Tekstil endüstrisi atıksularının fotokatalitik membran distilasyon hibrit prosesi ile arıtımının incelenmesi

Abstract

Bu tezde fotokatalitik oksidasyon ve membran distilasyonu hibrit prosesinin tekstil endüstrisinde yaygın olarak kullanılan boyar madde (Acid Orange 07, Acid Red 88, Reactive Red 180 ve Reactive Orange 16) çözeltileri için arıtım uygulaması incelenmiştir. Fotokatalitik oksidasyonda katalizör türleri olarak iki tür yarı iletken (ZnO ve TiO2) ve bunların karışımı ve iki farklı tür dalga boyunda ışıma yapan UVA ve UVC lambalar kullanılmıştır. UVC ışınlarının enerji yükünün daha fazla olmasına rağmen, UVA ışınlarının dört boya çözeltisi için reaksiyonun başlangıç aşamalarında daha etkili olduğu gözlenmiştir. UVA ışınlarının güneş enerjisi spektrumunda yer alması nedeniyle UVA ışınımı yapan lambalar sonraki aşamalarda kullanılmıştır. İki katalizörün verimleri kıyaslandığında, ZnO için dört boya türünde de oksidasyonun başlangıç aşamasında daha iyi verim gözlenmiştir. Optimum katalizör konsantrasyonu 1.0 g/L olarak alınmıştır. Membran distilasyon aşamasında her iki prosesin hibrit tasarımı gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada 1 saat fotokatalitik oksidasyon prosesi çalıştırılmış ve sonra membran distilasyon ünitesi de devreye sokularak farklı sıcaklıklarda ve çeşitli debilerde üniteden oksidasyona tabi olmuş çözelti geçirilmiştir. Çeşitli gözenek çaplarındaki (0.45 ve 0.22 µm) 3 farklı tür (PP, PTFE, PVDF) membran, fotokatalitik membran distilasyon reaktörde 100mg/L RR-180 boya çözeltisi ile 1g/L ZnO katalizörü ve UVA ışınımı yapan lambalarla birlikte denenmiştir. Çözeltinin geçirildiği tarafta sıcaklığın artması ve distilatın toplandığı tarafta ise düşürülmesi durumunda distilasyon ünitesindeki verimin arttığı gözlenmiştir. Distilasyon ünitesinden geçirilen çözeltinin debisinin artışı verime olumlu yansımıştır. Polypropylene 0.45 µm membranda distilat miktarı yüksek olmasına rağmen, KOİ giderim veriminin PTFE 0.45 µm membranda daha yüksek olduğu gözlenmiştir.

In this project, the degradation of azo dye solutions (Acid Orange 7, Acid Red 88, Reactive Red 180 and Reactive Orange 16) of textile industry wastewaters was investigated for using innovative hybrid process of photocatalytic and membrane distillation processes. Photocatalytic oxidation was conducted with semiconductor catalysts (ZnO ve TiO2) and their mixture under UVA and UVC irradiation. Although UVC irradiation has higher energy value than UVA, more effective results were obtained under UVA at the initial stages of the reactions for four dye solutions. Since UVA irradiation is present under the spectrum of solar energy and for energy efficiency, UVA lamps were selected for the hybrid distillation process. ZnO and TiO2 catalysts have given similar efficient results, but results with ZnO were better at initial stages. Optimum catalyst concentration was selected 1g/L. For the next stage, hybrid design of membrane distillation and photocatalytic processes was performed sequentially. Initially the photocatalytic process was conducted for at least one hour at initial values of 100mg/L Reactive Red 180 dye solutions and 1g/L ZnO catalyst loading under UVA irradiation and then treated solution was run through the distillation module at different temperature and flow rates. Three types of membranes (PP, PTFE, PVDF) with different pore sizes (0.45 ve 0.22µm) was used in the module. Increasing temperature on the side of treated solution and decreasing the temperature on the other side has increased the degradation efficiency. Increasing treated solution flow rate through distillation unit has also increased distillate efficiency. Although the distillate amount was higher in the Polypropylene (0.45 µm) membrane, PTFE (0.45 µm) membrane type has given higher COD efficiency.