ENDÜSTRİ ATIKSULARININ ARITILMASINDA İLERİ ARITMA TEKNİKLERİ

Transkript

1 ENDÜSTRİ ATIKSULARININ ARITILMASINDA İLERİ ARITMA TEKNİKLERİ ProLDr. Ayşen Turkman Dokuz Eylül Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü Bornova İzmir L ENDÜSTRİ ATIKLARINDA BAZI ÖNEMLİ KİRLETİCİLER VE ETKİLERİ Endüstri atıklarının su ortamlarına boşaltılması, çevresel açıdan, evsel atıklara oranla çok daha büyük bir tehlike oluşturmaktadır. Endüstri atıksuları genelde, debî ve içerdiği kimyasal maddelerin bileşimi yönünden büyük salınımlar gösterir, Su kalitesi gerek ayni bir endüstri için zaman içerisinde, gerekse endüstriden endüstriye büyük farklılıklar gösterir. Ayrışmaz ya da güç ayrışabilir türden maddelerin yanı sıra toksîk bileşenleri de içerebilen bu sular, zaman zaman çok kuvvetli (kirlilik konsantrasyonu yüksek) nitelik arzederler. Bazı durumlarda renkli» yüzer madde, köpük gibi maddelerin bulunması, suyun yanlızca estetik açıdan kullanım İmkanını bile ortadan kaldırabilmektedir. Endüstriyel atıksu içerisinde bulunabilen toksik maddeler, sudaki canlı yaşamın kısa sürede tükenmesine yol açmakta, bir sanayicinin İzmir yapımı bir televizyon programında söylediği gibi "yılan çıyan hiçbir şey bırakmayarak büyük yararlar sağlamaktadır". Canlıları öldürmeyecek düzeydeki toksik maddeler, bünyeden kolaylıkla uzaklaştınlamadıkları için besin zincirine girerek insana kadar ulaşabilmektedir, Bu tür birikim gösteren maddelerin uzun vadede muhtemel kanserojen etkisi pek çok araştırmaya konu olmuş, günümüzde ise bir kısmının kanserojen olduğu kesinlik kazanmıştın Endüstri atıkları içerisinde en önemli grubu tehlikeli ve zararlı maddeler oluşturmaktadır, Batı ülkelerinin gündemini son yıllarda yoğun bir biçimde meşgul eden tehlikeli ve zararlı maddeler (TZM) konusu, pek çok yeni araştırmanın yapılması zorunluluğunu ortaya çıkarmıştır. Bu ülkelerde giderek daha sıkı yönetmelikler çıkarılması sonucunda, TZM'in gelişmekte olan ülkelere ihraç edilmesi gibi çözüm yollarına dahi başvurulmuş, ancak bu ülkelerin de çevre konusunda bilinçlenmeleri sonucunda daha kalıcı çözümler aranmaya başlanmıştır, # Tehlikeli atıkların adı ve tanımı ülkeden ülkeye çok büyük değişim göstermektedir. "Özel atıklar", "tehlikeli atıklar", "tehlikeli ve zararlı atıklar" (ülkemizde), "zehirli atıklar", "zor atıklar", "sakıncalı atıklar" gibi pek çok farklı isim altında ele alman tehlikeli atıklar; birçok ülkede kabul edildiği şekliyle aşağıdaki grupları içermektedir: - Metaller ve ağır metaller: Alüminyum, antimuan, arsenik, berilyum,kadmiyum, krom III, krom VI, bakır, kurşun, magnezyum, civa, nikel, talyum, çinko, - Asbest Boya atıkları - Fenol içeren atıklar - İlaç sanayi atıkları - Halojenürlü solventler - Klor Kükürt içeren atıklar 1

2 Organik peroksitler - PCBİer - Pcstlsitlcr Rafineri atıkları - Siyanürler Bu maddeler; toksik, patlayıcı, yanıcı ya da tahriş edici özelliklere sahip olduklarından özel bir takım önlemler alındıktan sonra üretilmeleri, saklanmaları, taşınmaları, arıtılmaları ve uzaklaştırılmaları gerekmektedir. Batı ülkelerinde tehlikeli maddeler konusundaki gelişme şu şekilde olmuştur, Avrupa ve Amerika kıtalarının bugün için sanayileşmiş ülkeleri henüz sanayileşme aşamasında tehlikeli maddelerin önemini ve kalıcılıklarını anlayamadıklarından, bu maddeleri çevresel ortamlara boşaltmakta bir sakınca görmemişlerdir. Aradan geçen zaman içerisinde araştırmaların katkısıyla bu maddelerin sakıncaları ve ortamlardaki hareketliliği anlaşılmıştır. Bu nedenle halen ABD, Kanada, Fransa, İngiltere, Almanya, Hollanda, İsviçre, İtalya gibi ülkeler hem geçmişte rasgele boşaltılmış ve günümüzde sorun oluşturan tehlikeli ve zararlı madddeleri zararsız hale getirmeye çalışmakta, hem de oluşmaya devam eden maddeleri kontrol altında tutmaya çalışmaktadırlar. Başka bir deyişle p andaki nesil, dedelerinin ve babalarını kendilerine bırakmış olduğu bu sevimsiz armağanla başetmek zorunda kalmıştır. Ayni hataları kendileri yapmamak İçin bazı durumlarda yönetmelikler o kadar sıkı yapılmaktadır ki tehlikeli ve zararlı maddele; hiçbir ortama boşaltılamaz duruma geldiğinden pahalı arıtma yöntemleri uygulanmak suretiyle arıtılmaya çalışılmaktadır. Bütün bu sözü edilen problemlere çözüm getirmek amacıyla gelişmiş batı ülkelerinde, yanlızca tehlikeli ve zararlı atıklarla uğraşan Özel kuruluşlar oluşturulmuştur, Devletin sıkı denetimi altında çalışan bu kuruluşlar, sanayide üretilen tehlikeli ve zararlı maddeleri önemli sayılabilecek bir bedel kargılığında alarak zararsız hale getirmektedirler. Bazı durumlarda sanayicilerin tehlikeli atıkların uzakla tmlması için ödedikleri bedel o kadar yüksek gelmektedir ki sanayi kuruluşları, zaman zaman bu maddeleri, çevre konusunda çok fazla bilinçli olmayan ya da standartları (veya denetimleri) çok sıkı olmayan ülkelere ihraç etme yolunu seçmektedirler. Ancak, dünyada genel olarak bir çevre bilinçlenmesi yaşandığından, tehlikeli maddelerin ihraç edildiği ülkelerde bu durum farkedîlmiş ve böyle usulsüz yollar kapanma noktasına gelmiştir. Ülkemiz de Karadeniz'e boşaltılan variller olayıyla bu uygulamadan nasibini almıştır. Ülkemizde Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliğinin öngörmüş olduğu "Suda Tehlikeli ve Zararlı Maddeler Tebliği" Mart 1989'da yayınlanarak yürürlüğe girmiştir, Bu tebliğde suda tehlikeli ve zararlı olarak kabul edilen maddelerin tanıtımı ve sınıflandırılması ile ilgili ilkeler verilmiştir. Aşağıdaki bölümlerde endüstri atıksulannda bulunan bazı Önemli kirleticilerle ilgili değerlendirmeler verilmiştir. a) Atık ısı: Bazı endüstrilerden ve tüm termik santrallardan atılan atık ısı, sudaki yaşamın hassas dengesini bozmaktadır, Isıl kirlenme, su ortamında yaşayan türleri etkilemekte ve yumurtaların, henüz besin hazır olmadan açılmasına neden olarak neslin devamım güçleştirmektedir. Özellikle yaz aylarında sistemde yaşayan organizmalar, zaten çevredeki ısı nedeniyle kronik bir stres altında bulunurlar, Böyle durumlarda sıcaklığın yapay etkilerle daha da artırılması bazı organizmalar için Ölümcül olmaktadır. Sıcaklık, aşağıdaki mekanizmalarla oksijen yönünden sorunlar yaratmaktadır: k

