Yüzeysel Sulardaki Doðal Organik Maddelerin Gideriminde Uygun Koagülasyon Þartlarýnýn Belirlenmesi

Transkript

1 15, 59, Yüzeysel Sulardaki Doðal Organik Maddelerin Gideriminde Uygun Koagülasyon Þartlarýnýn Belirlenmesi Ufuk ALKAN, Arzu TEKSOY, Hüseyin Savaþ BAÞKAYA Uludað Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlýk Fakültesi, Çevre Mühendisliði Bölümü, Görükle-BURSA Özet Bu çalýþmada, yüzeysel sularda bulunan doðal organik maddelerin güçlendirilmiþ koagülasyon ile gideriminin belirlenmesi amaçlanmýþtýr. Bursa Ýli'nin içme suyu ihtiyacýnýn büyük bir bölümünü karþýlayan Doðancý Barajý'ndan temin edilen suda Al 2 (SO 4 ) 3, FeCl 3, FeSO 4 kullanýlarak jar testi yapýlmýþtýr. Her bir koagülant için güçlendirilmiþ koagülasyon koþullarý belirlendikten sonra koagülasyon veriminin arttýrýlmasý için anyonik ve katyonik polielektrolitler kullanýlmýþtýr. Çalýþmadan elde edilen bulgular içme sularýnda su kalitesinin bozulmasýna, klorlama sonrasýnda kanserojenik dezenfeksiyon yan ürünlerinin oluþmasýna ve daðýtým sisteminde bazý iþletme problemlerine neden olan doðal organik maddelerin güçlendirilmiþ koagülasyon prosesi ile önemli oranda giderildiðini göstermiþtir. Güçlendirilmiþ koagülasyon sonrasýnda toplam organik karbon (TOK) gideriminin %17-64, çözünmüþ organik karbon (ÇOK) gideriminin %45-78, biyoparçalanabilir çözünmüþ organik karbon (BPÇOK) gideriminin %45-83 arasýnda deðiþtiði tespit edilmiþtir. En etkili organik madde giderimi FeCl 3 ile birlikte anyonik polielektrolit kullanýmý sonucu gerçekleþmiþtir. Bu uygulamada elde edilen TOK giderimi %55, ÇOK giderimi %78, BPÇOK giderimi %83 olmuþtur. Anahtar Kelimeler: Biyoparçalanabilir organik karbon, çözünmüþ organik karbon, içme suyu, koagülasyon, toplam organik karbon. Determination of Optimun Coagulation Conditions for the Removal of Natural Organic Matter from Surface Waters Absract The aim of this study was to determine the removal of natural organic matter by enhanced coagulation. Jar tests were applied by using Al 2 (SO 4 ) 3, FeCl 3, FeSO 4 to the water obtained from Doðanci Dam which serves as the major water supply source for Bursa City. After enhanced coagulation conditions for each coagulant were determined, cationic and anionic polyelectrolytes were used in conjunction with metallic coagulants in order to further improve removal efficiency. Findings of this study showed that natural organic matter causing deterioration of water quality, formation of harmful cancerogenic disinfection by-products after chlorination and some operating problems in distribution systems was removed significantly by enhanced coagulation process. It was determined, as a result of jar tests that removals were 17-64% for Total Organic Carbon (TOC), 45-78% for Dissolved Organic Carbon (DOC) and 45-83% for Biodegradable Organic Carbon (BDOC). The highest removal level was obtained by using FeCl 3 in conjunction with anionic polyelectrolyte. The result of this study showed that TOC, DOC and BDOC removal efficiencies were 55%, 78% and 83%, respectively. Keywords: Biodegradable organic carbon, coagulation, dissolved organic carbon, drinking water, total organic carbon. GÝRÝÞ Yüzeysel sularda bulunan doðal organik maddeler içme sularýnda pek çok problemin kaynaðýný oluþturmaktadýr. Sularda renk, tat ve koku problemlerine yol açmalarýnýn yaný sýra arýtým sýrasýnda dezenfektanlarla reaksiyona girerek dezenfeksiyon yan ürünlerinin oluþumuna neden olmaktadýr (Anonymous 1979). Doðal organik maddelerin klor ile reaksiyona girmesi sonucu 18 oluþan trihalometanlar kanserojenik etki göstermektedirler. Bunun yaný sýra arýtým sonrasýnda suda kalan organik bileþikler daðýtým sisteminde mikroorganizmalar için besi kaynaðý olup suyun mikrobiyal kalitesini bozabilmekte, boru yüzeylerinde biyofilm oluþumuna neden olabilmektedir (Levy ve ark. 1986). Ayrýca iletim borularýnda korozyonun artmasý, anyon deðiþtirici reçineler ve membranlarda biyofilm oluþumu gibi problemlere

