Ters Osmoz Sistemi'nde tuz gideriminin modellenmesi ve optimizasyonu

Bu çalışma, deniz suyunun tuzdan arındırılmasında yaygın olarak kullanılan ters osmoz (TO) sistemlerinde tuz gideriminin modellenmesi ve optimizasyonuna odaklanmaktadır. Araştırmanın temel amacı; pH, sıcaklık, basınç ve tuz konsantrasyonu gibi başlıca operasyonel parametrelerin optimize edilmesi yoluyla TO membranların ayırma verimliliğini artırmaktır. Operasyonel parametrelerin tuzluluk giderimi, toplam çözünmüş katı madde (TÇKM) giderimi ve elektriksel iletkenlik (Eİ) azaltılması üzerindeki etkilerini araştırmak için Düzenli İki Seviyeli Faktöriyel Tasarım (DİS-FT) ve Merkezi Kompozit Tasarım (MKT) kullanılmıştır. Veriler, istatistiksel analiz yöntemleriyle değerlendirilmiş ve çeşitli operasyonel koşullarda TO sistem performansını öngörmek üzere ikinci dereceden (kuadratik) regresyon modelleri geliştirilmiştir. Ayrıca, sistem performansının daha hassas tahmin edilebilmesi ve optimizasyon sürecinin desteklenmesi amacıyla Yapay Sinir Ağları (YSA) yöntemi de kullanılmıştır. DİS-FT deney setlerinde pH, basınç ve tuz konsantrasyonunun tüm bağımlı değişkenler üzerinde belirgin bir etkiye sahip olduğu gözlemlenmiş olup, sıcaklığın etkisi sınırlı kalmıştır. MKT deney setlerinde özellikle basınç ve tuz konsantrasyonunun bağımlı değişkenler üzerinde etkili olduğu, pH ve sıcaklığın ise sınırlı etkiye sahip olduğu gözlenmiştir. DİS-FT ve MKT için YSA ile yapılan performans tahminlerinde korelasyon katsayıları (R2) sırasıyla 0,77 ve 0,97 olarak hesaplanmıştır. Bu sonuç, MKT'nin doğrusal olmayan ilişkiler ve karmaşık etkileşimler için hem daha yüksek tahmin doğruluğu sağladığını hem de sürecin optimizasyonunda daha güvenilir olduğunu ortaya koymaktadır. MKT ile geliştirilen modellerin bağımlı değişkenler için gerçek veriler ile uyumu %80'in üzerindedir. TO sisteminde tuzluluk giderimi için MKT ile belirlenen optimal işletme koşulları; pH 9, basınç 40 bar, sıcaklık 45 °C ve tuz konsantrasyonu 10 g/L olarak tanımlanmıştır. Sonuç olarak, araştırma bulguları TO sistemlerinde tuz giderme performansının artırılmasına ve sistem optimizasyonuna yönelik önemli bilimsel çıktılar sunmaktadır. Elde edilen sonuçlar, Birleşmiş Milletler Sürdürülebilir Kalkınma Hedefleri doğrultusunda değerlendirildiğinde, özellikle 6 nolu "Temiz Su ve Sanitasyon" hedefi kapsamında hem literatüre hem de endüstriyel uygulamalara anlamlı katkılar sağlayacağı öngörülmektedir.