Synthesis of High-Performance Coagulant and Comparison with Commercial Coagulants

Yıl 2024, Cilt: 5 Sayı: 2, 65 - 82, 30.03.2025

Oktay Karadeniz , Erden Soner Erkiliç Can Alp Terzioğlu

Öz

Coagulants are the general name of chemical substances used as flocculants in wastewater treatment. The coagulant is used to destabilize suspended solids (heterogeneous mixture formed by remaining insoluble in the liquid phase) suspended in a colloidal solution. Coagulants are used in industrial, domestic and urban wastewater treatment. FeCl3 (Iron III Chloride), PAC (Polyaluminium Chloride) and some low molecular weight polymers are types of coagulants used in wastewater treatment. High amounts of process water are used in the ceramics industry. Recovery of wastewater generated as a result of use; It both reduces the damage to the environment by saving water and provides a great financial advantage to businesses. The high costs of high-yield commercial coagulants lead to the need to synthesize high-yield, low-cost coagulants.
In this study, a solution containing Fe(II), Mn(II) and chitosan was heated to 70 C and synthesized with the addition of NaOH. The optimum dosage amount of the synthesized coagulant was determined according to the results of residue determination tests by adding coagulant at different rates to the wastewater samples taken from the ceramic process. According to the determined ratio, equilibrium pH determination, 254 nm' absorbance determination, conductive determination against coagulant volume, pH-dependent residual turbidity determinations were made and compared with two different commercial coagulants. When the comparison results were examined, it was seen that the purification efficiency of the synthesized coagulant was higher than two different commercial coagulants used in the market. In the results obtained, it was determined that the coagulant synthesized in the laboratory environment provided a 61% cost reduction compared to commercial coagulants.

Anahtar Kelimeler

Water Treatment, Coagulant, Synthesis, Coagulation

Yüksek Performanslı Koagülant Sentezlenmesi ve Ticari Koagülantlarla Karşılaştırılması

Öz

Koagülantlar, atıksu arıtımında topaklayıcı olarak kullanılan kimyasal maddelerin genel adıdır. Koagülant, bir kolloidal solüsyonunda süspansiyon halinde olan askıda katı maddeleri (sıvı faz içerisinde çözünmeden kalarak oluşturduğu heterojen karışım) destabilize etmek için kullanılmaktadır.Koagülantlar, endüstriyel, evsel ve kentsel atıksu arıtımında kullanılmaktadır. FeCl3 (Demir III Klorür), PAC (Polialüminyum Klorür) ve bazı düşük molekül ağırlıklı polimerler, atıksu arıtımında kullanılan koagülant türleridir. Seramik sektöründe yüksek miktarlarda proses suyu kullanılmaktadır. Kullanım sonucu oluşan atıksuların geri kazanılması; hem su tasarrufu sağlayarak çevreye zararını azaltmakta hem de işletmelere mali açıdan büyük avantaj sağlamaktır. Verimi yüksek ticari koagülantların maliyetlerinin çok fazla olması, yüksek verim düşük maliyetli koagülantların sentezlenmesi ihtiyacını doğurmaktadır.
Bu çalışmada, Fe(II), Mn(II) ve kitosan içerikli çözelti 70 ̊C ısıtılmış ve NaOH ilavesi ile sentezlenmiştir. Sentezlenen koagülantın optimum dozaj miktarı, seramik prosesinden alınan atıksu örneklerine farklı oranlarda koagülant ilaveleri yapılarak kalıntı tayini testleri sonuçlarına göre belirlenmiştir. Belirlenen orana göre , denge pH tayini, 254 nm’ absorbans tayini,koagülant hacmine karşı iletkenli tayini pH’a bağlı kalıntı bulanıklılık tayinleri yapılmış ve iki farklı ticari koagülant ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonuçları incelendiğinde sentezlenen koagülantın arıtma veriminin ticari koagülantlara göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlarda laboratuvar ortamında sentezlenen koagülantın, ticari koagülantlara göre %61’lik bir maliyet düşüşü sağladığı tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Su Arıtma, Koagülant, Sentez, Koagülasyon

Kaynakça

• [1] Salman, M., Shakir, M., Yaseen, M. 2022. Recent Developments in Membrane Filtration for Wastewater Treatment. , , 1–25. https://doi.org/10.1007/978-3-030-98202-7_1
• [2] Uǧurlu, M. 2005. Removal of some inorganic compounds from paper mill effluents by the electrocoagulation method. Fresenius Environmental Bulletin, 14(4):, 315–321.
• [3] Karchiyappan, T., Karri, R. R., Dehghani, M. H. (Ed.) 2022. Industrial Wastewater Treatment (C. 106), Cham, : Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-030-98202-7
• [4] Şener, A.G., (2013), Zeolit Süspansiyonun Farklı Değerlikli Katyonlara Sahip İnorganik Tuzlar ile Koagülasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, KONYA.
• [5] kanser, A., (2010), Sulardan Kaogülasyon/Yumaklaştırma İşlemi ile Ağır Metal Gideriminin Araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, ANKARA.
• [6] Alptekin, A.M., (2006), Doğal Taş Atıksularının Flokülasyon/Koagülasyon Yöntemiyle Arıtılması, Yüksek Lisans Tezi, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, AFYONKARAHİSAR.
• [7] Çiftçi, Ç., (2007), Metal Kesme Atıksularının Koagülasyon ve Elektrokoagülasyon ile Arıtımı, Yüksek Lisans Tezi, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü, KOCAELİ.
• [8] A.K. Tolkou, A.I. Zouboulis, Synthesis and coagulation performance of composite poly-aluminum-ferric-silicate-chloride coagulants in water and wastewater, Des. Water Treat. (2014) 1–10.
• [9] A.I. Zouboulis, N.D. Tzoupanos, Polyaluminium silicate chloride—A systematic study for the preparation and application of an efficient coagulant for water or wastewater treatment, J. Hazard. Mater. 162 (2009) 1379–1389.
• [10] Ghernaout D. (2014). The hydrophilic/hydrophobic ratio vs. dissolved organics removal by coagulation-A review. Journal of King Saud University-Science, 26, 169- 180.
• [11] Jiang JQ. (2001). Development of coagulation theory and prepolymerized coagulants for water treatment. Separation and Purification Methods, 30(1), 127-141.
• [12] Volk C, Bell K, Ibrahim E, Verges D, Amy G, LeChevallier M., (2000). “Impact of enhanced and optimized coagulation on removal of organic matter and ıts biodegradable fraction in drinking water”.Water Research, 34(12), 3247-325.
• [13] Pernitsky, D. J., Edzwald, J. K. 2006. Selection of alum and polyaluminum coagulants: Principles and applications. Journal of Water Supply: Research and Technology - AQUA, 55(2):, 121–141. https://doi.org/10.2166/aqua.2006.062