2 Yüzeysel Sulardaki Doðal Organik Maddelerin Gideriminde... Ekoloji de yol açmaktadýrlar (Gregor ve ark. 1997). Bu nedenle arýtým sýrasýnda doðal organik maddenin giderimi büyük önem taþýmaktadýr. Yüzeysel sulardaki doðal organik maddeler vejetatif, toprak, evsel ya da endüstriyel orijinli olup humik maddeler ve humik olmayan maddelerden meydana gelmektedir (Baþkaya 1975, Narkis ve Rebhun 1975, Singer ve ark. 2003). Humik asit, fulvik asit ve huminlerden oluþan humik maddeler amorf, asidik, aromatik, hidrofobik yapýda yüksek molekül aðýrlýklý kompleks bileþiklerdir. Karboksil, fenolik hidroksil ve alkolik hidroksil gibi fonksiyonel gruplara sahiptirler. Humik olmayan doðal organik maddeler; hidrofilik asitler, amino asitler ve karbonhidratlardan oluþmaktadýr (Nowack ve Cannon 1997). Doðal organik maddeler; moleküler aðýrlýklarýna, yük yoðunluklarýna, polaritelerine, çözünürlüklerine, moleküler özelliklerine, ham suyun bulanýklýðýna baðlý olarak koagülasyon, sedimentasyon ve filtrasyon gibi klasik arýtma iþlemleri ile giderilebilmektedir. Alüminyum tuzlarý [Al 2 (SO 4 ) 3, AlCl 3, Al(OH)5Cl, NaAlO 2 v.b.] ve demir tuzlarý [FeCl 3, FeSO 4, Fe 2 (SO 4 ) 3 v.b.] gibi koagülantlar ile %10-90 oranýnda doðal organik madde giderimi saðlanabilmektedir (O'Melia ve ark. 1999). Bu koagülantlarýn arýtým sýrasýndaki davranýþý, arýtým verimi ve çökelek oluþturma özellikleri farklýlýk göstermektedir (Lorentson ve ark. 2002, Duan ve Gregory 2003). Doðal organik maddelerin koagülasyon ile gideriminde ph koþullarý, suyun sertliði, sýcaklýk, koagülant dozu ve doðal organik madde konsantrasyonu gibi faktörler büyük önem taþýmaktadýr (Amirtharajah ve ark. 1993). Son yýllarda güçlendirilmiþ koagülasyon adý verilen uygulama ile koagülasyon koþullarý bulanýklýk gideriminden ziyade toplam organik karbon giderimine baðlý olarak belirlenmektedir. Bu uygulamada maksimum organik karbon giderimin elde edildiði koagülasyon dozu ve ph'sý optimum olarak seçilmektedir (Rizzo ve ark. 2005). Volk ve ark. (2000) klasik koagülasyon ile ortalama %29 ÇOK giderimi elde ederken güçlendirilmiþ koagülasyon ile ortalama %43 ÇOK giderimi elde etmiþlerdir. Uyak ve Toröz (2005) ise güçlendirilmiþ koagülasyon ile dezenfeksiyon yan ürünlerinin oluþumunun önemli oranda kontrol altýna alýndýðýný ve FeCl 3 'ün güçlendirilmiþ koagülasyon koþullarýndan alümda daha yüksek oranda organik madde giderdiðini belirtmiþlerdir. Bu çalýþmada Doðancý Barajý'ndan alýnan su örneklerinde alüminyum sülfat (alüm), demir III klorür ve demir II sülfat gibi farklý koagülantlar kullanýlarak güçlendirilmiþ koagülasyon uygulanmýþtýr. Her bir koagülant için maksimum organik madde giderimini saðlayan optimum koþullar belirlendikten sonra, anyonik ve katyonik polielektrolit gibi koagülant yardýmcýlarý kullanýlarak bu polimerlerin koagülasyon verimini arttýrýcý etkileri incelenmiþtir. Böylelikle bu çalýþma ile doðal organik madde gideriminde en etkin koagülasyon þartlarý belirlenerek dezenfeksiyon sonrasýnda meydana gelebilecek trihalometan oluþumu ve daðýtým sisteminde suyun mikrobiyal kalitesinin bozulmasý gibi olumsuz þartlarýn önlenmesine yönelik katkýda bulunulacaktýr. MATERYAL VE METOT Ham Su Özellikleri Çalýþmada ham su olarak Doðancý Barajý'ndan beslenen Dobruca Ýçme Suyu Arýtma Tesisi giriþinden alýnan su numunesi kullanýlmýþtýr. Tablo 1'de ham suya ait bazý özellikler verilmiþtir. Jar Testi 40 litrelik kap ile alýnan su örneði laboratuara getirildikten hemen sonra ph, bulanýklýk, UV absorbansý, TOK, ÇOK, BPÇOK ve trihalometan oluþum potansiyeli (THMOP) belirlenmiþtir. Jar testi düzeneði 6'lý olduðundan tüm koagülantlar için ayný anda jar testi yapýlamamýþ, örnek 4ºC' de muhafaza edilmiþtir. Jar testi denemelerine baþlamadan önce örneklerin oda sýcaklýðýna (21ºC) gelmesi beklenmiþtir. Koagülant olarak Al 2 (SO 4 ) 3. 14H 2 O, FeCl 3.6H 2 O, FeSO 4. 7H 2 O; koagülant yardýmcýlarý olarak anyonik (AS84, Ondeo Nalco) ve katyonik polielektrolit (BC853, Stockhausen) kullanýlmýþtýr. 6 adet 1 litrelik beher ve pedallý karýþtýrýcý ile gerçekleþtirilen jar testi denemelerinde koagülant ilavesinden sonra örnekler 100 devir/dakika'da 1 dakika, 30 devir/dakika'da 30 dakika karýþtýrýlmýþtýr. Oluþan floklar 30 dakika çökelmeye býrakýlmýþtýr. Polielektrolit ilaveleri Tablo 1. Doðancý Barajý'nda alýnan ham su örneðininin özellikleri. 19

