
Bu çalışma, yağ damlacıkları ve yüzey aktif maddeler nedeniyle geleneksel yöntemlerle ayrılması zorlaşan yağlı atık sulardan suyu geri kazanmak için nemlendirme–nem alma, yani HDH temelli laboratuvar ölçekli bir sistem geliştirmektedir. Sistemde ısıtılmış yağlı su, gözenekli dolgu maddesi üzerinden aşağı doğru püskürtülürken hava ters yönde yukarı hareket etmektedir. Su buharı havaya geçmekte, uçucu olmayan yağ bileşenleri sıvı fazda tutulmakta ve nemli hava ayrı bir bölümde soğutularak ürün suyuna dönüştürülmektedir. %1 yağ içeren model atık su 80 °C’de işlendiğinde sistem 12 L·saat−1 ürün suyu ve 50 L·m−3·saat−1 hacimsel üretkenlik sağlamış; ürün suyunun COD değeri 15 mg·L−1, bildirilen COD tutma oranı ise %99,8 olmuştur.
Besleme sıcaklığı 60 °C’den 85 °C’ye yükseltildiğinde %1 yağlı su için hacimsel su üretkenliği 25,4’ten 53,8 L·m−3·saat−1 değerine çıkmış, yaklaşık %112 artmıştır. Buna karşılık 80 °C’de yağ derişiminin %0’dan %10’a yükselmesi üretkenliği yaklaşık 51,3’ten 33,3 L·m−3·saat−1 değerine düşürmüş, kazanç çıktı oranını %41 azaltmış ve bildirilen özgül ısıl enerji tüketimini %72 artırarak 2309 kWh·m−3 düzeyine çıkarmıştır. Tween 80 eklenmesi emülsiyonu daha kararlı hâle getirmiş ve %1 yağlı suya kıyasla su üretimini yaklaşık %2,5 azaltmıştır.
Çalışmanın sonuçları, HDH sisteminin uçucu olmayan yağ bileşenlerini büyük ölçüde yoğunlaştırılmış sıvı fazda tutabildiğini göstermektedir. Bununla birlikte deneylerde gerçek rafineri veya petrol sahası atık suyu yerine gıda tipi soya yağı ve Tween 80 ile hazırlanan model karışımlar kullanılmıştır. Her deney yalnızca bir saatlik kararlı çalışma dönemini kapsamış; uzun süreli kirlenme, köpüklenme, korozyon, yağ birikimi, yüzey aktif madde taşınımı ve ekipman dayanımı incelenmemiştir. Enerji hesabı da pompa, fan, soğutma suyu ve ısı kayıplarını tam sistem düzeyinde içermemektedir.
Türkiye açısından değerlendirme: Yaklaşım; Türkiye’de rafineri ve petrokimya tesisleri, metal işleme ve talaşlı imalat, bitkisel yağ üretimi, gıda sanayisi, limanlar, tersaneler, deniz taşımacılığı ve yağlı proses suyu oluşturan işletmeler için araştırma değeri taşımaktadır. Uygulamadan önce yerel atık sulardaki mineral yağ, emülsiyonlaştırıcı, deterjan, tuz, askıda katı madde, ağır metal ve uçucu organik bileşenler ayrı ayrı karakterize edilmelidir. Atık ısı, güneş ısısı veya kojenerasyon ısısıyla bütünleşme; damlacık sürüklenmesini azaltacak buğu tutucular; yoğunlaştırılmış yağlı kalıntının yönetimi ve ürün suyunun ileri arıtımı birlikte değerlendirilmelidir. Bu çalışmadan sistemin Türkiye’deki bütün yağlı atık sularda aynı %99,6–99,8 COD tutma oranına ulaşacağı, doğrudan deşarj veya yeniden kullanım suyu üreteceği ya da mevcut yöntemlerden ekonomik açıdan üstün olduğu sonucu çıkarılamaz.
Yağlı atık suyun ayrılması neden zordur?
Endüstriyel yağlı sularda yağ her zaman yüzeyde kolayca toplanabilecek serbest bir tabaka hâlinde bulunmaz. Mekanik karıştırma, pompalar, deterjanlar ve yüzey aktif maddeler yağın mikro veya nano ölçekli damlacıklara parçalanmasına neden olabilir. Bu damlacıklar uzun süre su içinde askıda kalabilir ve kararlı emülsiyonlar oluşturabilir.
Yoğunluk farkına dayalı çökeltme ve santrifüj işlemleri büyük serbest yağ damlacıklarında etkili olabilse de küçük ve kararlı damlacıklarda yetersiz kalabilir. Membranlar yüksek ayırma hassasiyeti sağlayabilir; ancak yağın membran yüzeyine adsorplanması, gözenekleri tıkaması ve geri dönüşü zor akı kayıpları oluşturması işletme maliyetini artırabilir. Kimyasal koagülasyon ve emülsiyon kırma yöntemleri ise kimyasal tüketimi ve ikincil çamur meydana getirebilir.
