TR201601014A2 - Endüstri̇yel atiksular ve membran konsantreleri̇ i̇çi̇n hi̇bri̇t aritma yöntemi̇ ve bu yönteme uygun olarak çalişan bi̇r hi̇bri̇t reaktör - Google Patents

Abstract

Buluş, atık suların ve membran konsantrelerinin arıtılması için ileri oksidasyon prosesi ile desteklenmiş batık membran filtrasyonunun aynı reaktörde (4) gerçekleştirilmesine yönelik bir yöntem ve bu yönteme uygun olarak hem ileri oksidasyon prosesi hem de membran filtrasyonunu mümkün kılan bir reaktör (4) ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME ENDÜSTRIYEL ATIKSULAR VE MEMBRAN KONSANTRELERI IÇIN HIBRIT ARITMA YÖNTEMI VE BU YÖNTEME UYGUN OLARAK ÇALISAN BIR HIBRIT REAKTÖR Teknik Alan Bu bulus, endüstriyel atik sular ve membran konsantreleri için hibrit aritma yöntemi ve bu yönteme uygun olarak çalisan bir hibrit reaktör ile ilgilidir.

Bulus, daha özel olarak atik sularin ve membran konsantrelerinin aritilmasi için ileri oksidasyon prosesi ile desteklenmis batik membran filtrasyonunun ayni reaktörde gerçeklestirilmesine yönelik bir yöntem ve bu yönteme uygun olarak hem ileri oksidasyon prosesi hem de membran filtrasyonunu mümkün kilan bir reaktör ile ilgilidir. Önceki Teknik Biyolojik aritmaya dirençli ve/veya kompleks organik maddeler içeren endüstriyel atiksularin aritiminda en iyi teknolojilerin basinda ileri oksidasyon prosesi (IOP) ve basta basinç sürücülü olmak üzere membran prosesler (MP) gelmektedir. IOP, atiksudaki organik karbonu parçalamak için foto isinlama, katalizör ilavesi, termal giris ve ultrases nüfuzu gibi sartlar altinda H202ve ozon gibi güçlü oksidanlarin varliginda gerçeklestirilen bir kimyasal aritma prosesidir. Proseste etkin organik giderim performansi elde edilmesi avantajina ragmen, yüksek enerji ve/veya kimyasal madde tüketimi ve olusan çamurun ilave bertaraf gereksinimi IOP,lerin teknolojik uygulamalarinin yayginlasmasinin önünde baslica engeller olarak yer almaktadir.

MP ile endüstriyel atiksu aritma uygulamalarinda, bilgi birikiinlerinin çoklugu sebebiyle basinç sürücülü membran prosesler çogunlukla tercih ediliyor olmakla birlikte; genelde bir membran prosesin tek adimda uygulandigi isletimler gerçeklestirilmekte, ancak bu durumda arzu edilir kalitede çikis suyu elde edilmesi bakimindan mutlak bir basariya ulasilmamaktadir. Bununla birlikte MP7in entegre aritma uygulamalarinda, her bir adimdaki membran proseste azami membran sistem bütününde giris atiksu debisinin yaklasik %27-50”sine (iki adimda uygulamali bir sistemde ise yaygin olarak % 19-36,sina) varabilen yüksek oranlarda konsantre akim olusumu söz konusu olmaktadir.