3 U. ALKAN, A. TEKSOY, H. S. BAÞKAYA flokülasyon sýrasýnda yapýlmýþtýr. Optimum Koagülasyon ph'sýnýn ve Dozunun Belirlenmesi Optimum ph belirlenirken alüm için 4, 5, 6, 7, 7,5, 8 ph deðerlerinde, FeCl 3 ve Fe(SO) 4 için 3,5, 4,5, 5,5, 6,5, 8,5 ve 9 ph deðerlerinde çalýþýlmýþtýr. Optimum ph belirleme çalýþmasýnda uygulanan koagülant dozlarý alüm için 20 mg/l, FeCl 3 için 18 mg/l ve Fe(SO) 4 için 19 mg/l olmuþtur. Koagülant eklendikten sonra ph deðeri HCl ve NaOH kullanýlarak istenen deðere ayarlanmýþtýr. Arýtma proseslerinde doðal organik madde giderimi, oldukça pahalý ve zaman alýcý olan TOK ölçümleri ile belirlenmektedir. Organik bileþiklerdeki çift baðlar 254 nm'deki UV ýþýnýný absorblayabildikleri için ham su ve arýtýlmýþ suyun organik içeriðinin hýzlý bir þekilde ortaya konulmasý için UV absorbansý ölçülmektedir (Pernitsky 2004). Dolayýsý ile doðal organik madde miktarýndaki azalma, UV absorbansý izlenerek belirlenmiþtir ve UV absorbansý azalmasýnýn maksimum olduðu ph deðeri optimum olarak seçilmiþtir. Optimum koagülant dozunun belirlenmesi için beherlere artan konsantrasyonlarda koagülant ilave edilip istenen ph'ya ayarlanmýþtýr. Kullanýlan alüm dozlarý 10, 20, 30, 40, 50, 60 mg/l, FeCl 3 ve FeSO 4 dozlarý da alüm eþdeðeri olarak sýrasýyla 9,1, 18, 27, 36, 46, 55 mg/l ve 9,4, 19, 28, 37, 47, 56 mg/l olarak seçilmiþtir. UV absorbansýndaki azalmanýn maksimum olduðu koagülant konsantrasyonu optimum doz olarak kabul edilmiþtir. Optimum polielektrolit dozu belirlenirken beherlere yeni örnek konulup optimum ph'ya ayarlanmýþ ve optimum koagülant dozu ilave edilmiþtir. Hýzlý karýþtýrma iþleminden sonra artan konsantrasyonlarda polielektrolit eklenmiþtir. Uygulanan anyonik ve katyonik polimer dozlarý 0,01, 0,05, 0,07, 0,1, 0,15, 0,2 mg/l'dir. UV absorbansý azalmasýnýn en yüksek olduðu polielektrolit konsantrasyonu optimum doz olarak seçilmiþtir. Bu iþlem her koagülant için anyonik ve katyonik polielektrolit ile ayrý ayrý yapýlmýþtýr. Analizler Optimum koagülasyon koþullarý belirlendikten sonra bu örneklerde doðal organik madde miktarýný temsil eden bazý spesifik parametreler seçilmiþtir. Bunlar TOK, ÇOK, bakteriyel büyümede kullanýlabilen miktarý gösteren BPÇOK, doðal organik maddenin humik karakterini ortaya koyan 254 nm'deki UV absorbansý ve spesifik UV absorbansý (SUVA) deðeridir. TOK ve ÇOK miktarlarý, Shimadzu TOC-V CSH toplam organik karbon analiz cihazýnda yüksek sýcaklýkta yakma yöntemi (5310 B) ile belirlenmiþtir (Anonymous 1992). ÇOK miktarý belirlenmeden önce su örnekleri 0,45 m gözenek çaplý membran filtreden süzülmüþtür. BPÇOK miktarý, Ribas ve ark. (1991) tarafýndan önerilen birbirine seri baðlanmýþ, içi kum ile dolu iki cam kolondaki baðlý biyokütle reaktör sistemi ile belirlenmiþtir. Su örnekleri kolondan düþük hýzda yukarý akýþlý olarak geçirilmiþ, iki saat sonunda (kolonlardaki toplam bekleme süresi) kolon çýkýþýndan alýnan örneklerde ÇOK analizi yapýlmýþtýr. Kolon giriþindeki ÇOK miktarý ile çýkýþýndaki ÇOK miktarý arasýndaki farktan BPÇOK miktarý belirlenmiþtir. Doðal organik maddenin humik içeriðini temsil eden 254 nm dalga boyundaki UV absorbanslarý, örnekler 0,45 m gözenek çaplý membran filtreden süzüldükten sonra Jenway 6105 marka UV-visible spektrofotometre ile belirlenmiþtir (Uyak ve Toröz 2005). Spesifik UV absorbansý UV absorbansý ve ÇOK ölçümlerine dayanarak aþaðýdaki formül yardýmý ile hesaplanmýþtýr. SUVA (m -1 L/mg)= [UV254 (cm -1 ) x 100]/ ÇOK (mg/l) Doðal organik madde yapýsý hakkýnda fikir vermekte ve koagülasyonun doðal organik madde, TOK ve dezenfeksiyon yan ürünü oluþturan bileþiklerin koagülasyon ile gideriminde indikatör olarak kullanýlmaktadýr. Ham sudaki trihalometan oluþum potansiyeli (THMOP) standart metotlarda belirtilen yönteme (5710 B) göre yapýlmýþ (Anonymous 1992) ve trihalometan (THM) konsantrasyonu sývý-sývý ekstraktsiyon yöntemi (6232 B) ile EC detektörlü HP marka 5890 model II seri nolu gaz kromatografisi kullanýlarak belirlenmiþtir. Bulanýklýk Jenway 6035 marka turbidimetre ile nefelometrik olarak ölçülmüþtür. Deney sürecinde ham su kalitesinde deðiþiklik olup olmadýðýný görmek amacýyla her deney serisinde jar testine baþlamadan önce ph, bulanýklýk ve UV absorbans deðerleri belirlenmiþtir. Ham su 4ºC' de saklandýðý ve çok kýsa sürede deneyler yapýldýðý için bu deðerlerde deðiþim olmamýþtýr. BULGULAR VE TARTIÞMA Optimum ph Optimum koagülasyon ph'sý, koagülant türüne ve ham suyun özelliklerine baðlý olarak büyük deðiþim göstermektedir. Bu çalýþmada belirlenen optimum koagülasyon ph'sý alüm için 6, FeCl 3 ve 20

