Kozmetik Sanayi Atıksularının Elektro-Fenton Yöntemi ile Arıtımında Cevap Yüzey Metodu Kullanılarak Proses Optimizasyonu
Bu çalışmada, elektro-Fenton prosesi ile kozmetik sanayi atıksularından KOİ gideriminde proses parametrelerinin optimizasyonu ve matematiksel model oluşturulması için cevap yüzey metodlarından biri olan merkezi kompozit dizayn metodu uygulanmıştır. Proses değişkenleri olan pH, akım, reaksiyon süresi ve H 2 O 2 /KOİ oranının KOİ giderim verimleri üzerine etkileri değerlendirilmiştir. Giderim veriminin tahmin edilmesi için ikinci dereceden regresyon modelleri, Statgraphics Centurion XVI.I yazılım programı kullanılarak geliştirilmiştir. Optimum şartların belirlenmesi için varyans analizi (ANOVA) uygulanmış ve cevap yüzey grafikleri çizilmiştir. Model yardımıyla optimum şartlar; pH 4, akım 4 A, reaksiyon süresi 27,6 dakika ve H 2 O 2 /KOİ oranı 2 olarak belirlenmiş ve optimum şartlar altında KOİ giderim verimi %86 olarak belirlenmiştir. Optimum şartlarda elektrik ve elektrot sarfiyatını içeren işletme maliyeti 6,18 €/m 3 olarak belirlenmiştir. Çalışma sonuçları, cevap yüzey yönteminin, kozmetik sanayi atıksuyuna uygulanan elektro-Fenton prosesinin işletme şartlarının optimizasyonu için etkili bir yöntem olduğunu göstermektedir.
Process Optimization of Cosmetic Industry Wastewater Treatment By Electro- Fenton Using Response Surface Methodology
In this study, response surface methodology (RSM) approach using Central Composite Design (CCD) was applied to develop mathematical model and optimize process parameters for COD removal from cosmetic industry wastewater by electro-Fenton process. Evaluation of the effects and interactions of process variables; pH, current, reaction time and H 2 O 2 /COD ratio were studied. Analysis of variance (ANOVA) showed the relative significance of process parameters in removal process. The second-order regression model was developed to predict the removal efficiencies using Statgraphics Centurion XVI.I software programme. The obtained optimum values via model for pH: 4, current: 4 A, reaction time: 27.6 min, H 2 O 2 /COD: 2 were determined. Under optimal values of process parameters 86% COD removal efficiency was obtained. The operational cost including both electricity and the electrode consumption at optimum conditions were determined to be 6.18 €/m 3 . Results of the study showed that RSM is a powerful tool for optimizing the operational conditions of electro-Fenton for COD removal from cosmetic industry wastewater.
___
- Bautista, P., Mohedano, A.F., Gilarranz, M.A.,
Casas, J.A., Rodriguez, J.J., 2007. Application
of Fenton Oxidation to Cosmetic Wastewaters
Treatment. Journal of Hazardous Materials,
143(1-2), 128-134.
- Loraine, G.A., Pettigrove M.E., 2006. Seasonal
Variations
in
Concentrations
of
Pharmaceuticals and Personal Care Products in
Drinking Water and Reclaimed Wastewater in
Southern California. Environ. Sci. Technol, 40,
5811-5816.
- Aloui, F., Kchaou, S., Sayadi, S., 2009.
Physicochemical Treatments of Anionic
Surfactants Wastewater: Effect on Aerobic
Biodegradability, J. Hazard. Mater., 164,
353–359.
- Marcinowski, P.P., Bogacki, J.P., Naumczyk,
J.H., 2014. Cosmetic Wastewater Treatment
Using the Fenton, Photo-Fenton and H 2 O 2 /UV Processes. J. Environ. Sci. Heal A Part A, 49,
1531–1541.
- Guvenc, S.Y., 2017. The Optimization and
Modeling of PCP Wastewater Using Response
Surface Methodology by Electrocoagulation
Process. Desalination and Water Treatment,
63, 34–42.
- Deliktaş, E., 2011. Kağıt Endüstrisi
Atıksularının Elektro-Fenton Prosesi ile
Arıtılması, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk
Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya.
