Ultrafiltrasyon ve nanofiltrasyon membranları ile boyar madde giderimi

Abstract

Bu çalışma kapsamında yüksek sıcaklık ve alkali koşullarda boyama yapılan pamuklu tekstil endüstrisi sularının arıtımı için fotokatalitik ön arıtma ile birlikte ultrafiltrasyon ve nanofiltrasyon membranları ile konfigürasyonlar denenmiştir. Bu denemelerde hem sentetik boya çözeltisi hem de ham tekstil atıksuyu kullanılmıştır. Ardından yine gerçek atıksuda yüksek akı, yüksek boyar madde ve divalent tuz giderimi sağlayacak NF membranları test edilmiştir. Bu amaç doğrultusunda laboratuvar ortamında ultrafiltrasyon ve nanofiltrasyon membranları üretilmiştir. NF membranlarının üretilmesinde en çok tercih edilen yöntemlerden birisi poliamid olarak ince film kaplamanın uygulanmasıdır. Poliamid tabaka ara yüzey polimerizasyonu prosesi kullanılarak oluşturulmaktadır. Bu yöntemde basit olarak amin grubu bir monomer ile organik asit reaksiyona sokularak ara yüzey polimerizasyonu gerçekleşir. Bu işlemin bir diğer adı da ince film kompozit (TFC) yöntemidir. Nanomalzemelerin TFC yönteminde aktif tabakada kullanılması literatürde ince film nanokompozit (thin film nanocomposite-TFN) olarak adlandırılmaktadır. Bu dönemde TFN ile NF membran üretiminde 5 μm boyutundaki HNT'ler kullanılmıştır. Büyük boyuttaki HNT'lerin destek tabakasında yarattığı bazı problemler nedeniyle TFN'de daha düşük boyuttaki HNT'ler tercih edilmiştir. TFN'deki amaç nanomalzeme ilavesiyle poliamid tabakanın boya giderim verimlerini ve akıyı arttırmaktır. Parmaksı yapıda üretilen UF ön artıma membranlarından en iyi performansı gösteren %0,625 HNT içeren %16 PSf polimerin NMP'de çözülerek elde edilen membrandır. Bunun yanında %60 S-DADPS- %40 PİP monomerleri karıştırılarak elde edilen TFC-NF membranı ve %0,04 HNT içeren TFN-NF membranı en iyi performasnları göstereren membranlar olarak ele alınmıştır. Dolayısıyla bu membranlar ile konfigürasyon çalışmaları yapılmıştır. Kendi içlerinde değerlendirmenin daha anlaşılır olması amacıyla da UF membranlardan saf PSf ile üretilen membran ve NF membranlardan saf TFC yöntemi ile üretilen membranlar da bu konfigürasyonlarda yer almıştır. Fotokatalitik reaktör + UF; fotokatailik reaktör + NF konfigürasyonları denenmiştir. Deneme önce 100 ppm reaktif orange boyası ile yapılmıştır. Sonra tekstil fabrikasından gelen dipsers ve empirme prosesinden çıkan atıksu ile yapılmıştır. Proje kapsmaında üretilen TFC ve TFN membranlardan en iyi performans gösteren %80 S-DADPS TFC, %0,02 HNT TFN, Cyclo %0,04 HNT TFN ve %80 S-DADPS %0,01 HNT TFN membranlarının karakterizasyon ve performans değerleri verilmiştir. Ayrıca tekstil fabrikasından gelen empirme atıksuyu ve fotokatalitik reaktör çıkış suyu ile 9 barda filtrasyon yapılmıştır. KOİ giderim verimi, TOK giderim verimi, boyar madde giderim verimi, iletkenlik giderim verimi ve tuz giderim verimi değerleri grafiklerle ifade edilmiştir. S-DADPS, PİP'den daha gevşek bir yapıya sahiptir ve su akışını daha fazla desteklemektedir. Sonuçlar da incelendiğinde aktif tabakadaki S-DADPS oranı arttıkça beklenildiği üzere akı performansı artmıştır. Ancak en iyi akı performansı saf TFC'nin akısından 6 kat daha fazla olan mor bar grafiği ile gösterilmiş %60S-DADPS-%40PİP ile elde edilen membrandır. HNT'nin eklenmesi genel olarak akı performansını arttırmıştır ancak. %0.06 HNT oranında tekrar akıda düşme gözlenmiştir. Bu da oluşan aglomerasyonu göstermektedir. Yüksek oranlarda iyi dağıtılamayan HNT membranda tıkanmaya neden olmuştur. En iyi akı performansı da %0,04 HNT oranında elde edilmiştir. Bu değer saf TFC'nin 2.5-3 katı kadar olmaktadır. Bu çalışmada %0,04 HNT oranı içeren NF membranı optimum değer olarak kabul ediliştir. HNT katkısının akıyı arttırmasının yanında giderim verimini de önemli ölçüde değiştirmediği görülmüştür. Farklı barlarda %1 oranında akıyı ya arttırmış ya da düşürmüştür. Bunun da deneysel sapmalar olduğu düşünülürse verimi değiştirmediği de söylenebilir. Konfigürasyonlarda fotokatalitik reaktörde reaktif orange boyanın tamamı arıtılmış olup NF membrana bir arıtma yükü kalmamıştır. Bu konfigürasyonda deneyler iki set halinde yapılmıştır. İlk sette NF membrandan beklenile performans alınamadığı için membran yüzeyinde hasarlar oluştuğu düşünülmektedir. Bu yüzden literatürde bu hasarları kapatmak için kullanılan polivinil alkol (PVA) çözeltisi kullanılmıştır. 2000ppm olarak hazırlanan her bir PVA 9 barda 1 saat her bir NF membranından filtre edilmiştir. NF membranlar bu filtrasyondan sonra tekrar UF çıkışında kullanılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde UF membranın giderim verimine neredeyse hiç katkısının olmadığı görülmektedir.