3 a) Sıcaklıkla birlikte^ sudaki organizmaların solunum gereksinimi artar, b) Oksijenin sudaki çözünürlüğü azalır, c) Suda tabakalaşma oluşturarak, ya da var olan tabakayı daha da belirginleştirerek alt tabakanın oksijenlcnmcsine engel olur, b) PCB: Poliklorbifeniller 2U0 f dcn fazla insan eliyle yapılmış kimyasal maddeyi kapsamakta ve endüstride geniş bir kullanım alanı bulmaktadır. Renksiz olup^ ağır yağlı sıvılardan katılara kadar değişik özellik gösterirler. Ateşe dayanıklı ve ısı ve elektriği güçlükle iletme gibi özelliklere sahip olduklarından temel olarak elektrik sistemlerinde soğutucu sıvı olarak görev yapmaktadırlar. Ayrıca, yapıştırıcılarda, plastiklerde ve boyalarda dolgu maddesi olarak kullanılmaktadırlar, PCB'ler ISSl'de bulunmalarına rağmen, 1929 yılına kadar endüstriyel kullanımı ve üretimi başlamamıştır. Çevre sağlığı problemleri oluşturduğu 1960 f Iarda farkedilmiş, 1970lerde satış ve dağıtımına ilişkin bazı kısıtlamalar getirilmiştir. Çevresel ortamlarda hiçbir değişikliğe uğramadan uzun süre kalması ve uzun vadeli etkileri konusunda kuşkular ortaya çıkması nedeniyle ABD'de üretimi 1977 yılında yasaklanmıştır, ithal edilmek suretiyle kullanılmaktadır. PCB'ler insan ve hayvanlara toksik etki yapmaktadır. Çevresel ortamlarda çok uzun süre kaldığından, bütün dünyaya yayılmış durumdadır, Çeşitli şekillerde çevreye verilen PCB 3 besin zincirine girerek zararlı etki göstermektedir. Mikroorganizmalar ve bitkiler, hava, su ve topraktan küçük miktarlarda PCB'yi bünyelerine alabilmektedirler, Sudan balığa geçen PCB daha sonra balığı tüketen kuşlar ve memelilere geçmektedir. PCB yağ dokusunda birikime uğradığından, yüksek organizmalar daha çok etkilenmektedir, PCB'ler ısıtıldıklarında daha zehirli olan poliklor dibenzofuran gibi maddelere dönüşmektedirler. PCB'ler havaya buhar halinda ya da toz parçacıkları üzerine yapışmış olarak ulaşabilmektedir, ABD'de her yıl 100 ton PCB yağmur, kar ve tozların yere inmesi suretiyle havadan zemine taşınmaktadır. Hasar görmüş elektrik ekipmanları da PCB sızdırahilmektedir, PCBler insan bünyesine havadan solumayla, ya da besinlerin tüketilmesiyle girmektedir. PCB'nin kısa bir süre içerisinde ani olarak alınması durumunda insan sağlığı üzerine etkileri şunlardır: - Gözde tahriş -Baş ağrısı -Yorgunluk -Cilt üzerinde akneye benzer oluşumlar -Bulantı ve kusma - Sindirim bozuklukları -Karaciğerin etkilenmesi. Yukarıda sıralanan kısa süreli etkilerden daha önemli olanı uzun vadeli etkilerdir. (Çünkü ani zehirlenme, başka bir deyişle akut etki nadiren ortaya çıkmasına karşılık, düşük seviyeli doza her zaman maruz kalınmakta (kronik etki) ve etkilenen kişi sayısı çok büyük olmaktadır). PCB'nin kanser yapıcı olduğu bazı hayvanlar üzerinde yapılan denemelerle kanıtlanmıştır, PCB'nin diğer uzun vadeli etkileri bebeklerin zayıf doğması (anne maruz kalmışsa) ve karaciğer bozukluklanuıı. Bir insan günde 250 gram 2 ppm PCB içeren balık yediği taktirde, 500 mikrogram PCB almış olmaktadır (Department of Health, 1985), PCB'ler işyerleri için problem oluşturabildiklcrindcn, ABD'de işyeri hava standardı olarak 1000 mikrogram/metreküp limiti konulmuştur, Ancak PCB'lerin zararlı etkilerine ilişkin araştırmalar ilerledikçe, buna paralel olarak standartların sıklaştırılmasına çalışılmaktadır.". 3

4 c) Siyanür: Siyanür ülkemizde altın madeni bulunmasıyla birlikte son zamanlarda gündemde kalan bir madde olması dolayısıyla aşağıda detaylı olarak açıklanmıştır. Zehirlilik etkisi herkesçe bilinen siyanürün anorganik bileşikleri iki grupta toplanır: basit siyanürler ve kompleks siyanürler. Demir siyanür kompleks iyonları oldukça kararlı olup, toksik değildirler. Toksisite (zehirlilik) ancak uzun süre beklemiş sularda görülür. Diğer taraftan, sodyum ve potasyum siyanürler, suda tamamiyle aynşabilmc özellikleri nedeniyle çok tehlikelidirler. Siyanürün en toksik hali HCN şeklinde ortaya çıkar. Endüstriyel işlemler sonucu çevreye verilen siyanür bileşikleri gaz 3 sıvı ve katı ortamında bulunanlar şeklinde sınıflandırılabilir. Gaz ortamında bulunanlar arasında en önemlisi HCN gazı olup kok ve havagazı fabrikalarında ; petrol rafinerilerinde ve petrolün damıtma işlemi sırasında ortaya çıkar, Siyanür ve bileşiklerini sıvı halde bulunduğu endüstri alanları şu şekilde sıralanabilir. - Petrol rafinerilerinde kraking işlemi ile oluşan ve soğutma sularıyla ortama verilen serbest, basit ve kompleks siyanürler - Kok ve havagazı fabrikalarında koklaşma fırınlarında oîuşan yıkama sularıyla ortama verilen siyanür bileşikleri - Maden işletmelerinde cevher zenginleştirme ve geliştirme amacıyla kullanılan kompleks siyanür bileşikleri - Metal sanayinde; maden işleme, eritme finolarından ortama verilen siyanür bileşikleri - Tekstil sanayiinde boya maddesi olarak kullanılan kompleks siyanür bileşikleri - Renkli fotoğraf ve film banyosu yapan laboratuvarlardarenk geliştirme ve sabitleştirme işlemi için kullanılan kompleks siyanür bileşikleri - Plastik» polimer ve sentetik kauçuk yapımında kullanılan basit siyanürler - Meyve ve tohum işleyen tesislerde oluşan serbest siyanürler - İlaç sanayinde üretilen basit ve organik siyanür bileşiklerinin pestisit olarak kullanılması ve hastanelerde cerrahi aletlerin dezenfeksiyonunda kullanılan inorganik basit siyanürlerin alıcı ortama verilmesi ile oluşan siyanür atıkları. Siyanür, kanalizasyon ve doğal sulara deşarj edildiğinde konsantrasyonunun toksik etki yapabilecek seviyenin altında tutulmasına özen gösterilmelidir. Aksi taktirde bakteriyolojik 'oksidasyonun gerçekleşmesini önler. Su ortamında siyanürün toksisitesi ph, sıcaklık, çözünmüş oksijen ve diğer minerallerin konsantrasyonuna bağlıdır (Küçûkgül^ 1985), Siyanürün toksisitesi, sıcaklıkla orantılı olarak yükselmekte, her 10 C sıcaklık artışı için, Öldürücü doz, 2-3 kat artmaktadır. Ayrıca çözünmüş oksijenin düşük seviyede bulunması toksikliği artıran bir diğer unsurdur. Siyanür (CN") kandaki oksijenin dokulara transferini engellemektedir, Toksisite, indirgenmiş, metabolizmaya moleküler oksijen transferinin durdurulması, yani sitokrom oksidaz sisteminin engellenmesi sonucu ortaya çıkmaktadır, Siyanürün balıklar üzerindeki toksik etkisi Tablo l f de verilmiştir. Siyanür konusu insan sağlığı açısından ele alınacak olursa, besinlerle az da olsa bir miktar siyanür bünyeye alınmaktadır. İçme suyu yoluyla, günde 4.7 mg siyanür alınması zararlı etki göstermemektedir. Normal olarak 2 litre su tüketen bir insan, bu suda 2.3 mg/1 siyanür konsantrasyonu bulunması halinde zarar görmeyecektir. İşleri nedeniyle devamlı düşük dozda siyanüre maruz kalan işçiler üzerinde yapılan vaka ve epidemiyolojik incelemeler bu kişilerin genel bir hastalık hali hissettiklerini, başağrısı, güçsüzlük baş dönmesi, burun, göz, ve boğaz irritasyonu ve bazen tiroid bezinde büyüme olduğunu göstermektedir. Siyanür tankının yanında 4

