tc selçuk üniversitesi fen bilimleri enstitüsü kok fabrikası atıksularının ileri oksidasyon yöntemleri ile a

58 Pages·2010·0.57 MB·Turkish

T.C.
SELÇUK ÜNĐVERSĐTESĐ
FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ

KOK FABRĐKASI ATIKSULARININ ĐLERĐ
OKSĐDASYON YÖNTEMLERĐ ĐLE
ARITILMASI

Nazan ŞĐRĐN

YÜKSEK LĐSANS TEZĐ

Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı

Ekim–2010
KONYA
Her Hakkı Saklıdır

ÖZET

YÜKSEK LĐSANS TEZĐ

KOK FABRĐKASI ATIKSULARININ
ĐLERĐ OKSĐDASYON YÖNTEMLERĐ ĐLE ARITILMASI

Nazan ŞĐRĐN

Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü
Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı

Danışman: Yrd. Doç. Dr. Dünyamın GÜÇLÜ

2010, 59 Sayfa

Jüri
Yrd. Doç. Dr. Dünyamın GÜÇLÜ
Doç. Dr. M. Faik SEVĐMLĐ
Yrd. Doç. Dr. Mustafa ONÜÇYILDIZ

Kok fabrikası atıksuları alıcı ortama deşarj edilmeden önce yüksek konsantrasyonlarda ve toksik
bileşikler içermektir. Su kalitesi genellikle, klasik biyolojik arıtma proseslerinden sonra deşarj limitlerini
sağlayamamaktadır. Bu çalışmada, kok atıksularının ileri arıtımı için fenton prosesi ile kok atıksularının
arıtılabilirliği incelenmiştir. Deney sonuçları, atıksuyun kendi pH’sı olan 7.8 ve 60 dk sürede klasik
fenton prosesi ile %86 KOĐ ve %99.5 fenol giderimi sağlandığını göstermiştir. Tüm deneylerde atıksuyun
kendi pH’ı kullanılmış, pH ayarlaması yapılmamıştır. Uygun çalışma koşulu 300 mg/L Fe+2 ve 4000
mg/L H O olarak belirlenmiştir. pH’daki ani düşüş, reaksiyon süresi ve maliyeti ileri arıtım için klasik
2 2
fenton prosesini daha avantajlı ve uygun kılmaktadır.

Anahtar Kelimeler: Đleri Oksidasyon, Kok Atıksuyu, Fenton Oksidasyon, KOĐ, Fenol

iv
ABSTRACT

MS THESIS

TREATMENT OF COOKĐNG INDUSTRY WASTEWATER USING
ADVANCED OXIDATION PROCESSES

Nazan ŞĐRĐN

THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE OF
SELÇUK UNIVERSITY
THE DEGREE OF MASTER OF SCIENCE
IN ENVIRONMENTAL ENGINEERING

Advisor: Asst. Prof. Dünyamin Güçlü

2010, 59 Pages

Jury
Asst. Prof. Dünyamin Güçlü
Assoc. Prof. M. Faik Sevimli
Asst. Prof. Mustafa Onucyıldız

Coking wastewater contains high concentration of refractory and toxic compounds to be treated
before being discharged into the environment. The water quality usually cannot meet the discharge limits
after conventional biological treatment processes. This paper initially investigated the treatability of a
coking wastewater with fenton for advanced treatment of coking wastewater. Based on the experimental
results, up to 86 % COD and 99,5 % phenol removals were achieved by the conventional fenton process
at original pH 7,8 within 60 min. In all trials, pH adjustment was not performed. The optimal operation
condition was addition of 300 mg/L of Fe+2 and 4000 and of H O , respectively. The sudden drop of
2 2
original pH, reaction time and cost make conventional fenton process more feasible and advantageous for
advanced treatment.

Keywords: Advanced oxidation; coking wastewater; fenton’s oxidation; chemical oxygen
demand (COD); phenol.

v
ÖNSÖZ

Bu çalışmada öncelikle bana üstün tecrübe ve bilgisiyle ışık tutan çalışmalarım
sırasında bilgi ve hoşgörüsü ile yanımda olan, benden her konuda desteğini esirgemeyen
danışmanım Yrd. Doç. Dünyamin GÜÇLÜ’ ye saygılarımı sunarım.
Laboratuar ve literatür çalışmaları sırasında bana her konuda yardımcı olan ve
destek veren Doç. Dr. Mehmet Faik Sevimli ve Arş. Grv. Serkan ŞAHĐNKAYA’ ya ve
özellikle çalışmalarını yaptığım atıksu numunesinin temini konusunda Karabük Demir
Çelik Đşletmesi (KARDEMĐR) yönetici ve personeline teşekkürü bir borç bilirim;
Ayrıca bütün hayatım boyunca maddi ve manevi desteklerini, sevgilerini ve
ilgilerini benden hiç esirgemeyen; bütün öğrenim hayatım boyunca özellikle yüksek
lisans eğitimimde tez yazımım sırasında desteklerini daima hissettiğim sevgili aileme ve
arkadaşlarıma özellikle çok teşekkür ediyorum, iyi ki varsınız.