4 Yüzeysel Sulardaki Doðal Organik Maddelerin Gideriminde... Ekoloji FeSO 4 için ise 5,5'tir. ph 6'da alümün çözünürlüðünün minimum olmasý maksimum miktarda koagülantýn katý fazdaki floklara dönüþmesine neden olmaktadýr. Dolayýsý ile bu ph deðerinde organik madde giderimi daha fazla olmaktadýr. FeCl 3 'ün minimum çözünürlüðü ph 8,8 civarýndadýr. Fakat FeCl 3, alüm gibi minimum çözünürlüðe sahip olduðu ph'ta etkili olan bir koagülant deðildir. Pozitif yüklü türlerinin aðýrlýkta olduðu düþük ph'larda özellikle de ph 5,5'ta doðal organik madde gideriminde daha iyi performans göstermektedir (Gregory ve Duan 2001). FeSO 4 'ün suya ilavesiyle oluþan Fe(OH) 2, suda çok iyi çözündüðünden etkin bir yumaklaþma meydana getirmemektedir. Fiyatý uygun olduðu için tercih edilen bu koagülant okside edilerek kullanýlmakta (Eroðlu 1995) veya klor ilavesi ile daha etkili floklaþma saðlanmaktadýr. Bu çalýþmada floklaþmayý arttýrmak amacýyla FeSO 4 ile birlikte NaOCl kullanýlmýþtýr. FeSO 4 dozuna uygun klor miktarý stokiyometrik olarak hesaplanmýþtýr. FeSO 4 ilave edildikten sonra NaOCl eklenmiþ ve Fe 2+ iyonlarý Fe 3+ 'e dönüþtürülmüþtür. Böylelikle etkili bir flok oluþumu ve organik madde giderimi saðlanmýþtýr. Bu uygulamada NaOCl ilavesi sýrasýnda Fe 2+ iyonlarýn Fe 3+ 'e oksidayonundan önce klorlu organik bileþik oluþumu söz konusu olabilir. Ancak, küçük miktarlarda oluþacaðý düþünülen bu bileþiklerin koagülasyon sýrasýnda oluþan floklarla birlikte çökeceði düþünülmektedir. Düþük ph deðerlerinin doðal organik madde gideriminde daha etkili olduðu daha önce yapýlan pek çok çalýþmada da belirtilmiþtir. Gregor ve ark. (1997) çözünmüþ organik maddeler ile askýda partiküllerin maksimum gideriminin farklý ph'larda saðlandýðýný, organik maddelerin giderim veriminin ph 5,6'da maksimum olduðunu vurgulamýþlardýr. Davis ve Cornwell (1998), alüm ile doðal organik madde gideriminde en uygun ph aralýðýnýn 5,5-6,5 olduðunu bildirmiþlerdir. Volk ve ark. (2000) farklý yüzeysel sularla yapmýþ olduklarý çalýþmada alüm ve FeCl3 için optimum ph aralýklarýný sýrasýyla 4,4-6,7 ve 5,6-7,1 olarak belirlemiþlerdir. Vaezi ve ark. (2005) organik madde gideriminde düþük ph'arda FeCl 3 kullanýmýnýn doðal organik madde gideriminde etkili yöntem olduðunu vurgulamýþlardýr. Ýçme suyu arýtýmýnda primer koagülant veya koagülant yardýmcýsý olarak kullanýlan, suda çözündüklerinde anyonik, katyonik ve noniyonik özellik gösterebilen polimerler suyun ph'sýndan etkilenmemekte ve ph ayarlamasýna ihtiyaç duymamaktadýrlar (Hart ve Hartling 2001). Metal tuzlarý ile birlikte kullanýldýklarýnda suda herhangi bir ph deðiþimine neden olmadýklarý için anyonik ve katyonik polielektrolitlerin optimum konsantrasyonlarý belirlenirken yeniden ph ayarlamasý yapýlmamýþtýr. Metal tuzlarý için optimum kabul edilen ph deðerlerinde çalýþýlmýþtýr. Optimum Koagülant ve Koagülant Yardýmcýsý Dozlarý Optimum koagülant dozunu belirlemek için yapýlan ön çalýþmalar sonucunda elde edilen bulgular maksimum organik madde giderimini saðlayan alüm dozunun 20 mg/l, FeCl 3 dozunun 27 mg/l, FeSO 4 dozunun ise 28 mg/l olduðunu göstermiþtir. Bu dozlarda elde edilen UV absorbansý azalmalarý ise sýrasý ile %69, %77 ve %72'dir. Giderim yüzdeleri kýyaslandýðýnda FeCl 3 'ün en etkili koagülant olduðu ortaya çýkmaktadýr. Farklý yüzeysel sulardaki doðal organik madde orijinleri farklý olduðundan doðal organik madde içeriði de deðiþim göstermektedir. Dolayýsýyla doðal organik madde gideriminde kullanýlan koagülant türü ve koagülant dozu da deðiþim göstermektedir. Geçmiþte yapýlan çalýþmalarda suyun ÇOK miktarý ile koagülant dozu arasýnda