- APHA, 2005. Standard Methods for the
Examination of Water and Wastewater, APHA,
21. Edition, Washington DC, USA.
- Ölmez, T., 2009. The Optimization of Cr(VI)
Reduction and Removal by Electrocoagulation
Using Response Surface Methodology,
J.Hazard. Mater., 162, 1371-1378.
- Oba, Ş., 2012. Ekstraksiyon Koşulları
Optimize Edilmiş Bazı Baharat Ekstratlarının
Köftenin Depolama Stabilitesi Üzerine
Etkilerinin Cevap Yüzey Metodu Kullanılarak
Belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Erciyes
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kayseri.
- Kasap, T., 2017. Kağıt Endüstrisi Atıksularının
Peroksit İlaveli Elektrokoagülasyon Yöntemi
İle Arıtımında Cevap Yüzey Yöntemi
Kullanılarak Proses Optimizasyonu, Yüksek
Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen
Bilimi Enstitüsü, İstanbul.
- Lucking, F., Koser, H., Jank, M., Ritter, A.,
1998. Iron Powder, Graphite and Activated
Carbon as Catalysts Fort the Oxidation of
4chlorophenol with Hydrogen Peroxide in
Aqueous Solution, Water Research, 32,
2607-2614.
- Varank, G., Guvenc, S.Y., Demir, A., 2018. A
Comparative Study of Electrocoagulation and
Electro-Fenton for Food Industry Wastewater
Treatment: Multiple Response Optimization
and Cost Analysis. Separation Science and
Technology, 53(17), 2727-2740 https://doi.
org/10.1080/01496395.2018.1470643
(Baskıda).
- Kumar, M., Ponselvan, F.I.A., Malviya, J.R.,
Srivastava, V.C., Mall, I.D., 2009. Treatment
of Bio-digester Effluent by Electrocoagulation
Using Iron Electrodes, J. Hazard. Mater., 165,
345-352.
- Amani-Ghadim, A. R., Aber, S., Olad, A.,
Ashassi-Sorkhabi, H., 2013. Optimization of
Electrocoagulation Process for Removal of an
Azo
Dye
Using
Response
Surface
Methodology and Investigation on the
Occurrence of Destructive Side Reactions,
Chem. Eng. Process., 64, 68-78.
- Zhang, H., Li, Y., Wu, X., Zhang, Y., Zhang,
D., 2010. Application of Response Surface
Methodology to the Treatment Landfill
Leachate
in
a
Three-dimensional
Electrochemical Reactor. Waste Manage., 30,
2096-2102.
- Mohajeri, S., Aziz, H.A., Isa, M.H., Zahed,
M.A., Adlan, M.N., 2010. Statistical
Optimization of Process Parameters for
Landfill Leachate Treatment Using Electro-
Fenton Technique, J. Hazard. Mater. 176,
749–758.
- Varank, G., Guvenc, S.Y., Gurbuz, G., Engin,
G.O., 2016. Statistical Optimization of Process
Parameters for Tannery Wastewater Treatment
by Electrocoagulation and Electro-Fenton
Techniques.
Desalination
and
Water
Treatment, 57, 25460–25473.
- Guvenc, S.Y., Okut, Y., Ozak, M., Haktanir,
B., Bilgili, M.S., 2017. Process Optimization
Via Response Surface Methodology in the
Treatment of Metal Working Industry
Wastewater with Electrocoagulation. Water
Science & Technology, 75(4), 833-845.
- Varank, G., Sabuncu, M.E., 2015. Application
of Central Composite Design Approach for
Dairy
Wastewater
Treatment
by
Electrocoagulation Using Iron and Aluminum
Electrodes: Modeling and Optimization.
Desalin. Water Treat., 56, 33-54.
- Koç, B., Kaymak Ertekin, F., 2009. Yanıt
Yüzey Yöntemi ve Gıda İşleme Uygulamaları.
Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Gıda
Mühendisliği Bölümü, İzmir.
- Akan, G., 2013. Biyokütleden Basınçlı Piroliz
Yöntemiyle Elde Edilen Ürünlerin Cevap
Yüzey Metodu Kullanılarak Optimizasyonu ve
Karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi,
Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü,
Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, Eskişehir.