Araştırmacılar bu sorunlara karşı, yağı bir filtreden geçirmeye çalışmak yerine suyu seçici olarak buhar fazına taşıyan bir termal ayırma yaklaşımını incelemiştir. Temel varsayım, deney sıcaklıklarında suyun buhar basıncının güçlü biçimde artmasına karşılık soya yağı bileşenlerinin buhar fazına geçme eğiliminin çok düşük kalmasıdır.
Nemlendirme–nem alma işlemi nasıl çalışmaktadır?
HDH, doğal su döngüsünün kapalı bir cihaz içindeki benzetimidir. İşlem iki ana bölümden oluşmaktadır:
- Nemlendirme: Isıtılmış sıvı, gözenekli dolgu maddesi üzerine püskürtülür. Sıvı ince film ve küçük damlacıklar oluştururken ters yönde akan hava su buharını alır.
- Nem alma: Sıcak ve nemli hava bir yoğuşturucuya gönderilir. Soğutulan su buharı sıvı hâle geçer ve ürün suyu tankında toplanır.
Yağ ve yüzey aktif madde gibi uçucu olmayan bileşenler büyük ölçüde besleme tankına geri dönen sıvıda kalmaktadır. Böylece sistem yalnızca su üretmekle kalmamakta, aynı zamanda kalan akışkanın hacmini azaltıp yağ bileşenlerini yoğunlaştırmaktadır.
Sistem atmosfer basıncında ve 60–85 °C besleme sıcaklıklarında çalıştırılmıştır. Bu sıcaklık aralığı, yüksek basınçlı buharlaştırma sistemlerine göre daha düşük sıcaklıklı atık ısının kullanılmasına imkân verebilir. Ancak incelenen deney düzeneğinde ısı elektrikli bir ısıtıcıyla sağlanmış, gerçek bir atık ısı veya güneş ısısı kaynağı kullanılmamıştır.
Yağ tabakası buharlaşmayı nasıl engellemektedir?
Suyun üzerinde sürekli bir yağ filmi oluştuğunda bu film, su molekülleriyle taşıyıcı hava arasında fiziksel bir engel meydana getirmektedir. Su molekülleri önce yağ tabakasından geçmek veya filmin açık bıraktığı bölgelerden gaz fazına ulaşmak zorundadır. Yağ oranı yükseldikçe sıvının viskozitesi ve gaz-sıvı ara yüzeyindeki kütle aktarım direnci artmaktadır.
Şekil 4’te önerilen mekanizmaya göre yağ filmi tamamen sabit değildir. Yukarı hareket eden havanın kesme kuvveti, sıvının dolgu üzerindeki hareketi ve yüzey gerilimi yağ filmini germekte, biçim değiştirmekte ve zaman zaman parçalamaktadır. Bu geçici açıklıklardan su buharı gaz fazına geçebilmektedir.
Dolayısıyla sistem yağ varlığında tamamen durmamakta, fakat aynı sıcaklıktaki saf suya göre daha düşük üretkenlik göstermektedir. %1 yağ içeren sistemde 80 °C’de üretkenliğin saf suya göre yaklaşık %2,5 düşük olması bu ara yüzey direnciyle ilişkilendirilmiştir.
Model yağlı sular nasıl hazırlanmıştır?
Araştırmada gerçek endüstriyel atık su yerine deiyonize su, gıda tipi soya yağı ve analitik saflıkta Tween 80 kullanılmıştır. İki besleme sistemi hazırlanmıştır:
| Sistem | İçerik | Derişimler |
|---|---|---|
| Sistem I | Deiyonize su ve soya yağı | Yağ: kütlece %1, %3, %5, %7 ve %10 |
| Sistem II | Deiyonize su, soya yağı ve Tween 80 | Yağ: %1–10; yağ/Tween 80 kütle oranı 2:1 |
Yüzey aktif maddeli örneklerde %1 yağ için %0,5; %3 yağ için %1,5; %5 yağ için %2,5; %7 yağ için %3,5 ve %10 yağ için %5 Tween 80 kullanılmıştır. Her besleme grubu, dolaşımlı sistemin sürekli çalışmasını desteklemek amacıyla 200 litre hacminde hazırlanmıştır.
Metin her iki sistemde de suyu “dağılmış faz” olarak tanımlamaktadır. Buna karşılık karışımların büyük çoğunluğu sudan oluşmakta, Şekil 1(c) yağ damlacıklarının sürekli sıvı içinde dağıldığını göstermekte ve tartışma boyunca “sudaki yağ damlacıkları” mekanizması kullanılmaktadır. Bu nedenle faz tanımlaması metin içinde terminolojik olarak tutarlı değildir.