5 Tablo 1. Siyanürün balıklar üzerindeki toksik etkisi CN"(mg/l) Maruz Kalma Süresi Balık Cinsi Sonuç sa 27 gün Çay balığı Balık Alabalık Hepsi ölür Hızlı ölüm Canlı çalışan 40 kişi 22 kontrol grubu ile karşılaştırılmış ve maddeyle temas eden grupta uykusuzluk, titreme, dermatit, burun kanaması ve baş dönmesi olayları iki kat daha fazla bulunmuştur. Kanalizasyon ve endüstri atıksularının sonuçta yeraltısuyuna ulaşacağı düşünüldüğünden bunlar için de standart ve kriterler belirlenmiştir. Endüstriyel atıksulann kanalizasyona dcprimda siyanür konsantrasyonu hem arıtma tesisi açısından hem de kanalizasyonda çalışan işçi sağlığı açısından önemlidir, d) Ağır Metaller: Zehirli maddeler düşük konsantrasyonlarda bile insan sağlığı için zararlı olabilmektedirler* Eser (çok küçük) konsantrasyonlarda bile sakıncalı olabilen bu maddeler asında en önemli grubu ağır metaller adı verilen antimuan, gümüş, arsenik, berilyum, kadmiyum,»m, kurşun, cıva nikel, selenyum, uranyum, vanadyum ve çinko gibi maddeler oluşturur. Ağır metallerin yanışım kalıcı kirleticiler olarak nitelenen amyant ve bakır gibi maddelerle radyoaktif maddeler, bir organizmadan diğerine besin zinciri yoluyla geçerek yüksek organizmalarda birikirler. Çevre sağlığı açısından yeni problemler getiren bu kirleticilerin giderek artan konsantrasyonlarda biriktirmesi olayına "biyolojik konsantrasyon" denilmektedir. Sulu ortamda yaşayan bir organizma için konsantrasyon faktörü (KF) aşağıdaki şekilde tariflenmektedir: KF= Organizmadaki konsantrasyon/su ortamındaki Konsantrasyon Konsantrasyon faktörüne birkaç örnek vermek gerekirse, tüm değerler balık için olmak üzere; kurşun için KF, , çinko için , mangan için dir. Böylece su ortamındaki 1 mg'tlik kurşun konsantrasyonu, balıkta mg/tye ulaşabilmektedir (Arceivala, 1978), Ağır metallerin insan vücudundaki en önemli etkileri toksik olmaları ve uzun vadede kanser yapmalarıdır. Kurşun insan bünyesinde sürekli olarak biriktirilmcktedir. Akut kurşun zehirlenmesi yorgunluk, gerginlik ve kansızlık gibi belirtiler vermekte» çocuklarda ise davranış değişikliklerine neden olmaktadır. Hayvanlar üzerinde yapılan deneyler kurşunun sinir sistemini ve üretim sistemini ve etkilediğini ortaya koymuştur, İçme suyu dağıtım şebekesinin kurşun olması durumunda suyun özelliğine de bağlı olarak kurşun suya geçmekte ve içme yoluyla İnsan bünyesine alınmaktadır. Doğal su ortamlarında çok küçük konsantrasyonlarda bulunan bu metal, sulara patlayıcı madde üretimi, fotoğrafçılık işlemleri ve boyalardan geçmekte ve kemik dokusunda birikerek kurşun zehirlenmesine yol açmaktadır. Cıva bünyeye alındığı zaman böbrekleri ve sinir sistemini etkilemekte ve genel toksik etkilere ilaveten mutajenik etkilere neden olmaktadır,- 5

6 Nikel ise diğer ağır metallere oranla daha az toksik olmasına karşılık bazı hayvan deneyleri bu maddenin kanserojen olduğunu göstermiştir, e) Petrol ve türevleri: Petrol içeren atıkların su ortamına ulaşması, rafineriler, petrokimya endüstrisi, tren yollan, garajlar ile taşıma ve kullanımdan kaynaklanmaktadır, İçme suyunda petrol ürünlerinin tcsbit edilebilmesine ilişkin insan duyarlılığı, benzin için mg/1, dizel yağı için m g/l ve daha inert yağlar için mg/l dir. Bu nedenle petrolün farkedihneksizin zararlı miktarlarda alınması sözkonustı değildir. Diğer taraftan, bu duyarlılık, küçük miktarlarda petrolün bile büyük su kaynaklarını içilmez hale getirebileceğini ifade etmektedir. Yeryüzcyine dökülen petrol ve ürünleri, uzun vadede yeraltı suyu kirliliği yaratabilmektedir, Su arıtma tesislerine giren suyun çok miktarda petrol içermesi koagülasyon, flokülasyon ve çökeltim proseslerini etkilemektedir. Yağla kaplanan flok, düzgün bir çökelme vermez. Ayrıca petrol kum filtrelerine ya da iyon değiştirme kolonlarına ulaşırsa, partiküllcrin üzerini kaplayarak süzme verimini düşürmekte ve büyük hasara yol açmaktadır, Suda petrol görünüm bozukluğu dışında ince film halinde bir yağ tabakası oksijenin havadan suya transferini kısıtlamakta ya ela tamamiyle durdurabilmektedir. Fiziksel, kimyasal ya da biyolojik yollarla uzaklaşmayan hidrokarbonlar ya kararlı aglomerlcr oluşturarak katran parçacıklarına dönüşürler ya da canlı organizmalarda birikime uğrarlar. Suda kalan diğer kısım, haftalardan yıllara kadar değişen bir zaman aralığında, kimyasal ya da biyolojik süreçlerle ayrışmaya uğrar. Kimyasal ayrışma temel olarak fotooksidasyonla olur. Fotoliz ile ortaya çıkan serbest radikaller oksijen ile reaksiyon verir. Bakteriler, aerobik koşullarda önce kolay ayrışan normal alkanlan daha sonra dallı ve halkalı alkanlan parçalayacak şekilde doğa! olarak gelişirler, Çökelmenin önemi büyüktür. Hidrokarbonların deniz dibine ulaşması okyanusun tabanındaki yaşam için zararlıdır. Biyolojik ayrışma ve fotooksitlasyonun büyük ölçüde yavaşlaması nedeniyle petrol ve bileşenlerinin toksik etkisi daha uzun süre kendini göstermektedir. Genellikle, kabuklular ve bazı bentik organizmalar, ham petrole karşı çok hassas (l-l()mg/l), balıklar İse orta derecede hassas (10-100mg/1) tır. En hassas larva ve yeni nesil canlılar için ölümcül konsantrasyon çok küçük olabilir (0.1-1 mg/1). Petrol kirlenmesinin ölçümcül olmayan etkileri çevresel açıdan çok daha önemli olabilir, Fek çok organizma milyarda bir orandaki aromatik hidrokarbon konsantrasyonundan bile etkilenmektedir. Hayvan ve bitkiler üzerine etkiler; fitoplanktonda hücre bölünmesinin gecikmesi, anormal yavru, balık beslenme aktivitesindeki azalma vd. şeklindedir, I) Dioksinler: Dioksin 2,3,7,8-TCDD, kanser yapıcı olma özelliği bakımından şu ana kadar bulunmuş en kuvvetli maddedir. Hayvanlar üzerinde yapılan deneylerle belirlenen etkilere gene.dioksinler bağışıklık sistemini bozmakta ve üreme sistemini etkilemektedir. Dioksinle ilgili olarak en önemli bulgu, birçok ülkede sütün dioksin içerdiğinin belirlenmesidir, Kloro-dibcnzodjoksinlerin bazı izomerlerinin toksisitcleıiuin çok yüksek olmaları nedeniyle bazı batı ülkelerinde toplumun tepkisine neden olmuş ve bu maddelerin yakılarak uzaklaştırılması tartışmalara yol açmıştır. Bu nedenle A.B.D.'de dioksinlerin uzaklaştırılması işlemlerinde Sağlık ve Emniyet bürosunun (aynı zamanda halkın) onayım alabilmek için bu maddenin sağlık etkileri ve zararsız olarak uzaklaştırılma yöntemleri pek çok araştırmaya konu olmuştur. 6

