Çapraz akış ultrafiltrasyon tekniği ile içme sularından nitrit ve nitrat uzaklaştırılması

Abstract

Günümüzde, membran teknolojisi, ters osmoz uygulaması hariç, içme suyu arıtımında yaygın bir şekilde kullanılmayan bir prosesdir. Ancak membran proseslerin klasik su arıtma sistemlerinden çok daha fazla performans göstermesi nedeniyle kullanım alanları ve önemi artmaktadır. Bu nedenle, yapılan çalışmada içme sularından nitrat ve nitrit iyonlarının katyonik bir yüzey aktif madde (Hexadecylrimethlyammoniumbromide) yardımıyla misel büyütmeli ultrafiltrasyon tekniği (MEUF) kullanılarak uzaklaştırılması araştırılmıştır. Zamanla CTAB/kirletici oranı, membran basınç farkı (AP) membran por boyutu, besleme çözeltisinin pH'sı ve elektrolit konsan trasyonlarımn (NaCl) fonksiyonu olarak, sızıntı akısı ile nitrat, nitrit ve yüzey aktif madde rejeksiy onlarının değişimi belirlenmiştir. Metodun sudan nitrat uzaklaştırmada oldukça etkili olduğu anlaşılmıştır. Nitrat ve nitrit uzaklaştırma veriminin CTAB/kirletici oranının artışıyla arttığı gözlenmiştir. Nitrat ve CTAB rejeksiyonları elektrolit konsantrasyonunun artışıyla azalmaktadır. Fakat pH'nın rejeksiyonlar üzerine hiçbir direkt etkisi görülmemiştir. Sonuçlar kek (ikinci membran) oluşum mekanizması ve yapısının AP, membran por boyutu ve elektrolit konsantrasyonundan etkilendiğini göstermektedir, log (Cf) değerlerine karşılık çizilen kararlı hal sızıntı akılarının lineer kısımlarının eğiminden yalancı jel derişimi (C*g) 18 g/L olarak hesaplanmıştır. Cf'in, cfg'den büyük olduğu durumda bile, belli bir miktar sızıntı akısının olduğu gözlenmiştir. Proses veriminin daha büyük membran por boyutu ve AP'de daha yüksek olduğu görülmüştür. Membran por boyutu ve AP artışıyla, membran porlannın daha fazla dolduğu ve böylece rejeksiyonlarda bir artış meydana geldiği bulunmuştur. Bu durum filtrasyon prosesi sonrasında membran dik kesitlerinin SEM mikrograflarının çekilmesiyle de doğrulanmıştır. Besleme çözeltisinin kimyasal yapısının da proses performansını etkilediği anlaşılmıştır. Denemelerde nitrat ve nitrit için sırasıyla %99 ve % 62 oranında rejeksiyonlar elde edilmiştir.

Nowadays, membrane technology is a process that has not been widely used in potable water treatment, except for reverse osmosis applications. However the applications and the importance of membrane processes in water treatment increases because of the fact that they show greater performance than the conventional methods. Therefore in this thesis, removal of nitrate and nitrite ions from drinking waters were studied using Micellar Enhanced Crossflow Ultrafiltration Technique (MEUF) with cationic surfactant, hexadecyltrimetilammoniumbromide (CTAB). The variation of nitrate, nitrite, surfactant rejections and permeate flux with time were measured as function of CTAB/pollutant ratio, transmembrane pressure drop (AP), membrane pore size, pH of the feed solution, and electrolyte (NaCl) concentration. The method was found to be quite effective in removing nitrate from water. It was observed that the efficiency of nitrate and nitrite removal increased with increasing CTAB/pollutant ratio. Nitrate and CTAB rejections decreased with increasing electrolyte concentration, while pH did not have any significant direct effect on them. The results indicated that cake (secondary membrane) formation mechanism and its structure were influenced by AP, membrane pore size, and electrolyte concentration. The pseudo-gel concentration (C*g ) determined from the linear portion of steady-state permeate flux versus log (Cf) was 18 g/L. It was observed that even when Cf was greater than C*g there was certain amount of permeate flux. The efficiency of the process Was shown to be higher for larger membrane pore size and AP. It was found that with increasing membrane pore size and AP the membrane pores were blocked more and thus an increase in the rejections was realised. This was proved to be the case by picturing membranes at the end of the filtration process by using SEM. It was observed that the chemical composition of the feed solution greatly influenced the performance of the process. It was shown that with experimental conditions used in this thesis it was possible to obtain % 99 and % 62 nitrate and nitrite rejections, respectively.