Deney düzeneğinin temel bileşenleri
Laboratuvar sistemi; besleme tankı, elektrikli ısıtıcı, dolaşım pompası, nemlendirme kulesi, nem alma kulesi, soğutma suyu tankı, yoğuşturucu, ürün suyu tankı ve değişken hızlı fandan oluşmaktadır. Nemlendirme ve nem alma odaları polipropilenden üretilmiş ve dış yüzeyleri ısı yalıtımıyla kaplanmıştır.
Kulelerde 3,8 cm çapında gözenekli polipropilen küreler dolgu maddesi olarak kullanılmıştır. Isıtılmış sıvı üstten püskürtülmüş ve dolgu üzerinden aşağı akarken hava aşağıdan yukarıya doğru hareket etmiştir. Bu karşı akımlı düzen, hava ile sıvı arasındaki temas alanını ve temas süresini artırmayı amaçlamaktadır.
Besleme, nominal kapasitesi 2100 L·saat−1 olan GP-125 pompayla dolaştırılmış; deneylerde akış debisi 1000 L·saat−1 olarak ayarlanmıştır. FD-250 fanın nominal hava debisi 2100 m3·saat−1’dir. Sonuç deneylerinde besleme-hava kütlesel debi oranı, yani MFR 4,8’de tutulmuştur.
Nem alma bölümündeki soğutma suyu debisi 1000 L·saat−1 olarak sabitlenmiştir. Nemli hava yoğuşturucu borularıyla temas ederek soğutulmuş ve yoğunlaşan su ayrı tankta toplanmıştır.
Deneyler ne kadar sürmüştür?
Her deney, sistem kararlı hâle ulaştıktan sonra bir saatlik çalışma dönemi tamamlanıncaya kadar sürdürülmüştür. Her koşul en az üç kez tekrarlanmıştır. Ürün suyu kütlesi ±0,1 g hassasiyetli elektronik teraziyle ölçülmüş; besleme ve ürün suyunun kimyasal oksijen ihtiyacı tam spektrumlu hızlı su analiz cihazıyla belirlenmiştir.
En az üç tekrar yapılmış olmasına rağmen sonuç grafiklerinde hata çubukları bulunmamakta, ortalama değerlerin yanında standart sapma veya güven aralığı verilmemektedir. Gruplar arasındaki farklar için istatistiksel anlamlılık testi de yapılmamıştır. Bu nedenle küçük farkların, özellikle yüzey aktif maddenin oluşturduğu yaklaşık %2,5 üretkenlik değişiminin deneysel saçılım karşısındaki büyüklüğü değerlendirilememektedir.
Kütle ve enerji dengesi
Sistem için kullanılan basitleştirilmiş kütle dengesi şöyledir:
\[ \dot{m}_{\mathrm{in}}-\dot{m}_{\mathrm{out}} = \dot{m}_{\mathrm{pw}} \]
Burada \(\dot{m}_{\mathrm{in}}\) sisteme giren beslemenin, \(\dot{m}_{\mathrm{out}}\) yoğunlaştırılmış çıkışın ve \(\dot{m}_{\mathrm{pw}}\) ürün suyunun kütlesel debisidir.
Isı girdisi çalışmada aşağıdaki eşitlikle hesaplanmıştır:
\[ Q_{\mathrm{in}} = \dot{m}_{\mathrm{in}} \left( c_{p,1}T_{\mathrm{feed},1} - c_{p,2}T_{\mathrm{feed},2} \right) \]
Bu eşitlik besleme akışının giriş ve çıkış entalpileri arasındaki farkı temel almaktadır. Analizde sistemin sızdırmaz, kararlı durumda ve atmosfer basıncında olduğu; ısı kayıplarının, dolgu ile cihaz gövdesindeki ikincil ısı aktarımının ve yoğunluk etkilerinin ihmal edilebileceği varsayılmıştır.
Gerçek bir endüstriyel sistemde ısı kayıpları, pompa ve fan elektriği, soğutma suyu üretimi, motor verimleri ve yardımcı ekipmanlar toplam enerji tüketimini etkiler. Bu nedenle çalışmadaki enerji değerleri tam tesis elektrik ve yakıt tüketimi olarak değil, idealize edilmiş ısıl performans göstergeleri olarak okunmalıdır.
Hacimsel ayrılmış su üretkenliği
Hacimsel ayrılmış su üretkenliği, nem alma bölümünün etkin hacmi başına ürün suyu debisini göstermektedir:
\[ \mathrm{VSWP} = \frac{V_{\mathrm{pw}}}{V_{\mathrm{dc}}} \]
Burada \(V_{\mathrm{pw}}\) birim zamanda elde edilen ürün suyunu, \(V_{\mathrm{dc}}\) ise yaklaşık 0,24 m3 olan etkin nem alma hacmini ifade etmektedir. Örneğin 12 L·saat−1 ürün suyu:
\[ \frac{12\ \mathrm{L\,h^{-1}}} {0{,}24\ \mathrm{m^3}} = 50\ \mathrm{L\,m^{-3}\,h^{-1}} \]
sonucunu vermektedir.