Membran konsantreleri, suyun/atiksuyun membrandan geçirilmesi suretiyle ortaya çikan, daha yogun içerikleri sebebiyle çogu zaman yeniden kullanimlari pek müinkün olmayan ve daha fazla aritima ihtiyaç gösteren sular/atiksulardir. Basinç sürücülü membran proseslerin (mikrofiltrasyon (MF), ultrafiltrasyon (UF), nanofiltrasyon (NF), ters osmoz (TO)) ardisik seri proses kombinasyonlariyla bütünlesik bir membran aritma sisteminde bir arada kullanilmalari, aritilmis su çikis hattinda rölatif olarak düsük su geri kazanim oraniyla tüm sistemin isletilmesine sebep olmaktadir. Bu da, bir yandan bertaraf zorunlulugu olan, diger yandan da yüksek hacim ve kirletici içerikleri sebebiyle bertaraf edilmeleri zor olan membran konsantreleri olusumuna neden olmaktadir. Membran proseslerle çesitli endüstriyel atiksularin su ve ürün kazanimi odakli saha ölçekte aritimlarinda, bertaraf edilmeleri zor olan konsantre akimlarla sikça karsilasilmaktadir. Membran kirlenmesi olaylari ile beraber, konsantre atiklarin yönetim süreçlerinde yasanan zorluklar, bütünlesik membran uygulamalarinin yayginlasmasinin önünde en temel tekno-ekonomik kisitlayici faktörler olarak durmaktadir. Nitekim tekstil endüstrisi basta olmak üzere yogun su tüketen endüstrilere ait atiksularin membran prosesler kullanilarak aritilmasinda açiga çikan ve genellikle tehlikeli atik sinifina giren bu konsantreler için sifir sivi desarji yaklasiminca insinerasyonla yakma seçeneginde, 30-150 $/m3konsantre degerlerini bulan yüksek bertaraf maliyetleri ile karsilasilmaktadir.

Teknigin bilinen durumunda yer alan CN103663849 sayili Çin patent dokümaninda kâgit üretiminde olusan atik sularin geri kazaniminda kullanilan ve oksidasyon prosesi ile membran prosesinin birlestirildigi bir filtrasyon yönteminden bahsedilmektedir.

Teknigin bilinen durumunda yer alan DE19806768 sayili Alman Patent dokümaninda, oksidasyon prosesi için bir reaktörün oldugu ve membran prosesten çikan atik sularin oksidasyon prosesi için reaktöre aktarildigi bir sistemden bahsedilmektedir.

Teknigin bilinen durumunda yer alan CN103723878 sayili Çin Patent dokümaninda, atik sularin filtrasyonu için filtreleme prosesi ile oksidasyon prosesinin art arda uygulandigi bir yöntemden bahsedilmektedir.

Ancak bahsedilen tüm bu patent dokümanlarinda izah edilen yöntemler yukarida detayli olarak açiklanan problemlerin çözümünde yetersiz kalmaktadirlar.

Bulusun Amaçlari ve Kisa Açiklamasi Bu bulusun amaci, hem ileri oksidasyon prosesi hem de membran prosesi ayni reaktörde gerçeklestirebilen bir yöntemin ve bu yönteme uygun olarak çalisan bir reaktörün gerçeklestirilmesidir.

Bulusa konu olan IOP/batik MP hibrit atiksu aritma prosesiyle, IOP prosesinin kimyasal oksidasyon reaksiyonlari performansinda düsüs olmaksizin batik membran proses ile bir arada daha etkin isletilebildigi bir yöntem gerçeklestirilmis olmaktadir. Ayrica IOPSta olusan çamurun batik membran prosesle reaktör içerisinde minimum kayipla kontrol altinda tutulmasi da saglanmaktadir.

IOP/batik MP dahilinde sinerjik aritma performansi artisi ile oksidan ve/veya kimyasal madde sarfiyatlarinin azaltilmasi sayesinde; endüstriyel atiksular için daha basarili atiksu aritima performanslarinin elde edildigi, endüstriyel membran konsantreleri için ise konsantre atik yükü minimizasyonuyla membran esasli endüstriyel atiksu aritma tesisi isletme maliyetlerinin azaltildigi tesis isletimleri saglanabilmektedir.

Bulusa konu IOP/batik MP hibrit atiksu aritma prosesi, hedef endüstriyel atiksulara ve endüstriyel membran konsantrelerine tek adimda uygulanmaktadir.