7 2. ENDÜSTRİ ATIKLARININ SINIFLANDIRILMASI Endüstriyel atıksular taşıdıkları kirletici yük ve türlerine göre başlıca dort sınıfta toplanabilir, a) Üretim işlemleri atıkları b) Soğutma sulan c) İşyeri ve çalışanların temizliğiyle ilgili atıklar d) Yağmur suları ve temizlik suları Birbirinden çok farklı kalitelerde olan bu dört sınıfa ait atıksular farklı yöntemlerle antılacaklanndan genellikle ayrı tutulup işlem görmeleri akonomik açıdan uygun olur, Atıksuların üretim işlemleri süresince atılış biçimleri de kirletici etkilerin belirlenmesi açısından önem taşır. Bazı tesisler sürekli atık boşaltırken, bazıları kesikli atık boşaltmaktadırlar. Arıtma tekniklerinin seçiminde sorun yaratan kesikli boşaltımları Önlemek veya en azından etkisini azaltmak amacıyla hacım ve yük dengelemesi yapmak yerinde olur (Şengül ), Endüstri atıksularının özellikleri çok değişken olmakla beraber uygulanan teknoloji bilindiğinde atıksuyun özelliğini yaklaşık olarak tahmin etmek mümkün olabilmektedir. Bazı kitaplarda endüstriyel atıksuîarda kirletici parametrelere ilişkin aralıklar tablolar halinde verilmektedir. Andüstri atıksulannda en çok analizi yapılan kirlilik parametreleri aşağıda verilmiştir. a) Fiziksel parametreler: Renk? koku, bulanıklık, toplam katı madde, çokebilen katı madde, radyoaktivite, b) Kimyasal parametreler: ph, alkalinite, asidite 5 Cl", SO 4e, azot (toplam, NH 35 NO 2 % NO 3 ")? fosfor, yağ ve gres, deterjan, KOI, BOÎ, ağır metaller, toksik.maddeler (fenol, CN% pestisitj. c) Biyolojik parametreler: Biyosmama deneyi, kolifornij ZSF (Şengül, 1991). 3, ENDÜSTRİ ÀTÏKSULARININ ARITILMASINDA İLERİ ARITMA YÖNTEMLERİ 3.1. Genel İleri atıksu arıtma teknolojisi klasikleşmiş ikincil arıtma yöntemlerinin yetesiz kaldığı durumlarda gerekli olur, ikincil aıtma ile giderilemeyen kiîetîciler azot, fosfor yada ağır metaller gibi anorganik maddeler olabildiği gibi, sentetik organik maddeler ya da renk 5 koku bulanıklık gibi parametreler de olabilir, ileri arıtma alıcı ortamın kirlenmesini önlemeye yönelik alıcı ortam ya da deşarj standartlarının sağlanamaması duumunda standartları sağlama amacıyla ya da atıksuyun yeniden kullanılabilmesi amacıyla uygulanabilmektedir. İleri arıtma ikincil arıtmadan sonra ya da ikincil arıtma yerine kullanılabilmektedir. Ülkemizde henüz klasikleşmiş ikincil arıtmanın bile yaygmlaşmadığı göz önüne alınırsa, ileri arıtma yöntemlerini uygulamanın gereksiz ya da lüks olduğu düşünülebilir. Ancak bir arıtma tesisi kurulurken belli bîr hedef gcrçekleştirilecekse ve bu hedef ikincil arıtma ile sağlanamıyorsa, ileri arıtma yöntemlerinin kullanılması zorunlu olacaktır, Diğer taraftan endüstriler tarafından kullanılan su miktarı hızla endüstrileşmekte olan ülkemizde giderek artmaktadır, Suya olan talebin sürekli artması yankurak * iklim kuşağında bulunan ülkemizde arıtılmış suyun yeniden kullanılması alternatifini gündeme getirmektedir. Deşarj /

8 standartlarını sağlama amacıyla ileri arıtma yapmak durumunda kalan endüstriler, suyu biraz daha arıtıp yeniden kullanma alternatifini gözden uzak tutmamalıdırlar. ABD'de kullanılmış suların yeniden kullanımı oldukça yaygın olup, nüfusun % 4()! ı daha önce evsel ya da endüstriyel amaçla kullanılmış su kullanmaktadır. 3.2* Nitrifikasyon-denitrifikasyon Bu işlem atıksudaki amonyum konsantrasyonunun belli bir değerin altına düşürülebilmesi için önce iki kademede nitrata dönüştürülmesini (nitrifikasyon), daha sonra ise nitratın azot gazına dönüştürülmesini içermektedir. Reaksiyonlar 264NIV + 440,! 4RG0,! I2HCO,"+ H,P(). ^ t 4RC0,» 12HCCV + H 3 P0 4 - C 6Ö H R7 () 28 N ]2 P+ 252N()r 24()H 7 O * NO, + 5/6 CI-M)H - -r - 1/2N 2 + 5/6 C() 2 + 7/6 H 2 () + OH" şeklindedir. Reaksiyon sonucu oluşan azot gazı zaten suda çözünmüş olarak ve havada bulunduğundan su kalitesi açısından sorun oluşturmaz. Nitrifikasyon işlemi iki bakteri türü taıafmdan gerçekleştirilmektedir. Nitrosomonas amonyağı nitrite çevirirken, nitrobakter de nititi nitrata okside etmektedir, Ortalama olarak tüketilen her mg/1 amonyak azotu için 0.05 mg/1 nitrosomonas oluşmaktadır, Nitrosomonas grubu bakterilerin iki katma çıkma süresi yaklaşık olarak 3.5 gün'dür (15 C). Endüstri atıklarında bulunan bazı bileşenler nitrosomonas'm aktivitesini inhibe etmektedir. Tablo 2! de aklimalize olmamış aktif çamurda amonyak oksidasyonunu % 75 İnhibe eden maddelerin konsantrasyonları görülmektedir (Downing, 1978). Tablo 2. AklimaLize olmamış aktif çamurun amonyak oksidasyonunu %75 inhibe eden maddelerin konsantrasyonları. m leşiic Tiyoüre Tiyoasetamla Potasyom tîyosiyanat Fenol 2j\ dini trofenoî S o d y u m s i y a11 ü r K a r b o n d i s ü 1 f \ i r Kloroform KonpfnıhrMRynn, mg/j. 0, ' Bu bileşenlerin atıksuda bulunması durumunda aklimatizasyon yapmak suretiyle inhibisyon etkisinin giderilmesi ve nilıifikasyon yeteneğinin tanıanıiyle kazandırılması mümkün olabilmektedir. Bu durumun nilrifikasyon bakterilerinin zamanla bu maddelere karşı dayanıklılık kazanmasından ziyade, inhibilörleri tüketen heterotrofik organizmaların gelişmesinden kaynaklandığı sanılmaktadır. 8

9 Bir gram amonyağın nitrifikasyon bakterileri tarafından tamamen okside edilmesi4,3 gram oksijen gerektirmektedir. Dcnitrifikasyon kademesinde nitratın azot gazına indirgcncbilmcsi için dışarıdan bir karbon kaynağı verilir, Nitrat indirgeyici olarak metanoî kullanılabildiği gibi, aîıksuda bulunan organik madde de kullanılabilmektedir. Şekil l'de nitrifikasyon ve dcnitrifikasyon akım şemaları görülmektedir. Şekil 1. Nitrifikasyon ve denitrinkasyon akım şemaları. 9