COD tutma oranı
Organik kirleticilerin ürün suyuna geçişi kimyasal oksijen ihtiyacı üzerinden değerlendirilmiştir:
\[ R_c = \left( 1-\frac{f_{\mathrm{COD}}}{w_{\mathrm{COD}}} \right)\times100\% \]
\(f_{\mathrm{COD}}\) ürün suyunun, \(w_{\mathrm{COD}}\) ise beslemenin COD değeridir. Bu oran organik maddelerin besleme tarafında tutulmasını göstermektedir; doğrudan yalnızca yağ kütlesi için bir ayırma yüzdesi değildir. Tween 80 gibi çözünmüş organik bileşenler de COD ölçümüne katkıda bulunmaktadır.
Kazanç çıktı oranı
Kazanç çıktı oranı, ürün suyunun yoğunlaşmasıyla geri kazanılan gizli ısının sisteme verilen ısıya oranıdır:
\[ \mathrm{GOR} = \frac{ \rho_{\mathrm{pw}} V_{\mathrm{pw}} h_{\mathrm{pw}} }{ Q_{\mathrm{in}} } \]
GOR yükseldikçe verilen ısının ürün suyu üretiminde daha etkin kullanıldığı kabul edilmektedir. Çalışmada 80 °C’de saf su için GOR 0,50; %1 yağ içeren su için 0,47 olarak verilmiştir. Her iki değer de birden küçüktür; sistem çok kademeli ısı geri kazanımı olmadan çalışmaktadır.
Özgül ısıl enerji tüketimi
Çalışmadaki STEC eşitliği şöyledir:
\[ \mathrm{STEC} = \frac{ Q_{\mathrm{in}} }{ 3600V_{\mathrm{pw}} } \]
STEC, bir metreküp ürün suyu başına tüketilen ısıl enerjiyi kWh·m−3 olarak ifade etmeyi amaçlamaktadır. Ancak adlandırma bölümünde \(V_{\mathrm{pw}}\) L·saat−1 cinsinden tanımlanmıştır. Litreyi metreküpe dönüştüren 1000 katsayısı eşitlikte açıkça gösterilmediğinden formül ile raporlanan birim arasında açıklanmamış bir birim dönüşümü bulunmaktadır.
Raporlanan değerler 80 °C’de saf su için 1345, %1 yağlı su için 1410 kWh·m−3 düzeyindedir. %10 yağda değer 2309 kWh·m−3 olarak verilmiştir. Bu yüksek değerler, süreçte ucuz veya atık ısının kullanılmasının ekonomik uygulanabilirlik açısından kritik olacağını göstermektedir.
Yağ derişimi arttığında ne oldu?
Besleme sıcaklığı 80 °C, sıvı debisi 1 m3·saat−1 ve MFR 4,8’de tutulduğunda yağ derişiminin artması bütün temel performans göstergelerini olumsuz etkilemiştir.
| Yağ derişimi değişimi | Başlangıç veya düşük derişim | %10 yağ | Değişim |
|---|---|---|---|
| VSWP | Yaklaşık 51,3 L·m−3·saat−1 | 33,3 L·m−3·saat−1 | Yaklaşık %35 azalma |
| Ürün suyu COD | %1 yağda 15 mg·L−1 | 110 mg·L−1 | Mikrodamlacık sürüklenmesiyle artış |
| COD tutma oranı | Yaklaşık %99,8 | %99,8’in üzerinde | Oransal tutma büyük ölçüde korundu |
| GOR | Saf su referansına yakın 0,49 | 0,29 | Yaklaşık %41 azalma |
| STEC | Yaklaşık 1345 kWh·m−3 | 2309 kWh·m−3 | Yaklaşık %72 artış |
Yağ oranı arttıkça dolgu üzerinde oluşan sıvı filmin viskozitesi yükselmiş, sıvının yayılması ve hava ile etkin temas alanı azalmıştır. Aynı zamanda yağın gaz-sıvı ara yüzeyinde birikmesi, su moleküllerinin buhar fazına geçmesine karşı ek direnç oluşturmuştur.
Yağ bileşenlerinin kendilerinin buharlaşarak ürüne geçmesi düşük kabul edilmiştir. Ürün suyundaki COD artışı, nemli havayla sürüklenen küçük sıvı damlacıklarına bağlanmıştır. Bu yorum, nemlendirme çıkışına uygun bir damla tutucu veya buğu giderici eklenmesinin ürün suyu kalitesini iyileştirebileceğini düşündürmektedir; ancak çalışmada böyle bir ekipman karşılaştırması yapılmamıştır.