Söz konusu yenilikçi aritina prosesi ile; bir yandan hibrit IOP reaktöründe gerçeklestirilen kimyasal oksidasyon reaksiyonlariyla (oksidasyon, katalitik oksidasyon, foto-oksidasyon veya foto-katalitik oksidasyon) atiksudaki organik maddelerin aritimi saglanarak, diger yandan batik membranin yüzeyindeki kirlenmis tabaka üzerinde eszamanli gerçeklesen kimyasal reaksiyonlar araciligiyla da batik MP,nin daha düsük kirlenme etkisi altinda ve daha yüksek su akisi ile isletimi saglanmaktadir. Ayrica hibrit IOP reaktörde batik membran uygulamasiyla, reaktör içerisinde gerçeklesen kimyasal oksidasyon reaksiyonlari sirasinda açiga çikan çamurun reaktörden ayrilmasi için ilave çöktürme islemine gerek olmaksizin toplam atiksu aritma süresi kisaltilmakta, her iki prosesin tek reaktörde hibrit uygulanmasi sayesinde reaktör için gerekli kurulum alani azaltilarak isletim kolaylastirilmakta ve bu sayede endüstriyel atiksu aritimindaki proses yatirim maliyetleri düsürülmektedir. IOP reaktörü disinda MP uygulamasina göre, reaktör içerisindeki batik MPsde, membranda daha düsük kirlenme etkisiyle daha yüksek su akisi eldeli isletim saglanabildigi için de, IOP sonrasi MP”de gerekli membran alani ihtiyaci hibrit proses isletimiyle azaltilarak, MPSnin yatirim maliyetlerinin azaltilmasi saglanmaktadir. Iki sistemin bir arada kullanilmasi, sinerjik olarak organik madde giderimini arttirdigi için, IOP reaktörde kimyasal madde/oksidan sarfiyatlarinin azaltilmasina imkân saglanarak, tüm hibrit sistemin isletme maliyetleri de azaltilmaktadir. Bunlarin yani sira, endüstriyel membran konsantrelerinin hibrit prosesle azaltilan konsantre yükleri sayesinde azaltilan membran konsantreleri nihai bertaraf` maliyetlerine dayali olarak, endüstriyel atiksularin membran proseslerle aritildigi atiksu aritma tesislerin isletme maliyetlerinde de azalma saglanabilmektedir.

Bulusun Ayrintili Açiklamasi Bu bulusun amaçlarina ulasmak için gerçeklestirilen yöntem ekli sekilde gösterilmistir.

Bu sekil; Sekil-IBulus konusu ileri oksidasyon/batik membran (IOP/batik MP) endüstriyel atiksu ve membran konsantreleri hibrit aritina yönteminin sematik görünüsüdür.

Sekilde yer alan parçalar tek tek numaralandirilmis olup, bu numaralarin karsiliklari asagida verilmistir.