10 3.3. FHtrasyon Filtrasyon, atiksudan yüksek kalitede su elde etmek İçin kullanılan temel işlemlerden bir tanesidir. Uygun koşullarda gerçekleştirilen filtrasyon: i. Biyolojik ya da kimyasal arıtma İşlemlerinden geçmiş atıksudaki çüknıeyen partikül ya da kolloidleri uzaklaştırır, ii. Askıdaki maddeler, bulanıklık, fosfor, BOİ? KOİ, ağır metaller, bakteri virüs ve benzeri maddelerin uzaklaşmasını sağlar, iii. Askıdaki maddeleri ve diğer girişim yapan maddeleri uzaklaştırdığı için dezenfeksiyonun verimini artırır, maliyetini düşürür, iv. Tesisten çıkan suyun tekdüze olmasını sağlar. v, Biyolojik ve kimyasal arıtmada gözlenen düzensizlikleri ortadan kaldırarak tesisin güvenilirliğini artırır, vi. Granule aktif karbon ünitesinin önünde kullanıldığında aktif karbon kolonunun tıkanmasını geciktirerek adsorpsiyonun verimini artırır, vii. Berrak bir su ekle edildiğinden suyun estetik kalitesini artırır, viii.biyolojik denitrifikasyon ile birlikte kullanıldığında filtre ortamı biyolojik ortam olarak kullanılır. Filtrasyonun bu özellikleri,'1%0'ların ilk yıllarına kadar gösterilmemiştin Yaklaşık 100 yıl süre ile mühendisler atıksu arıtımı amacıyla pek başarı kazaııamadan" İnce İzgara, yavaş kum filtresi, diatom filtre ve diğer yüzey filtrelerini kullanmışlardır. Bu filtreler atiksudan uzaklaştırılması gereken çamur miktarının çok büyük oluşu ve yüzeyde toplanması nedeniyle başarılı olmamıştır. Yüzey filtrelerinde askıdaki maddeler kısa sürede bir çamur tabakası oluşturarak aşırı bir yük kaybı yaratmakta, sonuçta filtrenin çalışması imkansız hale gelmektedir. Bu tür sonuçların pratik çözümü derinlemesine filtrelerin geliştirilmesiyle gerçekleşmiştir. Akım ve polimer gibi filtre yardımcılarının kullanılması filtre malzemesinin inceden kabaya doğru sıralanması bu konuda olumlu adımların atılmasına neden olmuştur, Filtrasyonun mekanizması Filtrasyonda su gözenekli bir ortamda akarken içerisinde bulunan safsızlıklar filtre ortamı tarafından tutulmaktadır. Filtreler suyun akış yönüne göre yatay akışlı, düşey akışlı, yukarı akışlı ve radyal akışlı olarak isimlcndirilebilmektcdir. Kullanılan filtre malzemesine görö kum, antrasit, çok tabakalı, karışık malzemeli, diatom filtre gibi isimler almaktadır. Filtreler akış hızına göre de sınıflandırılmaktadır. Yavaş kum filtreleri, 0.1 m/saat İle 0,5 m/saat arasında filtrasyon hızına sahipken hızlı kum filtrelerinde bu hız, 5 m/saat dolaylarında olmaktadır. Filtrasyonla kirlilik uzaklaştırılmasında çeşitli mekanizmalar geçerlidir. Bunların bir kısmı fiziksel; diğerleri kimyasal niteliktedir. Etkin bir filtrasyon işleminde, kirleticilerin filtre malzemesinin tanecikleri arasında süzülmcyle tutulmaya ilaveten koagülasyona benzer olaylar gerçekleşmektedir. Filtre performansını etkileyen bir diğer önemli olay, askıdaki maddelerin adsorpsivonudiır Filtrasyonla giderilebildi safsızlıklar; bulanıklık, bakteriler, algler, virüsler, renk, denin ve mangan, radyoaktif maddeler ağır metaller ve diğer maddelerdir. Filtre verimi filtreye verilen suyun sıcaklığı ve süzülebîlirliği ile su içerisindekfaskıdaki ve kolloidal nitelikteki paıtiküllerin boyutu, özelliği ve konsantrasyonu ile yakından ilişkilidir, Soğuk 10

11 suyun süzülmesi sıcak suyun Büzülmesinden daha zor olmasına karşın genellikle su sıcaklığı pek kontrol edilememektedir. Bu nedenle, suyun süzülebilirliğini oluşturan su içerisindeki partiküllerin boyutu ve birbirine yapışma özelliği gibi özellikler önemlidir, Filtrasyon çıkış suyunun bulanıklığını Ölçmek suretiyle filtrasyona verilecek suyun kimyasal arıtımının ne şekilde yapılmasını gerektiği belirlenebilir, Fiİtrasyondan önce, maksimum süzülebilirliği oluşturmak bulanıklığı azaltmaktan daha büyük önem taşımaktadır, İyi koşullarda çalışan bir filtreden çıkan suyun bulanıklığı 0,2 JTU'dan küçük olmalıdır. Uygun ön arıtma yöntemleri kullanıldığında filtrasyondan çıkan su? renk, demir ve mangan, alg, diatom ve diğer büyük mikroorganizmaları içermemektedir. Atıksu arıtımında ince ortamlı filtrasyon, nitrat giderme ile birarada yürütülebilmektedir, Filtre malzemesi denitrifikasyon yapan mikroorganizmaların anaerobik koşullarda büyümeleri için elverişli bir ortam oluşturur, Metanol gibi ilave bir karbon kaynağı filtre giriş suyuna uygun dozda ilave edilir. Süzme denitrifikasyon işlemleri için karışık ortamlı yatak ya da kaba malzemeli derin yatak kullanılabilir, Normal geri yıkama işlemleri arasında azot gazı fazlasının ve bakteri kütlesinin uzaklaştırılması için de bir düzenek hazırlanmalıdır. Kolon denitrifikasyonu denilen bu nnîemle % 98! den fazla nitrat giderimi sağlamak mümkün olabilmektedir, Denitrifikasyon yapan ^anizmaların filtrede olduğu gibi tutunarak büyümeleri askıda büyümelerinden daha avantajlıdır, Denitrifikasyon bakterileri yavaş büyüdüğünden askıdaki sistemlerde kolaylıkla üniteden yıkanarak uzaklaşabilmektedir, Amerika'da filtrasyon ve denitrifikasyonu birlikte gerçekleştiren filtreler ticari olarak imal edilmektedir, Filtrasyon öncesinde kimyasal ve biyolojik arıtma Filtrasyonun temel amacı partikül halindeki maddelerin uzaklaştırılmasıdır. Uygulanacak filtrasyon prosesi seçimi yapılmadan Önce süzülebiîir katıların miktarlarındaki değişimin, uzaklaştırılması gereken madde miktarının ve Özelliklerinin belirlenmesi gerekir. Biyolojik arıtmadan çıkan katıların süzülme özellikleri kimyasal koagülasyondan çıkandan farklıdır. Biyolojik arıtma çıkış suyundaki katıların süzülebilirliği birleşik proseste oluşan floklaşmanın derecesine bağlıdır. Damlatmalı filtrede iyi bir floklagma olmadığı için bu üniteden çıkan suların filtrasyonu askıdaki katıların % SO'sini ya da adha azmi giderebilir. Aktif çamur prosesinde çok daha iyi bir floklaşma sağlandığından çıkış sularının filtre edilmesi halinde % 98! e varan askıda katı madde giderimi sağlanabilmektedir. Bu metinde tartışılan filtrasyon prosesleri iki grup olarak düşünülmüştür; 1, Derinlemesine filtrasyon aletleri: Akım yönüne göre kabadan inceye sıralanmış granule ortam 2, Yüzey filtrasyon aletleri: mikrosüzgeç, diatom filtre, yavaş kum filtresi ve hızlı kum filtresi. Derinlemesine filtrasyon Hızlı kum filtrelerinin yüksek askıda katı madde konsantrasyonlarına karşı hassasiyetinin nedeni, Şekil 1 a'da verilen tek ortamlı bir hızlı kum filtresinin kesitinden allaşılmaktadır. Filtre geri yıkanırken kum taneleri hidrolik olarak sıralanmaya uğradığından en küçük partiküller en üste çıkmaktadır, Sonuç olarak filtre tarafından gerçekleştirilen katı madde gideriminin büyük bir kısmı filtrenin yüzeye yakın bölgesinde olmaktadır. Yatağın çok küçük bir kısmı partiküllerin tutulması için kullanıldığından filtrede yük kaybı hızla artmaktadır. Filtreye giren suyun yüksek 11