Besleme sıcaklığı arttığında ne oldu?
%1 yağlı besleme için sıcaklığın 60 °C’den 85 °C’ye yükseltilmesi, suyun buhar basıncını ve havanın taşıyabileceği nem miktarını artırmıştır. Sonuçlar şöyledir:
| Gösterge | 60 °C | 85 °C | Değişim |
|---|---|---|---|
| VSWP | 25,4 L·m−3·saat−1 | 53,8 L·m−3·saat−1 | Yaklaşık %112 artış |
| GOR | Grafikte yaklaşık 0,31 | Yaklaşık 0,49 | Yaklaşık %60 artış |
| STEC | Grafikte yaklaşık 2180 kWh·m−3 | Yaklaşık 1350 kWh·m−3 | Yaklaşık %38 azalma |
| COD tutma | %99,7’nin üzerinde | Sıcaklıkla belirgin düşüş yok | |
Daha yüksek sıcaklıkta sisteme daha fazla ısı verilmesine rağmen ürün suyu miktarı daha hızlı arttığı için birim ürün başına raporlanan ısıl enerji tüketimi düşmüştür. Bununla birlikte 85 °C’nin üzerindeki sıcaklıklar incelenmemiş, malzeme dayanımı ve köpüklenme gibi sınırlar araştırılmamıştır.
Yüzey aktif madde neden performansı düşürdü?
Tween 80, yağ-su ara yüzey gerilimini azaltarak daha küçük ve daha kararlı yağ damlacıkları oluşturmuştur. Damlacık çevresindeki yüzey aktif madde tabakası sterik engel oluşturarak damlacıkların birleşmesini ve büyük fazlara ayrılmasını zorlaştırmıştır.
%1 yağ ve %0,5 Tween 80 içeren beslemede 80 °C’de su üretimi, yüzey aktif maddesiz %1 yağlı beslemeye göre yaklaşık %2,5 daha düşük olmuştur. Ürün suyunun COD değeri 15’ten 28 mg·L−1 düzeyine çıkmış ve tutma oranı yaklaşık %99,8’den %99,7’ye gerilemiştir.
Araştırmacılar küçük damlacıkların Brown hareketinin daha güçlü olduğunu ve yukarı yönlü buhar-hava akımıyla taşınmaya daha yatkın olabileceğini ileri sürmektedir. Ayrıca suda çözünmüş serbest Tween 80 ürün suyundaki COD ölçümüne katkıda bulunabilir.
Şekil 7 yalnızca VSWP ve COD tutma oranını yüzey aktif maddeli ve maddesiz sistemler arasında karşılaştırmaktadır. Sonuç bölümünde yüzey aktif maddenin enerji kullanım verimini de kötüleştirdiği yazılmış olsa da buna ait ayrı GOR veya STEC sayıları ana metinde sunulmamıştır.
Ürün suyunun kalitesi nasıl değerlendirilmelidir?
%1 yağlı beslemeden elde edilen ürün suyunda 15 mg·L−1, %10 yağlı beslemede 110 mg·L−1 COD ölçülmüştür. Yüksek besleme derişimi nedeniyle oransal tutma %99,8’in üzerinde kalabilmektedir; ancak ürün suyunun mutlak COD değeri artmaktadır.
Yüksek giderim yüzdesi, ürün suyunun otomatik olarak içme, proses yeniden kullanımı veya doğrudan çevresel deşarj için uygun olduğu anlamına gelmez. Çalışmada aşağıdaki parametreler ölçülmemiştir:
- Yağ ve gres derişimi,
- Toplam organik karbon,
- Bulanıklık ve askıda katı madde,
- Tween 80 veya diğer yüzey aktif maddeler,
- Uçucu organik bileşikler,
- pH, iletkenlik ve tuzluluk,
- Ağır metaller,
- Toksisite ve biyolojik parçalanabilirlik.
Bu nedenle “derin arıtma” ifadesi yalnızca çalışmada ölçülen COD tutma performansı kapsamında değerlendirilmelidir.
Çalışmanın desteklediği temel sonuçlar
- Laboratuvar ölçekli HDH sistemi, soya yağıyla hazırlanmış model yağlı sulardan yoğunlaşmış ürün suyu elde edebilmiştir.
- %1 yağ ve 80 °C koşulunda ürün suyu debisi 12 L·saat−1, VSWP 50 L·m−3·saat−1 olmuştur.
- Aynı koşulda ürün suyu COD değeri 15 mg·L−1, hesaplanan COD tutma oranı %99,8’dir.
- Besleme sıcaklığının artırılması su üretkenliğini ve GOR değerini yükseltmiş, raporlanan STEC değerini düşürmüştür.
- Yağ derişiminin yükselmesi ara yüzey kütle aktarım direncini artırmış ve su üretimini azaltmıştır.