Besleme hatti Kati madde filtresi Reaktör atik su giris akimi Reaktör Batik membran Membran proses süzüntü akimi Su çekis pompasi Aritilmis su çikis hatti Reaktör su seviyesi kontrol ünitesi . Kontrol ünitesi ile su giris akimi arasindaki baglanti ekipmani . Kontrol ünitesi ile reaktör arasindaki baglanti ekipmani . Dozlama ünitesi . Oksidan dozlama hatti . Katalizör dozlama hatti . Akim kirici ve/veya karisim saglayici perdeler . Elektrik güç ünitesi . Elektrik güç ünitesinden UV isik lambalarina elektrik akimi besleme hatti . UV isik lambalari 19. Difüzörler . Dilüzörlere hava/oksijen besleme hatti 21. Dilüzörlere hava/ oksijen besleme pompasi 22. Konsantre çikis hatti 23. Gaz tahliye bacasi Genel isletim hatlari Sekilde gösterilen yenilikçi IOP/batik MP hibrit aritma prosesi, endüstriyel atiksularin ve/Veya membran konsantrelerinin aritimini saglamaktadir. Sistemin isletiminde ham endüstriyel atiksu ve/veya membran konsantreleri ilk olarak, besleme hatti (1) üzerinden, atiksuda askida kati maddeler var ise bu maddeleri gidermek için tercihen bir askida kati madde filtresinden (2) geçirilerek, reaktör atik su giris akimi (3) vasitasiyla hibrit IOP/batik MP reaktörüne (4) beslenir. Hibrit IOP reaktörü (4), içerisinde suya batik halde olan ve MF, UF ve/veya MD membran prosesinigerçeklestiren batik membran (5) içermektedir. Reaktör (4) içerisinde oksidasyon reaksiyonlariyla aritilan atik su, batik membranin (5) ilave aritim performansiyla birlikte Sinerjik bir aritma etkinligine tabi tutulur. Aritilmis çikis suyu vakum ve/veya su çekis pompasi (7) araciligiyla batik membran prosesin süzüntü akimi (6)üzerinden çekilerek, aritilinis su çikis hatti (8) vasitasiyla aritma sistemi disina alinir. Desarj suyu kriterlerini saglama noktasinda gerektiginde, aritilmis çikis suyunda pH ayarlainasi yapilabilir. Hibrit reaktöre (4) atiksu besleme ve batik MP`den aritilmis su çikisi akimlarinin esgüdümlü isletimi, su seviyesi kontrol ünitesi (9) ile saglanir. Giris-çikis akimlari arasinda akis kontrol sürekliligi, su seviyesi kontrol ünitesinden (9) reaktör atiksu giris akimina (3) ve reaktörün (4) içerisine ayri ayri yerine getirilir. Hibrit reaktör, IOP°ta oksidasyon reaksiyonlarinin gerçeklestirilmesi için oksidan ve/veya katalizör beslemelerinin yapildigi dozlama ünitesi (12) ile donatilmistir. Hibrit reaktöre (4), dozlama ünitesinden (12) kimyasal maddelerin beslenmesi, oksidan dozlama hatti (13) ve katalizör dozlama hatti (14) üzerinden ayri ayri kontrol ünitesi ile su giris akimi arasindaki baglanti ekipmani (`10) ve kontrol ünitesi ile reaktör arasindaki baglanti ekipmani (1 `1) ile yerine getirilir. Reaktörde (4) aritim islemleri sirasinda tam karisimin saglanmasi için reaktörün (4) içerisine, farkli açilarda/sekillerde akim kirici ve/Veya karisim saglayici perdeler (15) yerlestirmistir. Atiksuyun tam karisimini saglamak için, gerektiginde disaridan tahrikli bir karistirici da, reaktör (4) bütünlügü içerisine dâhil edilebilir. Oksidasyon reaksiyonlarin isik altinda foto-destekli olarak gerçeklestirilmesi durumunda, her ne kadar temsili sekilde reaktör (4) içerisinde gösterilmis ise de reaktör (4),disarisindanveya hem içeriden hem disaridan UV isik lambalari (18) ile teçhiz edilir. UV isik lambalarina (18) elektrik beslemesi, elektrik güç ünitesinden UV isik lambalarina elektrik akimi besleme hatti (17) üzerinden elektrik güç ünitesi (16) ile gerçeklestirilir. Reaktörün (4) tabanina, reaktör (4) içerisinde atiksuyun tam karisimini saglamak, oksidasyon islemi için ortama oksijen kazandirmak ve özellikle batik membran (5) yüzeyindeki kirlenme etkisini azaltarak batik membran (5) yüzeyindeki oksidasyon reaksiyonlarini hizlandirmak için difüzörler (19) yerlestirilir. Difüzörlere (19) hava ya da oksijen beslemesi, difüzörlere hava/oksijen besleme pompasi (21) kullanilarak, difüzörlere hava/oksijen besleme hatti (20) üzerinden yerine getirilir. Oksidasyon islemleri neticesinde olusan kararli son ürün gazlarinin reaktörden (4) tahliyesi, gaz tahliye bacasi (23) araciligiyla saglanir. Hibrit reaktörde (4) aritilan endüstriyel atiksular ve/veya membran konsantreleri; aritilmis çikis suyunda arzu edilen su kalitesinin saglanamadigi isletimlere ulasilacak olursa, hibrit reaktör içerisinde kalan atiksu konsantresi, konsantre çikis hatti (22) üzerinden dogrudan reaktör (4) disina alinarak; yakma, düzenli depolama veya merkezi endüstriyel atiksu aritma tesisine verme gibi bertaraf islemlerinin uygulandigi nihai atik Bulusa konu IOP/batik MP, IOP”un batik mikrofiltrasyon (MF), ultraIiltrasyon (UF) ve/veya membran distilasyon (MD) prosesiyle bir arada kullanildigi hibrit endüstriyel atiksu aritma prosesidir. IOP”ta temel isletim prensibi, suda serbest hidroksil radikalleri olusturarak aritmaya dirençli organikleri okside etmek, bu sayede organik kirleticileri kararli son ürünlere (C02, Nz vd.) dönüstürerek su ortamindan uzaklastirmaktir. Hibrit IOP reaktörü (4) öncesinde hedef atiksudaki kati maddeler, eger oksidasyon proseste kimyasal ve/veya oksidan madde sarfiyatini etkilemekte ise, atiksu kati madde filtresinden (2) geçirilerek, ham atiksu askida kati maddelerden arindirilmaktadir. Bu sayede IOP”un daha etkin oksidasyon performansinda ve batik membranin daha düsük askida katilarla kirlenme etkisi altinda çalistirilmasi temin edilebilmektedir. IOP, yüksek enerji kaynagi olan ultraviyole (UV) radyasyonu ile birlikte kuvvetli okside edici ajanlar (H202, 03, Fe“, Vd.) ve mikro- ya da nano-parçacik katalizörler (Fe, Mn, Cu, TiOz, Vd.) de ihtiva edebilir. Prosesin isletimi; homojen (UV, HZOZ, 03, O3/H202, O3/H202/UV, vd.) ve katalizör esliginde heterojen (Fenton (Fe2+/H202), Fenton benzeri, foto-Fenton (Fe2+/H202/UV ve Fe3+/H202/UV), vd.) isletimlerin, hedef atiksuda istenen aritma performansini saglayanlardan biriyle gerçeklestirilir.