sitokiyometrik bir iliþkinin bulunduðu belirtilmiþtir. Volk ve ark. (2000) ÇOK miktarý 15,09 mg/l olan yüzeysel suda ph 4,4'te optimum FeCL 3 dozunu 70 mg/l, ÇOK miktarý 2,63 mg/l olan bir baþka yüzeysel suda ise ph 6,5'te 35 mg/l olarak belirlemiþtir. Amirtharajah ve ark. (1993) doðal organik madde miktarý 3,4 mg/l olan nehir suyunda, en iyi renk ve trihalometan öncüsü gideriminin ph 5,5'te mg/l arasýndaki FeCl 3 konsantrasyonlarý ile saðlandýðýný ortaya koymuþlardýr. Çalýþmamýzda belirlenen optimum katyonik ve anyonik polielektrolit dozlarý alüm ile birlikte kullanýldýðýnda 0,07 ve 0,05 mg/l, FeCl 3 ile birlikte kullanýldýðýnda 0,1 ve 0,05 mg/l, FeSO 4 ile birlikte kullanýldýðýnda ise 0,07 ve 0,15 mg/l'dir. Polimerlerin optimum dozun üzerinde kullanýmý gerek polimer kaynaklý çamur miktarýnýn gerekse arýtma maliyetinin artmasýna neden olmasý açýsýndan uygun deðildir. Ayrýca restabilizasyona neden olmaktadýr. Bunlara ilaveten yüksek dozda polimer kullanýmý halk saðlýðýný da olumsuz yönde etkilemektedir. Ýçerdikleri bazý monomer ve reaktantlar, arýtma prosesi sýrasýnda suya eklenen kimyasallarla istenmeyen ikincil yan ürünler oluþturabilmektedir. Bu ürünler kanser riskini arttýrmaktadýr. Bu nedenle bazý ülkelerde içme suyu 21

5 U. ALKAN, A. TEKSOY, H. S. BAÞKAYA arýtýmýnda polimerlerin kullanýmý tamamen yasaklanmýþ, bazýlarýnda ise sýnýrlý kullanýmýna izin verilmiþtir (Lee ve ark. 1998). Tablo 2'den de görüldüðü gibi alüm ile yapýlan jar testi denemelerinde alümun tek baþýna kullanýmý ile %17 TOK giderimi elde edilirken, katyonik polielektrolit ile birlikte kullanýmý %55, anyonik polielektrolit ile birlikte kullanýmý %42 TOK giderimi saðlamýþtýr. Alüm ile elde edilen maksimum ÇOK giderim verimi %60 olarak belirlenmiþtir. Katyonik polielektrolit ve anyonik polielektrolit ilavesi ile ise %51 ve %58 olarak belirlenen verimler, polimerlerin ph 5,5'te alüm ile birlikte kullanýmýnýn ÇOK giderimini olumsuz etkilediðini göstermektedir. BPÇOK gideriminde ise katyonik polielektrolit ilavesi giderimi arttýcý etki gösterirken anyonik polielektrolit ilavesi azaltýcý etki göstermiþtir. Yalnýz alüm ilavesi ile BPÇOK giderimi %59 olup katyonik ve anyonik polielektrolit takviyesinden sonra elde edilen giderimler %66 ve %49'dur (Þekil 1). UV absorbansý ise her üç uygulamada ayný oranda azalmýþtýr (%69). Þekil 2'de FeCl 3 ile yapýlan jar testi denemeleri sonunda izleyici parametrelerin deðiþimleri verilmiþtir. TOK gideriminde FeCl 3 'ün tek baþýna kullanýmý ile %59, katyonik polielektrolitle birlikte kullanýmý ile %43, anyonik polielektrolitle birlikte kullanýmý ile %55 verim saðlanmýþtýr. ÇOK gideriminde ise maksimum verim FeCl 3 ile anyonik polielektrolitin birlikte kullanýmý ile elde edilmiþtir (%78). Anyonik polielektrolit yük nötralizasyonu ile ÇOK giderimine katkýda bulunmuþtur. FeCl 3 tek baþýna kullanýldýðýnda %75, katyonik polielektrolit ile birlikte kullanýldýðýnda %53, anyonik polielektrolit ile birlikte kullanýldýðýnda %78 ÇOK giderimi elde edilmiþtir. BPÇOK gideriminde FeCl 3 'ün gerek tek baþýna gerekse anyonik polielektrolitle birlikte kullanýmýndan elde edilen verim %83'tür. Katyonik polielektrolit ise giderim verimini %65'e düþürmüþtür. Mikroorganizmalar tarafýndan kullanýlabilir formda olmalarý açýsýndan BPÇOK'un etkin bir þekilde giderimi þebeke içerisinde mikrobiyal kalitenin korunmasýnda büyük avantaj saðlayacaðýný göstermektedir. Suda bulunan aromatik yapýdaki organik madde içeriðini yansýtan UV absorbansý FeCl 3 'ün tekbaþýna kullanýmýnda %85 oranýnda azalýrken, katyonik polielektrolitle birlikte kullanýmýnda %77, anyonik polielektrolitle birlikte kullanýmýnda %86 oranýnda azalmýþtýr (Þekil 2). FeCl 3 ile anyonik polielektrolitin birlikte kullanýmý etkin bir organik 22 Þekil 1. Alüm ve polielektrolit kullanýmý ile organik madde giderimi. Þekil 2. FeCl 3 ve polielektrolit kullanýmý ile organik madde giderimi. Þekil 3. FeSO 4 ve polielektrolit kullanýmý ile organik madde giderimi. madde giderimi saðlamakla birlikte suyun renginin deðiþmesine neden olmuþtur. Bu durum demir tuzlarýnýn ph 5,5'te çözünmesinden kaynaklanmaktadýr. Daha öncede belirtildiði gibi FeCl 3 ph 8,8'de minimum çözünürlüðe sahiptir. Ancak bu ph'da etkin bir organik madde giderimi olmadýðý için düþük ph'ta çalýþýlmýþtýr. Kolay çözünebilen formlarýn oluþturduðu bu renk koagülasyonu takiben uygulanan kum filtrasyonu prosesi ile giderilmektedir. En yüksek TOK giderimi FeSO 4 'ün tek baþýna