- Yüzey aktif madde emülsiyonu kararlı hâle getirmiş, su üretimini sınırlı ölçüde azaltmış ve ürün suyunun COD değerini artırmıştır.
- %10 yağ içeren beslemede bile hesaplanan COD tutma oranı %99,8’in üzerinde kalmıştır.
Çalışma neyi göstermemektedir?
- Gerçek rafineri, petrol sahası, metal işleme veya denizcilik atık suyu test edilmemiştir.
- Petrol hidrokarbonları yerine soya yağı kullanılmıştır; uçucu ve yarı uçucu petrol bileşenlerinin ürüne geçişi değerlendirilmemiştir.
- Bir saatten uzun kesintisiz işletme, haftalık veya aylık kararlılık incelenmemiştir.
- Dolgu maddesinde yağ birikimi, biyolojik kirlenme, köpüklenme ve temizlik gereksinimi ölçülmemiştir.
- Pompaların, fanın, soğutma devresinin ve elektrikli ısıtıcının gerçek toplam enerji tüketimi verilmemiştir.
- Atık ısı veya güneş enerjisiyle deneysel bütünleşme yapılmamıştır.
- Yoğunlaştırılmış yağlı sıvının bertaraf veya geri kazanım yöntemi değerlendirilmemiştir.
- Ürün suyunun herhangi bir resmî deşarj veya yeniden kullanım standardını karşıladığı kapsamlı analizlerle gösterilmemiştir.
- Sistem membran, santrifüj, çözünmüş hava flotasyonu veya kimyasal emülsiyon kırmayla aynı besleme üzerinde karşılaştırılmamıştır.
- Yatırım maliyeti, işletme maliyeti, su başına maliyet ve yaşam döngüsü analizi yapılmamıştır.
Metindeki önemli açıklıklar ve tutarsızlıklar
| Konu | Kaynakta verilen bilgi | Değerlendirme |
|---|---|---|
| Emülsiyon fazı | Su “dağılmış faz” olarak tanımlanmıştır | Formülasyon, mikrograf ve tartışma yağın su içinde dağılmış olduğunu göstermektedir |
| STEC birimi | \(V_{\mathrm{pw}}\) L·saat−1, STEC kWh·m−3 | Formülde litre-metreküp dönüşümü açıkça gösterilmemiştir |
| Şekil 6 açıklaması | Saf su, yağlı su ve yüzey aktif maddeli suyu kapsadığı yazılmıştır | Görünür GOR ve STEC serilerinde yalnız saf su ve yağlı su bulunmaktadır |
| Yüzey aktif maddenin enerji etkisi | Enerji kullanımını kötüleştirdiği sonucuna varılmıştır | Ayrı sayısal GOR veya STEC sonuçları verilmemiştir |
| Su kalitesi | Ürün suyunun temel kalite gereksinimlerini karşıladığı ileri sürülmüştür | Yalnız COD ölçülmüş ve herhangi bir standart sınırı belirtilmemiştir |
| Tekrarlar | Her koşul en az üç kez tekrarlanmıştır | Standart sapma, hata çubuğu ve istatistiksel test sunulmamıştır |
| Isı kaybı | Isı kayıpları ihmal edilmiştir | Laboratuvar cihazı yalıtımlı olsa da gerçek kayıp miktarı deneysel olarak doğrulanmamıştır |
| Derişim varsayımı | Teorik modelde derişim etkisinin ihmal edildiği belirtilmiştir | Deneysel çalışmanın ana değişkenlerinden biri yağ derişimidir; varsayımın kapsamı açıklanmamıştır |
Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları
Kaynak kimyasal ve besleme bileşimi
| Bileşen | Özellik veya kaynak | İşlev |
|---|---|---|
| Deiyonize su | Saf su beslemesi | Sürekli sıvı faz ve geri kazanılan su |
| Soya yağı | Gıda tipi, Qingdao Tianshang Food Group | Model yağ kirleticisi |
| Tween 80 | Analitik saflık | Kararlı emülsiyon oluşturan yüzey aktif madde |
| Besleme hacmi | Her bileşim için 200 L | Dolaşımlı ve sürekli deney için sıvı rezervi |
HDH düzeneği
| Bileşen | Özellik | Görev |
|---|---|---|
| Nemlendirme odası | Polipropilen, yalıtılmış | Isıtılmış besleme ile havanın teması |