Hibrit IOP reaktörü (4), atiksu debisine/uygulama ölçegine bagli olarak çesitli geometrik boyutlarda (dairesel, dikdörtgen, Vd.), korozyona ve yüksek tuzluluga dayanikli malzemelerden (delrin, pleksiglas, polipropilen, Vd.) ve farkli ebat ve hacimlerde teskil edilebilir. Reaktörde (4) kimyasal oksidasyon reaksiyonlari için gerekli oksijen, reaktörün (4) tabaninda yer alan hava ya da dogrudan oksijen beslemeli diiüzörler (19) araciligiyla saglanir. Reaktörün (4) diûizörlerle (19) havalandirilmasi, oksidasyon reaksiyonlarinin reaktör (4) bütününde homojen bir dagilimda gerçeklestirilmesi bakiinindan atiksu için etkili bir karistirma da saglar.

Ayrica reaktör (4) içerisine farkli yön ve dogrultularda akim kirici ve/veya karisim saglayici perdeler (15) yerlestirilmek suretiyle karisim etkinliginin arttirilmasi da saglanir. Diger taraftan UV destekli oksidasyon uygulamalari (homojen ya da heterojen foto-oksidasyon) için ise reaktör (4), UV isik lambalari (18) ile donatilarak isletilir. Diûizörlerin (19) reaktör (4) tabanindaki yerlesimleri, batik membranlarin (5) yüzeyinde olusacak kirlenme etkisini azaltinak amaciyla, gaz ya da hava kabarciklarinin batik membran (5) yüzeyini siyiracagi geometrik izdüsümde yer alir. Batik membran (5) üzerindeki kirlenme etkisini azaltmak amaciyla UV isik lambalari da (18), UV isinlarinin dogrudan membran yüzeyine düsecegi ve simetrik lamba yerlesim etkisinin de dikkate alindigi dogrultularda, içeriden ve/veya disaridan reaktöre (4) monte edilir.

IOP reaktörü(4) içerisinde batik membran prosesin(5) isletiini, sabit basinç ya da sabit akidaki isletimlerden birisi veya bunlarin kombinasyonu kullanilarak yerine getirilir. Modüllerin isletimleri geometrilerinden bagimsiz olup, farkli membran modüller (tübüler, bosluklu elyaf, spiral sargili ya da düz plaka) kullanilabilmektedir. Seviye sensörü araciligiyla kesikli, yari-sürekli veya sürekli beslemeli olarak isletilebilen hibrit reaktörde (4) IOP ve MP isletimleri, eszamanli, ardisik zamanliya da iç içe geçen zamanli olarak gerçeklestirilebilir. Es zamanli isletimde IOP ve UF isletimleri ayni baslangiç zamanli olmakta, ardisik zamanli isletiinde IOP reaksiyonlarinin tamamlanmasi sonrasi UF isletimine geçilmekte, iç içe geçen isletimde ise reaksiyonlar tamamlanmadan UF isletimi gerçeklestirilmektedir. Foto-oksidasyon veya foto-katalitik oksidasyonla aritma yapilmasi halinde güvenli isletim amaciyla reaktör (4), UV isigi geçirmez koruyucu bir malzemeden (Örn.; paslanmaz çelik) imal edilerek ya da bu tip bir malzeme(Örn.; teflon, delrin gibi) ile kaplanarak isik geçirimsiz hale getirilir.