12 konsantrasyonda askıda katı madde içermesi halinde kum filtresinin tıkanması yanhzca birkaç dakika alacaktır. Aktif çamur tesisi çıkış suyunun süzülmesi durumunda tipik olarak yük kaybının % 7;" -9()'ıfiltrenin üst 2.5 cnı'lik kısmında yer almaktadır. Etkin filtre derinliğinin artırılması için bir yöntem, iki ortamlı filtre kullanmaktır, Kum tabakası üzerine yerleştirilecek kaba kömür tabakası (Şekil 2) gözenek boyutu dağılımım değiştirdiğinden çalışma bölgesi genişleyecektir. Gene de her tabaka için tüm derinliğin kullanılması tabakalarda gerçekleşen sıralanma nedeniyle mümkün değildir (Culp, 1978). İki ortamlı filtrelerde kumun etkin boyutu Omm, kömürün ise mm kadardır, filtre ortamı olarak kullanılan kömür genellikle antrasit kömürüdür, İki ortamlı filtrede tıkanma olmaması için, kömürün (spesifik gravitesi 1.6) kaba olması kumun (spesifik gravitesi 2.6) ise iyi bir katı madde giderimi sağlayabilmesi için ince olması istenir. Ancak kumun kömüre oranla çok ince olması halinde geri yıkamada kömürün üstüne yükselerek orada kalması ihtimali vardır, Örneğin 0.2 mm kum 1 mm kömürün altına yerleştirilirse geri yıkamada tabakalar yer değiştirmektedir. Değişik ortamlardaki tabakalaşmanın giderilebilmesi için karışık ortamlı filtre yapımına geçilmiştir. En ince malzemenin alt tabakada tutulması, çok ağır materyal (garnet/spesifik gravitesi 4.2, ilmenit spesifik gravitesi 4.5) kullanılması ile mümkün olmaktadır Kimyasal Koagüîasyon Sonrası Filtrasyon Uygun şekilde koagüle edilmiş ikincil arıtma çıkış suyu, filtreden geçirildiğinde 0.1 TU bulanıklığa kadar bir arıtma sağlayabilmektedir. Filtrede aynı zamanda kolloidal boyuttaki maddelerde uzaklaştınlabildiğinden fosfor giderimi de sağlanmış olacaktır, Örneğin, ikincil arıtma çıkış suyuna uygun şekilde kimyasal koagüîasyon ve çöktürme uygulandığında 0,5-2 mg/1 arasında fosfat konsantrasyonuna ulaşılmaktadır. Bu suyun karışık ortamlı filtreden geçirilmesi sonucunda ise fosfat konsantrasyonu 0.1 m g/l ye inmektedir, Filtrasyon yardımcı maddesi olarak polimer kullanılması, kimyasal flokun özelliğini geliştirmektedir. Böylece daha yüksek filtrasyon hızları ve/veya kaba filtre kullanımı mümkün olabilmektedir. Karışık ortamlı filtrelerin, daha yüksek miktarlarda katı maddeye tolère edebilmesi nedeniyle, atık su koagülant ilavesinden sonra çökeltim yapılmadan doğrudan filtreye verilebilmektedir' Fosfat giderme için kullanılan koagülant miktarı yüksek olduğundan, arada çökeltim yapılması ekonomik olmaktadır, Ancak koagüîasyon, fosfor gidermeyi amaçlamıyorsa, 25-35mg/İ askıda katı madde içeren ikincil arıtma çıkış suyu, 40-50mg/l kadar varan koagülant dozlarıyla dozlanarak doğrudan filtreye verilebilir (direk filtrasyon), Koagüîasyon sonrasında direkt filtrasyon uygulanacaksa, pilot çalışması yapmak bir zorunluluktur. Filtrasyon yardımcıları büyük molekül ağırlığı polimcrlcrden oluşmuştur. Katyonik, anyonik ya da naniyonik olabilen filtrasyon yardımcıları, genellikle 0.1 mg/1 olan daha küçük dozlarda yeterli olmaktadır. Polimcrler, filtrasyon yardımcısı olarak suya ilave edildiğinde, kimyasal flokun özelliği gelişmekte ve filtre içerisinde ineceği derinlik kontrol edilmektedir. Polimerin ilavesinin nedeni, koagülasyonu arttırmak değil daha önce oluşmuş flokların kuvvetlenmesini sağlamak ve kırılmasını minimuma indirmektir. Filtrasyon yardımcısından en iyi faydayı sağlayabilmek için» kimyasal maddenin doğrudan filtre girişine İlave edilmesi uygundur. Ancak, koagülasyondan sonra çökeltim yardımcısı ilave edilmişse, filtrasyon yardımcısına gerek kalmayabilir. 12

13 13

14 Şekil 3! de filtrasyon yardımcısı olarak kullanılan polimerierin etileri görülmektedir. Şekil 3a f da flok kırılması ve flokların filtre içine nüfus etmesi sonucu oluşan durum, 3b f de polimer dozunun çok yüksek olması nedeniyle filtre içerisine nüfus etmemesi ve sonuçta yük kaybım aşın miktarda arttırması durumları görülmektedir. Optimum polimer dozu uygulandığında, bulanıklık değerinde ilk artışın gözlendiği anda, filtrede müsaade edilen yük kaybına ulaşıldığı görülmektedir (3c), 3*4* Aktif karbon adsorpsiyonu Aktif Karbon Absorbsijonu ve Rejenerasyonu Aktif çamur, damlatmaîı filtre gibi klasikleşmiş arıtma tesislerinde biyolojik oksidasyonla organik madde giderimi sağlanmaktadır, Bu işlemler, biyokimyasal oksijn ihtiyacı olarak Ölçülen organik maddenin giderilmesi için çok uygun olmasına karşın, kimyasal oksijen ihtiyacı deneyi ile belirlenen, aynşamayan özellikteki organik maddenin giderilmesi için çok etkin değildir. En iyi şekilde arıtılmış ikincil arıtma çıkış sularında bile mg/l organik madde bulunmaktadır. Bu maddeler tanın, lignin, eter, proteinsi maddeler, renk ve koku oluşturan organik maddeler, metilen mavisi aktif maddeler ve pestisitlerdir. Aktif karbon adsorbsiyonu evsel ve endüstriyel atık sulardan bazı anorganik ve çoğu organik maddelerin uzaklaştırılması İçin kullanılan en etkin yöntemlerden biridir. Aktif karbon adsorbsiyonu ile bazı toksit iz elementlerin de sudan uzaklaştınlabildiği bilinmektedir. Aktif karbon ile adsorbsiyon olayını etkileyen başlıca faktörler: (1) Aktif karbonun özelliği (2) Adsorbe edilen maddenin özelliği ve konsantrasyonu (3) Atık suyun özelliği (ph, askıda katı madde, vb) dir, Adsorbsiyon, bir maddenin konsantrasyonunun arayüzeyde (katıgaz arayüzeyi ya da katı sıvı arayüzeyi) artırılması şeklinde genelleştirilebilir. Her yerde karşılaşılan bir olay olmasına karşın, özgül yüzeyi (birim gram başına yüzey alanı) küçük olan maddeler için ihmal edilebilecek mertebededir. Özgül yüzey alanı partîkül boyutu ile ters orantılı olduğundan, yüzey özellikleri, ancak partikül boyutu çok küçüldüğünde önem kazanmaktadır, Küp ya da küre şeklinde uniform olarak bölünmüş bir maddenin özgül yüzey alanı S - 6/(5d bağıntısıyla verilmektedir ô maddenin yoğunluğu, d kürenin çapı ya da küpün kenar uzunluğudur. Yoğunluğu 2,0 ve partikül çapı 1,0 cm olan bir maddenin özgül yüzey alanı 3 cm 2 din Diğer taraftan, madde kolloid boyutuna getirilirse (10 mp = l*lü =6 cm çaplı), özgül yüzey alanı 300 m 2 ye yükselmektedir. Gözenekli ya da kolloidal pek çok maddenin özgül yüzey alam, bu değere eşit ya da daha yüksektir. Bir madde bir yüzeyde adsorblandığında, adsorbatm her molekülü, moleküler kesit alanı kadar bir yer kaplayarak, yüzeye tek tabaka hallinde yerleşir, N 2? N 2 O, CO 2î C 4 H 10 ya da C 6 H 5 OH gibi sıradan moleküller için kesit alanı x 10" 5 cm 2 /molekül kadardır. Yüzeyin tek tabaka halinde tamamen kaplanması için^ gram adsorban (adsorbe eden maddc)başına S/a molekül adsorban gereklidir, a, adsorbatm moleküler kesit alanıdır. Gram adsorban başına, yüzeyin tek tabaka halinde tamamen kaplanması suretiyle adsorbe edilen miktar, x m 14