| Nem alma odası | Polipropilen, yaklaşık 0,24 m3 etkin hacim | Nemli havadaki suyun yoğunlaştırılması |
| Dolgu | 3,8 cm çaplı PP gözenekli küreler | Gaz-sıvı temas alanını artırmak |
| Dolaşım pompası | GP-125, nominal 2100 L·saat−1 | Beslemeyi nemlendirme kulesine taşımak |
| Rotor debimetre | LZB-25F, 1000 L·saat−1 aralık | Sıvı debisini denetlemek |
| Fan | FD-250, nominal 2100 m3·saat−1 | Taşıyıcı havayı dolaştırmak |
| Soğutma suyu | 1000 L·saat−1 | Su buharını yoğunlaştırmak |
| Isıtma | Elektrikli ısıtıcı ve sıcaklık kontrolörü | Beslemeyi 60–85 °C’ye getirmek |
Ölçüm araçları
| Ölçüm | Cihaz | Belirtilen hassasiyet |
|---|---|---|
| Hava hızı | HT-9829 anemometre | ±0,01 m·s−1 |
| Ürün suyu kütlesi | TSC-150 elektronik terazi | ±0,1 g |
| COD | MDS-30QUI tam spektrumlu analizör | Dalga boyu çözünürlüğü ±0,8 nm |
| Sıcaklık | Termokupl ve sıcaklık kontrol sistemi | Sayısal hassasiyet belirtilmemiştir |
Temel deney koşulları
| Parametre | Değer veya aralık |
|---|---|
| Basınç | Atmosfer basıncı |
| Besleme sıcaklığı | 60, 65, 70, 75, 80 ve 85 °C |
| Yağ derişimi | Kütlece %0–10 |
| Yağ/Tween 80 oranı | 2:1 |
| Besleme debisi | 1 m3·saat−1 |
| MFR | 4,8 |
| Soğutma suyu debisi | 1000 L·saat−1 |
| Kararlı deney süresi | 1 saat |
| Tekrar sayısı | Her koşul için en az 3 |
Ana performans göstergeleri
| Gösterge | Anlamı | Daha iyi yön |
|---|---|---|
| VSWP | Nem alma hacmi başına ürün suyu | Yüksek |
| COD tutma oranı | Organik içeriğin ürün suyuna geçmeden beslemede tutulması | Yüksek |
| GOR | Ürün suyunun gizli ısısının verilen ısıya oranı | Yüksek |
| STEC | Ürün suyu hacmi başına ısıl enerji tüketimi | Düşük |
| MFR | Besleme kütlesel debisinin hava kütlesel debisine oranı | Deneye göre optimize edilir |
Referans koşuldaki sonuçlar
| Koşul | Sonuç |
|---|---|
| Besleme | %99 su + %1 soya yağı |
| Sıcaklık | 80 °C |
| Ürün suyu | 12 L·saat−1 |
| VSWP | 50 L·m−3·saat−1 |
| Besleme çıkışı | Yaklaşık 988 L·saat−1 |
| Ürün suyu COD | 15 mg·L−1 |
| COD tutma oranı | %99,8 |
| GOR | 0,47 |
| STEC | 1410 kWh·m−3 |
Yağ derişiminin etkisi
| Gösterge | Düşük veya sıfır yağ | %10 yağ |
|---|---|---|
| VSWP | 51,3 L·m−3·saat−1 | 33,3 L·m−3·saat−1 |
| Ürün suyu COD | %1 yağda 15 mg·L−1 | 110 mg·L−1 |
| COD tutma | %99,8 veya üzerinde | |
| GOR | Yaklaşık 0,49 | 0,29 |
| STEC | Yaklaşık 1345 kWh·m−3 | 2309 kWh·m−3 |
Sıcaklığın etkisi
| Gösterge | 60 °C | 85 °C |
|---|---|---|
| VSWP | 25,4 L·m−3·saat−1 | 53,8 L·m−3·saat−1 |
| GOR | Yaklaşık 0,31 | Yaklaşık 0,49 |
| STEC | Yaklaşık 2180 kWh·m−3 | Yaklaşık 1350 kWh·m−3 |
| COD tutma | %99,7’nin üzerinde | |
Yüzey aktif maddenin etkisi
| Koşul | %1 yağ | %1 yağ + %0,5 Tween 80 |
|---|---|---|
| Besleme sıcaklığı | 80 °C | |
| Su üretkenliği | Referans | Yaklaşık %2,5 daha düşük |
| Ürün suyu COD | 15 mg·L−1 | 28 mg·L−1 |
| COD tutma | Yaklaşık %99,8 | Yaklaşık %99,7 |
Tekrarlanabilirlik ve ölçek büyütme gereksinimleri
Deneylerin en az üç kez tekrarlanması olumlu bir yöntemsel özelliktir. Buna karşılık ortalama sonuçlarla birlikte standart sapmalar verilmediğinden üretkenlik, COD, GOR ve STEC ölçümlerinin saçılımı bilinmemektedir. Cihazın farklı günlerde veya farklı hazırlanan emülsiyon partilerinde aynı sonucu verip vermediği de ayrı bir analizle gösterilmemiştir.
