Fındık kabuğundan üretilen aktif karbonun atık su arıtımına uygulanması

Abstract

ÖZET Bu çalışmada, organik Karbon içeriği yüksek seviyede bulunan ve dünya üretiminin %70'den fazlası Türkiye'den sağlanan fındık kabuğudan; toz, 0. 00-0. 21 mm, 0.21-0.50 mm, 0.30-0. BB mm 0.65-1.50 mm ve 1.50-2.00 mm boyutlarında aktif karbon üretilmiştir. Aktif karbon üretiminde % 25 ZnCl kullanılarak 600°C'de kimyasal aktivasyon prosesi uygulanmış ve üretime etki eden parametreler incelenerek optimum üretim metodu seçilmiştir, üretilen aktif karbonların spesif ikasyonlarını belirliyebilmek için her boyuttaki aktif karbonun kül muhtevası, iyot adsorblama kapasitesi, fenol adsorblama kapasitesi ve spesifik aktif yüzey alanları tespit edilmiştir. Partikül boyutuna bağlı olarak üretim maliyetleri çıkarılmış ve atık su arıtma teknolojisinde en ekonomik olabilecek partikül boyutu belirlenmiştir. Ayrıca adsorblama kapasitesi dolmuş aktif karbonlar rejenere edilerek tekrar aktif duruma getirilmiş ve bu prosesle aktif karbonun arıtma işlemindeki maliyeti düşürülmüştür. Deney modelinde üretilen aktif karbonların atık su arıtma teknolojisinde kullanılabilirliğini belirliyebilmek için, adsorbsiyonun teorik esasları dahilinde ; yüzey gerilimi ile adsorbsiyon arasındaki bağıntılar, adsorbsiyon sebepleri, adsorblama prosesinde yüzey kompleks oluşumları, adsorbsiyon izotermleri ve sabit yataklı aktif karbon adsorblayıcılarının tasarım kriterleri incelenmiştir. Anyonik yüzey aktif madde, fenol, kromf. III) katyonu ve metilen mavisi gibi organik ve inorganik maddeler aktif karbonlarla adsorblanırken meydana gelen yüzey kompleks teşkil etme reaksiyonları teorik olarak incelenmiş ve kromC III) katyonunun pH'a bağlı yüzey kompleks teşkil etme bölgeleri grafiksel olarak belirlenmiştir. Laboretuvar deney modelinde üretilen toz, 0.00-0.21 mm, 0.21-0.50 mm, 0.50-0.85 mm, 0.85-1.50 mm ve 1.50-2.00 mm boyutundaki aktif karbonlarla anyonik yüzey aktif madde, fenol, krom( III) katyonu ve metilen mavisi gibi organik ve inorganik maddeler adsorblanırken elde edilen verilerle Langmuir ve BET izotermleri çizilmiş ve her bir adaorbantın denge sabitleriyle birlikte adsorblama kapasiteleri MINITAB (1985) matematiksel bilgisayar programıyla hesaplanmıştır. Değişik arıtma modellerinde, aktif karbonların cinsine ve boyutuna bağlı olarak sabit yataklı adsorblama kolonlarındaki kırılma eğrileri, grafiksel integrasyon eğrileri ve fractional kapasite eğrileri çıkarılmış ve bu verilere dayanarak boyutlendırma verileri hesaplanmıştır. XXIikincil arıtmadan alınan çıkış sularıyla adsorblama deneyleri yapılarak arıtılmış suların endüstride tekrar kullanılabilme alternatifleri tartışılmıştır. Ayrıca adsorbantların birim giderme verimlerine karşılık kirlilik giderme maliyetleri hesaplanarak üretilen aktif karbonların atık su arıtma teknolojisinde ekonomik olup olmadığı araştırılmıştır. Deney modelinde üretilen aktif karbonların uygunluğunu karşılaştırabilmek için Mercek firmasına ait toz, 0,55-0,85 mm 0.85-1.50 mm boyutundaki aktif karbonlarla ve atık su arıtma teknolojisinde halen kullanılmakta olan sanayi A tipi (0.852.40 mm) ve sanayi B tipi (0.85-1.70 mm) aktif karbonlerıyla aynı çalışmalar yapılmıştır. Bu araştırmada, biyolojik olarak arıtılamıyan ve atık su arıtma teknolojisinde girişim ve engelleyici (toksik etki) yapan organik ve inorganik kirliliklerin laboratuvar olanaklarıyla üretilen aktif karbonların adsorblama proseslerlyle minimum % 70 oranında arıtabildiği, buna karşılık ithal edilen aktif karbonlara göre 20 kat daha ekonomik olduğu belirlenmiştir. SUMMARY In this study, production of activated carbon at various sizes has been investigated by making use of the nut shell which has a high carbon content. The nut shell production of Turkey makes up more than 70 % of the total in the world. In the production of activated carbon, chemical activation at 600 C has been achieved by making use of 25 % Zn Cl_. All the other related parameters have been investigated in order to optimize the technique. The adsorbents produced have been controlled for their ash content, iodine absorption capacity, phenol adsorption capacity and activated surface &rea. Production costs of activated carbon obtained have been plotted with respect to the granule sizes to determine the optimum 9ize. The exhausted activated carbon has been regene rated and activated carbon treatment costs have been calculated accordingly. The activated oarbon obtained in the laboratory model has been investigated for its applicability in wastewater treat ment. This has been achieved by studying the adsorption types, adsorption isotherms, relation between surface tension and adsorption, and design criteria for fixed bed activated carbon adsorbents. Adsorption reactions for various substances like anionic surface active agents, phenol, chromium (III), methylene blue active substances have been verified. The extend of chromium (III) complexation as a function of solution pH have been analysed and the results have been shown graphically. XXII