15 Şekil 3 : Filtrasjon yardımcısı olarak kullanılan polimerlerin eikîsi 15

16 S.M 0N A bağıntısı ile verilir. N A, Avagadro sayısı, M adsorbatın molekül ağırlığıdır. Bu bağıntı, 8! nm bilindiği, durumlarda, özgül yüzeyin hesaplanmasında kullanılır. X, deneysel olarak "saptanır. Absorpsiyon olayı, Van der Waals kuvveti denilen moleküller arası çekimden kaynaklanmaktadır. Herhangi bir adsorbsiyon, en çok molcküllcrarası çekim kuvveti ve moleküllerarası mesafeleri benzeşim gösteren maddeleri adsorbe etmektedir. Bu nedenle karbon, diğer polar olmayan maddeleri Özellikle organik maddeleri tutmaktadır, Aktif karbon, özgül yüzeyi yaklaşık 1000 m 2 kadar olan çok gözenekli bir maddedir. Toz aktif karbon, pek çok karbonlu atık maddeden üretilebilmektedir. Ham madde ısı ile önce dehidrate, sonra karbonize edilmektedir, Daha sonra karbon, CO 2f O 2 ve H 2 O gibi hafifçe yükscltgcn gazlarla muamele edilerek kontrollü koşullarda aktivasyonu sağlanmaktadır. Aktivasyon aşamasının amacı, gözenek boyut ve ayışım arttırarak maksimum adsorpsiyon kapasitesinin kazandırılmasıdır. Granule aktif karbon da toz aktif karbona benzer işlemlerle hazırlanmasına karşın, ham maddenin yapısal olarak daha kuvvetli olması gerekir (bitümlü kömür gibi). Adsorpsiyon İzotermleri Adsorpsiyonun özellikleri, adsorpsiyonun gerçekleştiği ortamdaki adsorbant konsantrasyonu ile birim adsorban başına adsorbe edilen adsorban miktarının ilişkisini veren adsorpsiyon izotermleri ile belirlenir. Gazların katı üzerine adsorpsiyonuna ilişkin pek çok teorik izoterm geliştirilmiştir, Çözeltilerden adsorpsiyon konusunda yapılan çalışmalar, daha karmaşık oluşları nedeniyle daha anıprik olmuştur. Çözeltilerden adsorpsiyon konusunda, yanlızca iki izoterm yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlardan daha eski oîan Freundich izotermi tamamiyle ampirik olup, baamtısı X - K C l/n şeklinde ifade edilir. X, bîrim adsorban ağırlığı basma adsorbe edilen madde miktarı; C 5 adsorbatın çözeltideki konsantrasyonu; K ve n verilen dataya uyan deneysel parametrelerdir, l/n, değişiminin, konsantrasyonunun kesitli bir sayı kadar kuvveti ile orantılı olduğunu ifade etmektedir, n genellikle 1 ile 10 arasında değişen bir sayıdır, Freundlieh bağıntısı genellikle logaritmik haliyle kullanılır. 1 log(x) = log K + log C n İkinci bağıntı, Langmuir bağıntısı olarak bilinmekte ve temel prensiplerden kaynaklanmaktadır. Ancak yapılan varsayımlar; izocnerjitik yüzey, yatay yönde moleküler etkileşimin yok sayılması ve tek tabaka halinde kaplanma, olayı o kadar basite indirgenmektedir ki, model bağıntı bazı durumlarda gerçek bir durumu temsil edememektedir, Gene dc? olayların açıklanması ve tartışılabilmesi açısından bağıntının katkısı büyüktür, 16

17 Langniuir bağıntısı, X = K X K C 1+KC şeklinde ifade edilmektedir. Bağıntıda sınır koşullar, C konsantrasyonunun çok büyük ve çok küçük olması halleridir. C çok büyükse, KC birden büyük olacağından, bağıntı X = XJc indirgenir, Konsantrasyonun çok büyümesi durumunda X w, monomoleküllcr adsorpsiyonu sınırlanmaktadır. Bu nedenle X» adsorbanm Özgül kapasitesi olarak isimlendirilebilir, Bazı durumlarda fenol ya da iyodür gibi özellikleri bilinen adsorbatlar kullanılarak X œ ölçümü yardımıyla karbonun özgül yüzeyinin hesaplanması yoluna gidilmektedir, C, KC çarpımını l'den çok farklandıracak kadar küçükse, Langmuir bağıntısı şekline dönüşmektedir. Aktif Karbon Adsorpsiyonu ile Gîderîlebilen Maddeler Aktif karbon adsorpsiyonda kullanılan yüzey alanının büyük bir kısmı, aktivasyon sırasında oiuşturulaln karbon partiküllerinin gözenekierindedir. Örneğin^ atık su arıtımında kullanılmak üzere üretilen aktif karbonların yüzey alam 1000 nr/g, ortalama partikül çapı 1.6 mm ve yoğunluğu 1.4 g/cm 3 kadardır. Küresel partiküller varsayımıyla, granule aktif karbon için toplam yüzey alanının yalnızca % ünün karbon partikülünün yüzeyinin alanı olduğu ortaya çıkmaktadır. Toz aktif karbon içinse, toplam yüzey alanının % 0.14 ü partikülün yüzeyinde bulunmaktadır, Atık sular ile yapılan adsorpsiyon çalışmaları, hu işlemin klorlu hidrokarbonlar, organik fosfor ve karbamat bileşikleri gibi pestisitler üzerine de etkin olduğunu ortaya koymuştur. Genellikle sudaki organik kirleticilerin adsorplanmasmda, giderme verimi ph dakî azalma ile artmıştır. Aktif karbon adsorpsiyonu ile giderilebilen diğer maddeler; fenil eter, ortonitroklorobenzen, naftalin, stren, fenoller, DDT, aldrin 5 alkil benzen sulfonat, alifatik ve aromatik hidrokarbonların pek çok türü ve toksafendir. Aktif karbon yöntemi ile bazı anorganik maddelerin de sudan uzaklaştırılması mümkün olabilmektedir. Örneğin, klorun karbon yüzeyinde C + 2C H 2 O CO 2 + 4HC1 reaksiyonu verildiği sanılmaktadır. Adsorpsiyon, endüstri atık su arıtımı için çok uygun görünmektedir. Ayrışmayan ve diğer arıtma yöntemleriyle giderilemeyen organik maddelerin giderilmesi, kaplama endüstrisi atık sularından metal giderme gibi işlemler için adsorpsiyon, önemli bir potansiyel niteliğndedir. 17.

18 Damlatmalı filtre çıkış suyu ile yapılan bir pilot çalışmada, granulé aktif karbonun, gümüş, kadmiyum, krom ve selenyum açısından çok iyi giderme sağladığı gözlenmiştir. Çalışmanın sonuçlan Tablo 3 j te özetlenmiştir: Tablo 3, Aktif karbon İle ağır metal giderimi* iz metal Ag (Ag + ) Cd (Cd t2 ) Cr (Cr 2 CT 2 ) Se (SeO," 3 ) Giderme Yüzdesi I 33-7 Damlatmalı filtre çıkış suyunda bu metallerin konsantrasyonları /^g/1 aralığındadır, Japonya'da anorganik iyonlarla yapılan bîr çalışmada, üzerinde çalışılan 50 anorganik iyondan, anyonik alanların kömür tarafından kolaylıkla adsorbe edildiği gözlenmiştir, Şekil 4 'te aktif karbon üzerine fenolün adsorpsiyonu görülmektedir, Şekil 4. Aktif karbon üzerine fenolün adsorpsiyonu, 18

19 3.5. Kimyasal Oksidasyon Kimyasal Oksidasyonun Kullanıldığı Yerler Kimyasal oksidasyon, bileşiğin yükscltgcnmc basamağının artmlma işlemidir* Basit anorganik yükscltgenme indirgenme (redoks) rcaksiyonlannda, bazı maddeler elektron vererek yükscltgcnmektc, diğerleri ise * elektron alarak indirgenmektedir. Organik maddelerin yükscltgenme indirgenme reaksiyonları daha karmaşık olup oksijen ilavesi ve hidrojen uzaklaştıniması gibi olaylar gerçekleşmektedir. Su ve atıksu arıtımında kimyasal oksidasyon, istenmeyen kimyasal maddelerin zararsız hale dönüştürülmesi amacıyla kullanılmaktadır. Kimyasal oksidasyon ile antılabilen maddeler ve uygulanan yükseltgen maddeler Tablo 4! tc görülmektedir, Kimyasal oksidasyonda kullanılan kimyasal maddeler klor ve klor içeren diğer bileşikler, ozon, hidrojen peroksit ve potasyum permanganattır. Su ve atıksu arıtımınnda uygun oksitleyici maddenin (oksidant) seçimi, kullanım amacı, arıtma verimi, maliyeti, taşıma ve saklama kolaylığı ve diğer arıtma işlemleri ile uyumu gibi faktörler dikkate alınarak yapılır, Kimyasal oksitlemede en çok kullanılan maddeler Cl 2 ve O 3 olduğu için, bu metinde bu iki oksidantın oksitleme mekanizması durulmuştur. a) Nitrit oksitlenmesi NO 2 > HOCİ NO? "+ H + + Cr reaksiyonu ile olur. Rcaksij^ıi alkali ortamda (ph >9) yavaştır, ancak atık sularda genellikle karşılaşılan ph değerlerinde hızlıdır. Reaksiyonun mekanizması, HOCİ den bir oksijen atomunun / ye transferidir. b) Sülfür oksitlenmesi Sülfürün oksitlenmesinde, kükürdün değişik oksidasyon basamaklarında bulunabilmesi nedeniyle, birden fazla reaksiyon vardır. BOCI + HS^ s + H 2 O + cr 4H0C1 + HS" - SO 4 + 5H + + 4CT İlk reaksiyon, hızlı ve tam olmasına karşın, ikinci reaksiyon, aşırı klor varlığında gerçekleşebilmektedir. 19

