maddesinin parçalanabilirliği Langmuir-Hinshelwood kinetiği uygulanarak incelenmiştir. Tepkime sabiti k 1,33 mg/L.dak; adsorbsiyon denge sabiti K 0,06 L/mg ve kK 0,08 dak`1 olarak bulunmuştur. Biyoparçalanabilirlik uzun ve kısa süreli parçalanma testleri yardımıyla incelenmiştir. Uzun süreli biyoparçalanabilirlik testinde ham boyanın BOİ/KOÎ oranı 0,064 iken UV/FbCVTiOaCDegussa) serisi ile bu oran 0,292'ye yükselmiştir. Kısa süreli biyolojik parçalanabilirlik testinde, ham ve fotokatalizlenmiş boyanın respirometrik analizleri yapılmıştır. Bu analizlerden; ham boya çözeltisinin aktif çamura ilavesi ile çamurun aktivitesininin azaldığı, fotokatalizlenmiş boya çözeltisinin ise çamurun aktivitesini arttırdığı görülmüştür.

The Effect of Photocatalytic Oxidation Prosses on Waste Biodegradability Esra Can Keywords: Photooxidation, Biodegradability, Pretreatment, Decolourization, wastewater of fermentation industry, reactive azo dyes. Abstract: In this study, by applying photocatalytic oxidation process, the degradation of materials that have low biological degradability and improvements in biodegradability resulted from this degradation were investigated. For this purpose, the degradabilities of two materials which have different characteristics were looked for. In the first group, for wastewater of fermentation industry, the effect of photooxidation process on decolorization was analyzed. Besides, before the biological wastewater treatment the process was thought as a pre-wastewater treatment stage in which partial oxidation is carried out and the effect of the process on biodegradability of wastewater was searched. The decolorization of wastewater was investigated by photooxidation for different series. The highest decolorization efficiency was observed as 60.98% for UV/H202/Ti02 serie. At UV/Ti02 serie, the illumination time and the optimization of the amount of catalyst were evaluated depending on the ratio of BOD/COD. The improvement in the biological degradability (BOD/COD) increased from 0.11 to 0.18 after 120 minutes of treatment. The reaction rate constant for raw wastewater was 0.167 day`1. However, for wastewater which was photooxidized for 180 minutes, it became 0.201 day`1. In the second group, the degradation of reactive azo-dye by the photooxidation was analyzed. In the first part, photocatalytic oxidation of the azo-dye material, in the second part, degradability of photocatalized azo-dye material by the active sludge microorganisms were investigated. In the photocatalytic oxidation process, the effect of catalyst and oxidant was investigated by photooxidation of dye solution for different series. The most suitable serie in decolorization was found to be UV/H202/Ti02(Degussa) with 99.10%. While decolorization rate constant (k) was 0.0011 min`1 for UV serie, it increased to 0.0603 min`1 for UV/H202/Ti02(Degussa) serie. For UV/H202/Ti02(Degussa) serie, degradation products (S04`2, N02`, NH/-N ve CI`) which came out after photocatalyzation and organic material content (COD) were determined. The concentration of these ions increased after photocatalyzation. On the other hand, COD value decreased by the time. In the photocatalytic oxidation process degradability of azo-dye material was investigated by applying Langmuir- Hinshelwood kinetics. The reaction rate constant k was found to be 1.33 mg/L.min, adsorbtion equilibrium constant K was found to be 0.06 L/mg and kK was found to be 0.08 min`1. Biodegradability was investigated by the help of long and short degradation tests. While BOD/COD ratio of raw dye in the long biodegradability test was 0.064, it increased to 0.292 for UV/H202/Ti02(Degussa) serie. In the short biodegradability test, respyrometric analysis of both raw and photocatalyzed dye were conducted. According to these analysis, it was analyzed that by the addition of raw dye solution to active sludge, activity of sludge has decreased, and that photocatalyzed dye solution makes activity of sludge increase. Ill