Endüstriyel ölçek büyütme için aşağıdaki çalışmalar gereklidir:
- Gerçek yağlı atık sularda uzun süreli kesintisiz deneyler,
- Dolgu kirlenmesi ve temizleme prosedürleri,
- Buğu tutucu ve damlacık ayırıcı tasarımı,
- Isı eşanjörü ve ısı geri kazanım optimizasyonu,
- Atık ısı ve güneş termal sistemiyle bütünleşme,
- Uçucu organik maddelerin ürün suyuna taşınması,
- Yoğunlaştırılmış yağlı kalıntının geri kazanımı veya bertarafı,
- Toplam elektrik ve yakıt tüketimi,
- Teknoekonomik ve yaşam döngüsü değerlendirmesi.
Kaynak ve Yöntem Notu
Çalışmanın tam özgün adı: Experimental Investigation of Reduction and Separation Treatment of Oily Wastewater via Humidification-Dehumidification System
Yazarlar ve sıraları: Huiwen Chen, Jingcheng Cai, Fei Guo.
Eş katkı veya eş birinci yazarlık: Çalışmada eş katkı veya eş birinci yazarlık açıklaması bulunmamaktadır.
Sorumlu yazar: Fei Guo. Yıldız işaretiyle sorumlu yazar olarak gösterilmiştir; e-posta adresi metinde yer almamaktadır.
Kurum: School of Energy and Power Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024, China.
DOI: 10.2139/ssrn.7197880. Bu DOI, SSRN ön baskı kaydına aittir ve hakemli bir dergi makalesi DOI’si değildir.
Dergi veya konferans: İncelenen sürüm için doğrulanmış bir hakemli dergi veya konferans yayını bulunmamaktadır.
Yayın platformu: SSRN.
Özgün yayınevi: Çalışma için doğrulanmış bir nihai dergi yayınevi bulunmamaktadır. SSRN, ön baskının dağıtıldığı platformdur.
Yayın yılı: 2026.
Kaynak türü: Deneysel çevre ve enerji mühendisliği, ısıl ayırma, kütle aktarımı ve yağlı atık su arıtımı araştırma preprinti.
Hakemlik durumu: Çalışma hakem değerlendirmesinden geçmemiştir. Her sayfada “This preprint research paper has not been peer reviewed” uyarısı bulunmaktadır.
Resmî bağlantılar:SSRN resmî kayıt sayfası ve SSRN DOI bağlantısı.
Finansman: İncelenen metinde finansman bilgisi yer almamaktadır.
Çıkar çatışması: İncelenen metinde ayrı bir çıkar çatışması beyanı bulunmamaktadır.
Yazar katkıları: İncelenen metinde CRediT veya ayrıntılı yazar katkısı beyanı bulunmamaktadır.
Veri erişimi: Ham deney verileri, tekrar ölçümleri, hata hesapları ve cihaz kayıtları için açık bir veri deposu veya erişim bağlantısı verilmemiştir.
Bu Türkçe makale, yüklenen 17 sayfalık çalışmanın yağlı su hazırlama protokolü, laboratuvar cihazı, sistem fotoğrafları, emülsiyon mikrografı, kütle ve enerji denklikleri, performans formülleri, yağ derişimi, sıcaklık ve yüzey aktif madde deneyleri ile Şekil 1–7’deki sayısal sonuçlar esas alınarak hazırlanmıştır. Çalışmada yer almayan yeni bir deney sonucu veya dış kaynaktan bilimsel performans bulgusu eklenmemiştir. Dış doğrulama yalnızca yazarlar, DOI, yayın platformu ve yayın durumunun bibliyografik kimliğiyle sınırlandırılmıştır.
Çalışmanın başlıca sınırlılıkları; hakem değerlendirmesinden geçmemiş olması, gerçek endüstriyel atık su yerine soya yağı ve Tween 80 kullanılması, deneylerin bir saatlik kararlı dönemle sınırlı kalması, hata çubukları ve istatistiksel analizlerin bulunmaması, ürün suyu kalitesinin yalnızca COD ile değerlendirilmesi, toplam sistem enerji tüketiminin hesaplanmaması, STEC formülünde birim dönüşümünün açık olmaması ve uzun süreli kirlenme ile ölçek büyütme deneylerinin yapılmamasıdır.
Sonuçlar, laboratuvar koşullarında HDH işleminin model yağlı sudan su buharını seçici biçimde ayırabildiğini ve organik içeriğin büyük bölümünü besleme tarafında tutabildiğini göstermektedir. Bulgular gerçek endüstriyel tesislerde doğrulanmış enerji verimliliği, doğrudan deşarj kalitesinde su, ticari ekonomik üstünlük veya bütün yağlı atık su türlerine genellenebilir performans kanıtı değildir.

Bir yorum bırakın
E-posta adresiniz yayınlanmayacaktır. Gerekli alanlar * ile işaretlenmiştir