Nazan ŞĐRĐN
KONYA–2010

vi
ĐÇĐNDEKĐLER

ÖZET..............................................................................................................................iv
ABSTRACT.....................................................................................................................v
ÖNSÖZ...........................................................................................................................vi
ĐÇĐNDEKĐLER.............................................................................................................vii
SĐMGELER VE KISALTMALAR..............................................................................ix
1. GĐRĐŞ...........................................................................................................................1
2. KAYNAK ARAŞTIRMASI.......................................................................................3
2.1. Kok Kömürü Endüstrisinin Tanımı.......................................................................3
2.2. Kömür Çeşitleri ve Kok Kömürü...........................................................................3
2.3. Koklaştırma Prosesi...............................................................................................5
2.4. Kok Fabrikaları Atıksuları.....................................................................................5
2.5. Kok Üretimi Atık Karakteristikleri........................................................................6
2.5.1. Gaz atıklar.......................................................................................................6
2.5.2. Sıvı atıklar.......................................................................................................6
2.5.3. Katı atıklar......................................................................................................7
2.6. Koklaştırma Tesislerinin Atıksularının Arıtımında Uygulanan Yöntemler..........7
2.7. Fenton Oksidasyonu Đle Arıtım Yönteminin Genel Esasları...............................13
2.7.1. Fenton prosesinde oluşan kimyasal reaksiyonlar..........................................14
2.7.2. Koagülasyon reaksiyonları...........................................................................15
2.8. Fenton Prosesine Etki Eden Faktörler.................................................................16
2.8.1. pH etkisi........................................................................................................16
2.8.2. Sıcaklık etkisi................................................................................................16
2.8.3. Demir sülfat miktarının etkisi.......................................................................16
2.8.4. Hidrojen peroksit miktarının etkisi...............................................................17
2.8.5. Demir iyonu türünün etkisi...........................................................................18
2.9. Fenton Oksidasyonunun Modifikasyonları.........................................................18
2.9.1. Foto - fenton prosesi.....................................................................................18
2.9.2. Elektro-fenton prosesi...................................................................................19
2.10. Fenton ile Oksidasyon Đleri Arıtım Yönteminin Avantaj ve Dezavantajları....19
2.11. Fenton Oksidasyonu ile KOĐ Giderimi Uygulama Örnekleri............................19
2.12. Fenol ve Yapısı..................................................................................................21
3. MATERYAL VE METOT.......................................................................................23
3.1. Atıksu ve Özellikleri............................................................................................23
3.2. Fenton Oksidasyon Uygulaması..........................................................................26
3.3. Analitik Metotlar..................................................................................................27
4. ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA......................................................28
4.1. Fenton Prosesi Đçin Uygun pH Seçimi.................................................................28
vii
4.2. Fenton Prosesi Đçin Uygun FeSO4 Miktarının Belirlenmesi...............................31
4.3. Fenton Prosesi Đçin Uygun H O Miktarının Belirlenmesi..................................35
2 2
4.4. Kinetik Çalışmalar...............................................................................................38
5. SONUÇLAR VE ÖNERĐLER.................................................................................41
ÖZGEÇMĐŞ..................................................................................................................47

viii
SĐMGELER VE KISALTMALAR

Simgeler

BOĐ : Biyolojik Oksijen Đhtiyacı
5
°C : Santigrat derece
cm : Santimetre
DAS : Demir amonyum sülfat
dk : Dakika
EF : Elektro fenton
Fe+2 : Demir +2 değerlikli
Fe+3 : Demir +3 değerlikli

FeSO : Demir sülfat
4
FSR : Fenton çamuru yeniden işleme
H SO : Sülfürikasit
2 4
H O : Hidrojen peroksit
2 2
K Cr : Potasyum dikromat
2 2
KOĐ : Kimyasal Oksijen Đhtiyacı
MnO : Manganat
4
NaCl : Sodyum Klorür
NaOH : Sodyum Hidroksit
TKM : Toplam katı madde
PM : Patikül madde
VOC : Uçucu organik bileşikler
PAH : Polinükleer aromatik hidrokarbonlar
TEP : Ton petrol eşdeğeri
WHO : Dünya Sağlık Teşkilatı
SKKY : Su Kirliliği Kontrolü ve Yönetmeliği

ix
ŞEKĐLLER LĐSTESĐ

Şekil 2.1 Kömür çeşitleri ve kaynak durumları………………………………………….4
Şekil 2.2 Taşkömürünün sektörler bazında kullanımı………………………….………..4
Şekil 2.3 Kömürden kimyasal madde üretim, yöntemleri.......................................…......5
Şekil 2.4 Fenton prosesinin uygulaması…………….………………..…………….......15
Şekil 2.5 Fenol halkası..............................................................………………...……....22
Şekil 3.1 Koklaştırma fabrikaları Đş Akım Şeması…………………………………......24
Şekil 3.2 Kardemir kok fabrikası arıtma tesisi proses akım şeması…………………....25
Şekil 3.3 Deneysel çalışmalarda kullanılan jar test düzeneği…………………………..26
Şekil 4.1 KOĐ, Fenol ve UV parametrelerine ait C/C değerleri………………….....30
254 o
Şekil 4.2 KOĐ, Fenol ve UV parametrelerine ait giderim verimleri…………………30
254
Şekil 4.3 Zamana bağlı pH ’daki değişim……………………………………………...31
Şekil 4.4 Fe+2 miktarına bağlı olarak kalan KOĐ ve fenol konsantrasyonları……..…..33
Şekil 4.5 Dozlanan Fe+2 miktarına bağlı olarak C/Co değeri……………………….…33
Şekil 4.6 Dozlanan Fe+2 miktarına göre KOĐ ve fenol giderim verimleri ………….….34
Şekil 4.7 Dozlanan H O miktarına göre KOĐ ve fenol giderim verimleri…………......36
2 2
Şekil 4.8 Dozlanan H O miktarına göre KOĐ, fenol, C/Co değerleri ……………..…..36
2 2
Şekil 4.9 Dozlanan H O miktarına göre kalan KOĐ ve fenol konsantrasyonları…..…..37
2 2
Şekil 4.10. KOĐ ve Fenol için oksidasyon zamanı ve t/(1−C/C ) arasındaki ilişki …....39
0
Şekil 4.11. KOĐ ve Fenol için deneysel ve model verilerinin gösterimi…………...…..40

x