6 Yüzeysel Sulardaki Doðal Organik Maddelerin Gideriminde... Ekoloji Tablo 2. Farklý koagülant ve koagülant yardýmcýlarýnýn kullanýmýnýn ham suyun özelliklerine etkisi. TOK : Toplam organik karbon ÇOK : Çözünmüþ organik karbon BPÇOK : Biyoparçalanabilir organik karbon AP : Anyonik polielektrolit KP : Katyonik polielektrolit kullanýmýnda elde edilmiþtir. Hamsuyun TOK konsantrasyonu 4,52 mg/l'den 1,62 mg/l'ye düþürülerek %64 giderim saðlanmýþtýr (Þekil 3). ÇOK gideriminde FeSO 4 ile %45 giderim elde edilirken katyonik polielektrolit ilavesiyle bu deðer %48'e, anyonik polielektrolit ilavesiyle %67'ye çýkmýþtýr. FeSO 4 tek baþýna ham suyun BPÇOK konsantrasyonunu %60 oranýnda azaltmýþtýr. Katyonik polielektrolitle birlikte kullanýldýðýnda bu oran %45'e düþmüþ, anyonik polielektrolit ile birlikte kullanýldýðýnda ise herhangi bir deðiþim olmamýþtýr (%60). UV absorbansý ise her üç uygulamada önemli oranda azalmýþtýr. FeSO 4 'ün tek baþýna, anyonik polielektrolitle ve katyonik polielektrolitle birlikte kullanýmýndan elde edilen UV absorbansý azalmalarý sýrasý ile %72, %74 ve %82'dir. Elde edilen bulgular gözden geçirildiðinde en düþük TOK gideriminin (%17) alümün tek baþýna kullanýmý ile meydana geldiði görülmektedir. FeSO 4 kullanarak (%64) alümdan 3,77 kat, FeCl 3 kullanarak (%59) 3,5 kat daha fazla TOK giderimi saðlanmýþtýr. Yapýlan diðer çalýþmalarda da benzer sonuçlar tespit edilmiþtir. Julien ve ark. (1994) demir tuzlarýnýn alüm tuzlarýndan daha fazla TOK giderimi saðladýðýný ortaya koymuþtur. Volk ve ark. (2000), nehir suyu ile yapýlan bir çalýþmada alüm ile %47, ferrik sülfat ile %65 TOK giderimi elde edildiði belirtmiþlerdir. Uyak ve Toroz (2005) ise FeCl 3 ile %69 TOK giderimi elde ederken alum ile %49 TOK giderimi elde ettiklerini vurgulamýþlardýr. Anyonik ve katyonik polielektrolitlerin alüm ile birlikte kullanýmý, TOK giderimini olumlu yönde etkilerken FeCl 3 ve FeSO 4 için ayný durum söz konusu deðildir. Her iki polielektrolit kullanýmý bu koagülantlarýn TOK giderme verimini düþürmüþtür. Ancak ÇOK gideriminde FeCl 3 'ün gerek tek baþýna gerekse polielektrolitlerle birlikte kullanýmýnýn, diðer koagülantlarýn kullanýmýndan daha etkili olduðu görülmüþtür. Nitekim Volk ve ark. (2000), farklý yüzeysel sularda alüm, FeCl 3 ve FeSO 4 ile yaptýklarý koagülasyon çalýþmasýnda, anyonik polielektrolitin etkisini belirtmemekle birlikte FeCl 3 'ün ÇOK'u daha iyi giderdiðini vurgulamýþlardýr. Bu çalýþmada da ÇOK gideriminin yüksek olduðu uygulamalarda BPÇOK gideriminin de yüksek olduðu tespit edilmiþtir. Croue ve ark. (1995) FeCl 3 ve alüm ile BPÇOK ve ÇOK giderimi üzerine yaptýklarý çalýþmada bu iki parametrenin birbirleri ile baðlantýlý olduðunu, aralarýnda korelasyonun bulunduðunu vurgulamýþlardýr. ÇOK gibi BPÇOK'un da koagülasyon ile giderimi farklý sularda farklý seviyelerde meydana gelmektedir. Ayrýca biyoparçalanabilir materyalin özelliði de koagülasyon verimini önemli ölçüde etkilemektedir. Koagülasyon ile BPÇOK giderimi üzerinde yapýlmýþ sýnýrlý sayýda çalýþma olmakla birlikte Volk ve ark. (2000) FeCl 3 kullanarak %28 ÇOK giderimi, %21 BPÇOK giderimi elde etmiþlerdir. Yaptýklarý çalýþma sonunda FeCl 3 'ün, alum ve polialüminyum klorürden 7 kat daha fazla ÇOK ve BPÇOK giderimi saðladýðýný ortaya koymuþlardýr. Organik madde içeriðini yansýtan temsili parametreler incelendiðinde UV absorbansýndaki azalmanýn TOK, ÇOK ve BPÇOK giderimlerinden daha yüksek olduðu görülmektedir. Doðal organik maddelerin büyük molekül aðýrlýða sahip UV ýþýnýný absorblayabilen humik maddelerden oluþan kýsmý 23