Ayrica aritma sistemi bütününde kontrollü isletim saglamak amaciyla reaktör (4), kartus filtre, atiksu besleme hatti (1), kimyasal (03, HZOZ, ferrat, katalizör Vd.) besleme hatlari (13 ve 14), diûizörlere hava/oksijen besleme pompasi (21), difuzöre hava/oksijen besleme hatti (20), vakum/su çekiin kontrol vanalari, modülve hat baglanti elemanlari (vana, flans, Vd.), gaz tahliye bacasi (23) ve membran proses süzüntü akimi (6) hatti ile donatilir.

Claims (8)

ISTEMLER

1.) Bulus, endüstriyel atiksularin ve endüstriyel membran konsantrelerinin aritimini saglayan IOP/batik MP hibrit aritma yöntemi olup; ileri oksidasyon ve batik membran proses uygulamalarini, ayni reaktör (4) içerisinde bir arada gerçeklestirmesi ile karakterize edilmektedir.

2.) Istem [deki gibi bir aritma yöntemi olup; IOP ve MP7nin sinerjik aritina etkinligini, eszamanli, ardisik zamanli ya da iç içe geçen zamanli isletimli olarak ihtiva edebilmesi ile karakterize edilmektedir.

3.) Istein 1 veya 2°deki gibi bir aritma yöntemi olup; IOP reaktöründe (4) batik membran proses (5) isletimini, sabit basinç, sabit aki ya da bunlarin kombinasyonuylakesikli, yari-sürekli veya sürekli beslemeli olarakyerine getirmesi ile karakterize edilmektedir.

4.) Istem 1, 2 veya 3”teki gibi bir aritma yöntemi olup; oksidasyon reaksiyonlari sirasinda atiksuyunhomojen dagilimdakaristirilmasi için gerekli oksijen ve/veya havanin, reaktör (4) içerisinde yer alan difüzörler (19) vasitasiyla saglanmasi ile karakterize edilmektedir.

5.) Istem 1, 2 veya 37teki gibi bir aritma yöntemi olup; batik membran (5) yüzeyindeki kirlenme etkisinin azaltilmasi için batik membran (5) yüzeyini siyiracak gaz ve/veya hava kabarciklarinin, diiüzörlerin (19) batik membranin (5) geometrik izdüsümüne yerlestirilmeleri vasitasiylasaglanmasi ile karakterize edilmektedir.

6.) Istem 1, 4 veya 5”teki gibi bir aritma yöntemi olup; karisimin etkinliginin reaktör (4) içerisine farkli yön ve dogrultularda yerlestirilebilen akim kirici ve/veya karisim saglayici perdeler (15) vasitasiyla saglanmasi ile karakterize edilmektedir.

7.) istem 1 veya 5°teki gibi bir aritma yöntemi olup; UV destekli oksidasyon uygulamalari için kullanilacak UV isik lambalarinin (18), batik membran (5) üzerindeki kirlenme etkisinin azaltilmasi amaciyla, UV isinlarinin batik membranin (5) yüzeyi üzerine dogrudan düsecegi sekilde reaktöre (4) içeriden ve/veya disaridan yerlestirilmeleri ile karakterize edilmektedir.

8.) Bulus, ileri oksidasyon prosesive batik membran prosesininhibrituygulamasini gerçeklestirebilen bir reaktör (4) olup; sabit basinç ve/veya aki altinda es, ardisik ve/veya Iç içe geçen zamanli olarak membran prosesin isletildigi bir batik membran (5), - batik membranin (5) geometrik izdüsümüne yerlestirilen difuzörler (19), - hibrit reaktöre (4) farkli yön ve dogrultularda teçhiz edilen akim kirici ve/veya karisim saglayici perdeler (15) ve - UV isinlarinin dogrudan batik membran (5) yüzeyine düsecegi sekildeyerlestirilmis UV isik lambalari (18) içermesi ile karakterize edilmektedir.