Effect of Slurry Aeration on Coagulation: An Application of Irregular Factorial Design Analysis

Abstract

The effect of the aeration on the coagulation of a bentonite suspension was tested in this study. The experimental runs for this coagulation work was formed with the help of the irregular factorial design. Based on this irregular fractional design, a statistical model (R2 = 92.65%; p-value<0.05) was computed to interpret the main effects and interactions of the independent parameters: pH, aeration, and the Al-coagulant. The suspension pH was determined as the most effective parameter in this system since the degree of the hydrolyses of aluminium directly varies as a function of pH. Therefore, the increase in the suspension pH resulted in the higher sediment volumes whereas the minimum sediment volume was obtained at pH 5. Furthermore, the interaction effect of the product: pHxaeration in the statistical model was very critical for the performance of the process. Especially, at acidic pH levels, the aeration adversely affected the sediment formation after the coagulation. 3-D response surfaces of the estimated model also showed that the maximum amount of the Al-coagulant should be added at pH 5 and no aeration should be applied for the minimization of the sediment volume.

Bu çalışmada, bentonite süspansiyonunun koagülasyonu esnasında sisteme verilen hava kabarcıklarının fizikokimyasal süreç üzerindeki etkileri incelenmiştir. Koagülasyon çalışması için gerekli deney seti, istatistiksel bir teknik olan fraksiyonel dizayn yöntemi ile oluşturulmuştur. Bu yöntem ile elde edilen istatistiksel model (R2 = 92.65%; p-value<0.05) parametrelerin (pH, havalandırma ve Al-koagülant) sistem üzerindeki temel etkilerinin ve etklileşimlerinin belirlenmesinde ve yorumlanmasında kullanılmıştır. Sonuç olarak, alüminyum iyonlarının hidrolizinin temel olarak pH faktörü ile değişmesi sebebi ile süspansiyon pH’ının performans açısından en etkili bağımsız değişken olduğu görülmüştür. pH seviyesinin yükseltilmesi daha fazla çamur hacminin oluşmasına sebep olurken en düşük çökelen katı hacmi pH 5 değerinde elde edilmiştir. Ek olarak, istatistiksel eşitlikteki pHxhava etkileşiminin sistem performansı açısından kritik öneme sahip olduğu gözlemlenmiştir. Özellikle asidik pH seviyelerinde hava kabarcıkları koagülasyon performansını olumsuz etkilemiştir. İstatistiksel modele ait 3-Boyutlu etki yüzeyleri incelendiğinde ise koagülasyon sonrası elde edilen çamur hacminin minimize edilebilmesi için maksimum Al-koagülantı pH 5 seviyelerinde eklenmesi gerekliliği tespit edilmiştir. Süspansiyon içerisindeki hava kabarcıklarının ise flok oluşumunu engellediği ve optimum koagülasyon performansı için uygun bir parameter olmadığı sonucuna varılmıştır.