7 U. ALKAN, A. TEKSOY, H. S. BAÞKAYA koagülasyon ile daha fazla giderilmektedir. Nispeten daha küçük molekül aðýrlýðýna sahip humik olmayan kýsmý (hidrofilik asitler ve karbonhidratlar) daha az giderilmektedir. Dolayýsýyla bu çalýþmada UV absorbansýndaki azalmanýn fazla olmasý, büyük molekül aðýrlýklý kýsmýn daha iyi giderildiðini göstermektedir. Humik fraksiyonlarýn yaný sýra humik olmayan fraksiyonlarý da içeren ÇOK ve BPÇOK'un giderilme yüzdeleri ise UV absorbansý azalma yüzdelerinden daha düþüktür. Benzer durum daha önceki çalýþmalarda da tespit edilmiþtir. Volk ve ark. (2000) farklý yüzeysel sularda UV absorbansýndaki azalma yüzdelerinin ÇOK giderim yüzdelerinden 1,2 ile 10,7 kat daha fazla olduðunu belirtmiþtir. Yine Edzwald (1993) UV absorbansýndaki azalmanýn ÇOK ve THMOP giderme yüzdesinden daha fazla olduðunu vurgulamýþtýr. Rizzo ve ark. (2005) güçlendirilmiþ koagülasyon uyguladýklarý farklý su örneklerinde TOK ve ÇOK gideriminin %35-45 arasýnda UV absorbansýndaki azalmanýn ise %40-65 arasýnda deðiþtiðini bildirmiþlerdir. Singer ve arkadaþlarý da (2004) güçlendirilmiþ koagülasyon ile elde ettikleri giderim veriminin TOK ve ÇOK giderme veriminden daha fazla olduðunu belirtmiþlerdir. UV absorbansý ile dezenfeksiyon yan ürünlerinin oluþumu arasýnda çok kuvvetli bir korelasyon bulunduðu pek çok araþtýrmacý tarafýndan vurgulanmýþtýr (Iriarte ve ark. 2003, Kitis ve ark. 2004, Swietlik ve ark. 2004). Dolayýsý ile UV ýþýnýný absorblayan materyalin önemli oranda giderilmesi klorlama sonrasýnda klorlu organik bileþiklerin oluþumunun kontrolü açýsýndan büyük önem taþýmaktadýr. Sudaki doðal organik maddenin moleküler daðýlýmýný ifade eden, 2,93 m -1 L/mg olarak hesaplanan SUVA deðeri, organik madde giderimine baðlý olarak her uygulama sonunda farklý oranda azalmýþtýr (Tablo 2). Ham suda SUVA deðerinin yüksek olmasý (> 3 m -1 L/mg) ÇOK konsantrasyonunun koagülant dozu ile kontrol edilebileceðini ifade etmekte dolayýsý ile SUVA deðeri yüksek olan sularda koagülasyon ile ÇOK gideriminin daha yüksek olmasý beklenmektedir. Düþük SUVA deðerlerinde ise koagülant dozunun ÇOK gideriminde çok önemli olmadýðý, nispeten düþük giderim yüzdelerinin elde edildiði belirtilmektedir. Edzwald (1993) SUVA deðeri 4-5 olan sularda ÇOK gideriminin %70 civarlarýnda, SUVA deðeri 3'ten küçük olan sularda ise %50'nin altýnda olduðunu vurgulamýþtýr. Ancak Tablo 2 incelendiðinde, çalýþmada kullanýlan ham suyun SUVA deðeri 2,93 m -1 L/mg olmasýna raðmen, kullanýlan koagülantýn 24 türüne göre ÇOK giderimi %45-78 arasýnda deðiþmekte ve Edzwald (1993)'ýn bulgularýndan farklýlýk göstermektedir. Düþük ph'da güçlendirilmiþ koagülasyon uygulanmasýnýn ÇOK giderim verimini arttýrdýðý düþünülmektedir. SONUÇLAR Gerçekleþtirilen deneysel çalýþmalar sonunda aþaðýdaki sonuçlar elde edilmiþtir: -Yapýlan koagülasyon uygulamalarý sonucunda TOK giderimi %17-64, ÇOK giderimi %45-78, BPÇOK giderimi %45-83 arasýnda deðiþim göstermiþtir. Ancak en etkili organik madde giderimi FeCl 3 'ün anyonik polielektrolit ile birlikte kullanýmý sonucu saðlanmýþtýr. Giderim verimleri TOK için %55, ÇOK için %78 ve BPÇOK için %83 olmuþtur. -Bazý polielektrolit uygulamalarý hariç genel olarak demir tuzlarý organik karbon bileþenlerinin gideriminde alümdan daha etkili olmuþtur. -Ham suyun SUVA deðeri 2,93 m -1 L/mg olmasýna raðmen bazý koagülasyon koþullarýnda %50'nin üzerinde ÇOK giderimi elde edilmiþtir. Organik madde giderimine yönelik olarak düþük ph'da güçlendirilmiþ koagülasyon uygulanmasýnýn ÇOK gideriminde daha etkili olabileceði görülmüþtür. -Organik madde gideriminin en yüksek olduðu FeCl 3 ile birlikte anyonik polielektrolit kullanýmýnda demir iyonlarýndan kaynaklanan bir renk oluþumu meydana gelmiþtir. Demir tuzlarýnýn organik maddeyi alümdan daha iyi giderdiði ortaya koyulmuþ olsa da bu tuzlarýn bulanýklýðý arttýrmasý dezavantaj oluþturmaktadýr. -Organik madde bileþenlerinin gideriminde maksimum verim saðlayan FeCl 3 ile birlikte anyonik polielektrolit kullanýmýnýn, kum filtrasyonu ile birlikte deðerlendirilmesi daha doðru olacaktýr. Hýzlý kum filtrasyonu ile oluþan rengin giderilmesi organik madde gideriminde en verimli olan FeCl 3 kullanýmýna olanak saðlayacaktýr. TEÞEKKÜR Bu çalýþma, Uludað Üniversitesi Rektörlüðü, Bilimsel Araþtýrma Projeleri Komisyon Baþkanlýðý tarafýndan 2002/77 nolu proje ile desteklenmiþtir.