ikincil arıtmadan alınan çıkış sularıyla adsorblama deneyleri yapılarak arıtılmış suların endüstride tekrar kullanılabilme alternatifleri tartışılmıştır. Ayrıca adsorbantların birim giderme verimlerine karşılık kirlilik giderme maliyetleri hesaplanarak üretilen aktif karbonların atık su arıtma teknolojisinde ekonomik olup olmadığı araştırılmıştır. Deney modelinde üretilen aktif karbonların uygunluğunu karşılaştırabilmek için Mercek firmasına ait toz, 0,55-0,85 mm 0.85-1.50 mm boyutundaki aktif karbonlarla ve atık su arıtma teknolojisinde halen kullanılmakta olan sanayi A tipi (0.852.40 mm) ve sanayi B tipi (0.85-1.70 mm) aktif karbonlerıyla aynı çalışmalar yapılmıştır. Bu araştırmada, biyolojik olarak arıtılamıyan ve atık su arıtma teknolojisinde girişim ve engelleyici (toksik etki) yapan organik ve inorganik kirliliklerin laboratuvar olanaklarıyla üretilen aktif karbonların adsorblama proseslerlyle minimum % 70 oranında arıtabildiği, buna karşılık ithal edilen aktif karbonlara göre 20 kat daha ekonomik olduğu belirlenmiştir. SUMMARY In this study, production of activated carbon at various sizes has been investigated by making use of the nut shell which has a high carbon content. The nut shell production of Turkey makes up more than 70 % of the total in the world. In the production of activated carbon, chemical activation at 600 C has been achieved by making use of 25 % Zn Cl_. All the other related parameters have been investigated in order to optimize the technique. The adsorbents produced have been controlled for their ash content, iodine absorption capacity, phenol adsorption capacity and activated surface &rea. Production costs of activated carbon obtained have been plotted with respect to the granule sizes to determine the optimum 9ize. The exhausted activated carbon has been regene rated and activated carbon treatment costs have been calculated accordingly. The activated oarbon obtained in the laboratory model has been investigated for its applicability in wastewater treat ment. This has been achieved by studying the adsorption types, adsorption isotherms, relation between surface tension and adsorption, and design criteria for fixed bed activated carbon adsorbents. Adsorption reactions for various substances like anionic surface active agents, phenol, chromium (III), methylene blue active substances have been verified. The extend of chromium (III) complexation as a function of solution pH have been analysed and the results have been shown graphically. XXIIAdsorption experiments are also conducted with industrial secondary effluents and pollutant removal costs are calcula ted with respect to removal efficiencies. Thus, the economi cal aspects of activated carbon production has been evaluated, In order to compare the produced activated carbon and the commercially available ones; the studies that have been performed with the laboratory produced activated carbon have also been conducted with Merck (powder, 0.55-0.85 mm and 0.85-1. SO mm), industrial A type ( 0. 85-2. 40mm) and industrial B type (0.85-1.70 mm) activated carbon samples. The study has revealed that the activated carbon produced was effective in removing toxic organic and inorganic pollutants that inhibit the biological processes or that cannot be removed otherwise. Also AC produced has been found to be about 20 times more economical than the imported ones. XXIII