Süperkritik su oksidasyon cihazı tasarımı, imalatı ve performans analizi

Çevre kirliliği problemi, son yıllarda giderek artan çevre bilinci ile ulusal ve uluslararası politik düzeyde çözülmesi gereken en önemli problemlerden biri haline gelmiştir. Yüzeysel ve yeraltı sularının kirliliği de en önemli çevre sorunlarının başında gelmektedir. Atık suların arıtımında mekanik, biyolojik, fiziksel ve kimyasal bir takım arıtma yöntemleri ayrı ayrı veya birlikte kullanılmaktadır. Fakat bu yöntemler ile kalıcı ve toksik organik maddelerin giderimi konusunda zorluklar yaşanmaktadır. Kimyasal pıhtılaştırma/yumaklaştırma, kimyasal çöktürme gibi yöntemlerde, kalıcı toksik organik madde giderimi verimi düşük olmaktadır. Distilasyon ve adsorpsiyon üniteleri ile kalıcı ve toksik organik madde gideriminde yüksek verimler elde edilmesine rağmen oldukça pahalı yöntemlerdir. Membran sistemlerde Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) giderimi yüksek olmakla birlikte bu teknolojilerde konsantre su yöntemleri gerekmektedir. Bu nedenle, kalıcı ve toksik organik madde içeren endüstriyel atık suların arıtımında ileri oksidasyon teknolojilerine ihtiyaç duyulmaktadır. Tüm bunlar dikkate alındığında kullanılan sistemler arasında Süperkritik Su Oksidasyon Yöntemi (SKSO) öne çıkmaktadır. SKSO yöntemi ile atık su arıtma sistemi kalıcı ve toksik madde gidermede %90'nın üzerinde başarı sağlamaktadır. Ayrıca diğer yöntemlerle uzun sürelerde gerçekleşen çalışmalar bu sistem sayesinde çok kısa sürelerde yapılabilmektedir. Süperkritik su, kritik sıcaklığın üstüne kadar ısıtılmış (374.8 oC) ve kritik basınçtan (221.3 Bar) öteye sıkıştırılmış bir akışkandır. Faz olarak sıvı ve gaz fazın karışımı özelliğini göstermektedir. Yoğunlukları sıvıya, difüzlenebilme özellikleri ve viskoziteleri gaz fazın özelliğine yakındır. Yüksek difüziviteye sahip olmaları katı maddelerin içine rahatlıkla sızmalarını, sıvıya yakın yoğunlukları ise katı matrisleri çözmelerinde fayda sağlamaktadır. Bu sayede yüksek saflıklarda su arıtma yapılabilmektedir. Yapılan bu tez çalışmasında değişik çalışma şartlarına ayarlanabilen (220-300 Bar basınç, 375-500 oC sıcaklık), farklı içerikteki atık suların (çöp atık suyu vb. kirli sular) arıtımını SKSO yöntemiyle gerçekleştirebilen bir cihaz tasarlanmış ve üretimi yapılmıştır. Ayrıca cihazın kritik öneme sahip reaktör bölümünün, 304 (X5CrNi18-10) ve 316 (X5CrNiMo17-12-2) kalite paslanmaz çelik malzeme kullanımındaki performans analizi yapılmıştır.