8 Yüzeysel Sulardaki Doðal Organik Maddelerin Gideriminde... Ekoloji KAYNAKLAR Amirtarajah A, Dennett KE, Studstil A (1993) Ferric Chloride Coagulation for Removal of Dissolved Organic Matter and Trihalomethane Precursor. Water Sci. And Tech. 27, 11, Anonymous (1979) Organics Removal by Coagulation: A Rewiew and Research Needs. Committee Report, AWWA, USA. Anonymous (1992) Standarts Methods for The Examination of Water and Wastewater. 18th Edition, American Public Health Ass. (APHA), Washýngton D.C. Baskaya HS (1975) Untersuchungen Uber Die Organischen Stoffe in Türkischen Teeböden Sowie Deutschen Basalt-und Lockerbraunerden. Göttinger Bodenkundliche Breichte 37, Croue JP, Martin-Mousset B, Lefebvre E, Deguin A, Legube B (1995) Evolution of the Humic- Nonhumic NOM Distribution and Its Biodegradable Organic Fraction of During Drinking Water Tretment. Sci. Eau. 8, Davis ML, Cornwell DA (1998) Introduction to Environmental Engineering. Mc. Graw-Hill, Boston. Duan J, Gregory J (2003) Coagulation by Hydrolysing Metal Salts. Advances in Colloid and Interface Science , Edzwald JK (1993) Coagulation in Drinking Water Treatment: Particles, Organics and Coagulants. Wat. Sci. and Tech. 27, 11, Eroðlu V (1995) Su Tasviyesi. Ýstanbul Teknik Üniversitesi Ýnþaat Fakültesi Matbaasý, Ýstanbul. Gregor JE, Nokes CJ, Fenton E (1997) Optimising Natural Organic Matter Removal From Low Turbidity Waters By Controlled ph Adjustment of Aluminium Coagulation. Water Res. 31, 12, Gregory J, Duan J (2001) Hdrolysing Metal Salts as Coagulants. Pure Appl. Chem. 73, 12, Hart E, Hartling K (2003) Optimising Coagulant Conditions For The Worcester Water Filtration Plant. Worcester Polytechnic Institute. Project no: JYP 0201, Worcester, USA. Iriarte U, Álvarez-Uriarte JI, Lòpez-Fonseca R, Gonzàles-Velasco JR (2003) Trihalomethane Formation in Ozonated and Chlorinated Surface Water. Environ. Chem. Lett. 1, Kitis M, Karanfil T, Kilduff JE (2004) The Reactivity of Dissolved Organic Matter for Disinfection By-Product Formation. Turkish J. Eng. Env. Sci. 28, Levy RV, Hart FL, Cheetham RD (1986) Occurrence Public Health Significance of in Drinking Water. Journal AWWA 78, 9, Lorenston AV, Chernoberezhskii YM, Dyagileva AB (2002) Determination of the Optimal Conditions for the Coagulation-based Water Purification Using Modified Coagulation Test. Colloid Journal 64, 1, Narkis N, Rebhun N (1975) The Mechanism of Flocculation Processes in the Presence of Humic Substances. J. Am. Water Works Assoc. 67, Nowack KO, Cannon FS (1997) Control of Calcium Build in GAC: Effect of Iron Coagulation. Carbon 35, 9, O'Melia CR, Becker WC, Au KK (1999) Removal of Humic Substances By Coagulation. Wat. Sc. Tech. 40, 9, Ribas F, Frias J, Lucena F (1991) A New Dynamic Method for the Determination of the Biyodegradable Dissolved Organic Carbon in Drinking Water. Journal of Ap. Bacteriology 71, Rizzo L, Belgiorno V, Casale R (2005) Simultaneous Compliance of TOC and Turbidity Related to Pathogen Breakthrough and THMs Control by Enhanced Coagulation. Global Nest: the International Journal 7, Singer PC, Arlotta C, Snider-Sadjack Nichole, Miltner R (2003) Effectiveness of Pre- and Intermediate Ozonation rn the Enhanced Coagulation of Disinfection By-Product Precursors in Drinking Water. Ozon Sci. and Eng. 25, 6, Swietlik J, Dabrowska A, Raczyk-Stanislawiak U, Nawrocki J (2004) Reactivity of Natural Organic Matter Fractions With Chlorine Dioxide and Ozone. Water Research 38, Uyak V, Toröz I (2005) Enhanced Coagulation of Disinfection By-Products Precursors in Istanbul Water Supply. Environmental Tecnology 26, 3,

9 U. ALKAN, A. TEKSOY, H. S. BAÞKAYA Vaezi F, Mohagheghian A, Nouri J, Eshraghian MR, Ghasri A (2005). Improvement of NOM Removal from Water Recourses by Modifying the Coagulation Process. Iranian J Env. Health Sci. Eng. 2, 1, Volk C, Kimberley B, Ibrahim E, Verges D, Amy G, Lechevallier M (2000). Impact of Enhanced and Optimised Coagulation on Removal of Organic Matter and Its Biodegradable Fraction in Drinking Water. Water Research 34,