20 Tablo 4 : Atıksu arıtımında kimyasal oksidasyon kullanıldığı yerler Uygulama Korozyon kontrolü Fungi kontrolü Koku kontrolü Yağ giderme BOI giderme FeSO 4 Filtrede havuzlanma kontrolü Filtrede sinek kontrolü Çamur yüzmesi kontrolü Amonyak oksidasyonu Ayrişamayan organik maddelerin oksidasyonu Bakteri giderme Kimyasal Madde Cİ 2,H eı 2,H 2 o 2 Cl 2f H 2 0 2t 0 3 cı 2 cı 2t o 3 cı 2 cı 2 cı 2 Cl 2f H cı 2 3 Cl 2f H 2 0 2f 0 3 Görüşler Atık suların iletiminde kanallarda H 2 S f in parçalanması için kullanılır. Kanalların çeperlerinde fungi ve diğer bakterilerin büyümesine engel olmak amacıyla uygulanır. Özellikle pompa istasyonlarında gerekir Organik madde oksidasyonu Demir sülfat ya da demir klorür oluşturma Sineklerin olduğu mevsimde kullanılır Geçici olarak çamur yüzmesi halinde kullanılır Amonyağın azot gazına dönüştürülmesi için* Ayrışmayan organik maddelerin ayrışabilir hale dönüştürülmesi Tasfiye tesisi çıkış sularına uygulanır. Klor, daha çok endüstri atıklarında bulunan sülfürlerin oksitlenmesinde kullanıldığında: HSO3-+ HOCİ SO 4 S + 2H + + Cl" reaksiyonu gerçekleşir, Bazı durumlarda sülfit de fazla klorun giderilmesi için (dekloridasyon) kullanılmaktadır, c) Amonyak oksitlenmesi Çözünmüş klorr amonyak ile ardışık yer değiştirme tipinde reaksiyon vermektedir. 20

21 HOC! + NH, NH,C1 + H, HOC1 + NH 2 Cİ - NHCK + HUO HOC! + NHCİ2 NC1? + H 2 d) Siyanür oksitlenmesi Siyanür bileşiklerinin, alkali ortamda klorlanması ile siyanür zararsız hale dönüştürülmektedir. Reaksiyonun birinci kademesinde siyonojen klorür oluşur: NaCN + Cl 2 _ CNC1 + NaCl Bir birim siyanür için 2.73 birim klor gereklidir, Oluşan siyonojen klorür uçucu ve kokulu bir maddedir, Kostik varlığında sodyum siyanat oluşur: CNC1 + 2 NaOH NaCNO * 2H 2 O + NaCl Reaksiyon hızı ph a bağımlı ve ph in 3 den küçük olduğu durumlarda yavaştır. ph 8.5 in üstünde reaksiyon 30 dakika içinde tamamlanır. Reaksiyon sıcaklığa bağımlıdır ve klor fazlası kullanmak suretiyle hızı arttırılır. Gerekli kostik miktarı, bîrim Cl 2 başına 1.13 birim kostiktir, Organik bileşikler, yükseltgenebilir metaller ve kompleksleri bu reaksiyona girişim yapar. Ferro ve ferri siyanat yavaş bir hızla oksitlenmektedir, Bureaksiyonda oluşan siyanatın tokasitesi, siyanürün tokasitesinin binde biri kadardır. Ayrıca siyanat, akarsu ve göllerde asidik koşullarda amonyak ve karbondioksite dönüşünceye kadar reaksiyon vermektedir, Siyanatın klor ilavesiyle karbondioksit ve azota dönüşmesi 2 NaCNO + 4NaOH + 3 Cl 2 2CO 2 + 6NaCl + N 2 + 2H 2 O reaksiyonu gereğince olur. Reaksiyonda her birim CN"için birim Cl 2 ve 3,08 birim NaOH gerekli olmaktadır. Reaksiyon 6,5=6.8 arasında en hızlı olmasına karşın, genellikle ph 8.5 kullanılmaktadır. Bunun nedeni azot triklorür oluşumunu engellemek ve son iki reaksiyonun tek bir arıtma ünitesinde tamamlanmasını temin etmek içindir. ph 8,4 de reaksiyon 10 dakikada, ph 9.6 da ise 40 dakikada tamamlanmaktadır. Klor bileşiklerinin organik madde ile reaksiyonu genellikle yavaş olmaktadır. Alkolik ve aldehitik grup reaksiyonları, RCH 2 + 2HOC1 RCO 2 + 3H + + 2C1" + H 2 O RCHO + HOCİ RCO^ + 2H + + Çileklinde oksidasyon reaksiyonları olup, fenol ile olan reaksiyonlar yer değiştirme ve oksidasyon rcaksiyonlan eklindedir. C 6 H 5 OH + 2HOC1 C 6 H 3 C1 2 OH + 2H 2 O C 6 H 5 OH + 8HOC1 ~ C 2 H 2 (CO 2 ) 2 + 1OH + + 8C1" + H 2 O + 2CO 2 21

22 Organik maddelerin oksitlenmesi, genellikle klorlu hidrokarbon oluşumuna yol açmaktadır. Ozon ile Öksîdasyon Ozon, normal sıcaklık ve basınçta gaz halindedir, Oksijehle olduğu gibi, ozonun çözünürlüğü; sıcaklığa, ozonun gaz fazmdaki basmana ve ph'a bağlıdır. Ozon kararsızdır, ve kendi kendine ayrışması sıcaklık ve ph ile artar, Bozunma olayı; hidroksit iyonları, ozonun radikal ayrışma ürünleri, organik madde ayrışma ürünleri, alkaliler, geçiş elementleri, metal oksitleri ve karbon gibi maddeler tarafından katalizlenir. Pratik olarak yalnızca ozon, doygun hidrokarbonlar ve halojenörlü alifatik bileşiklerin tam ayrışmasını sağlamamaktadır, Ancak, son yıllarda gerçekleştirilen çalışmalar, ozonun, ilave bir enerji kaynağı kullanmak suretiyle (ulîraviyole ışığı gibi) ayrışamayan maddeleri de aynştırabildiğini göstermiştir. Organiklerin oksidasyonunda ozonun etki mekanizması aşağıda sıralandığı gibi olmaktadır, 1, Alkollerin Önce aldehitlere ve daha sonra organik aasitlere oksitlenmesi: O, O 3 RCHpH ^ = ^ RCHO _ RCOOH 2, Oksijen atomlarının aromatik halkaya girmesi 3, Karbon çift bağlarının kırılması Ozon, ozanator adı verilen bir odada kuru hava ya da oksijene yüksek voltajlı elektrik tatbik edilerek elde edilir. Teorik olarak, kilowat saat elektrik enerjisi basınç 1058 g ozon elde edilebilir. Ancak pratik uygulamalarda 150 g/kwh mertebesinde bir elde mümkün olabilmektedir. Ozon, üç atom oksijenin birleşmesiyle meydana gelmiştir. Ozonda iki atom oksijen bir molekül oluşturmaya çalışırken, üçüncü atom, bu iki atomdan ayrılarak, okside olabilen bileşiklerle birleşir. Ozonun oksitant olarak üstünlüğü, okside ettiği ortama oksijen vermesi, zararlı hiçbir madde vermemesidir. Ozon kararsız bir bileşik olduğu için depo edilmesi ve nakli çok zordur, Bu nedenle uygulanacağı yerde üretilmesi gereklidir. Ozon, renk giderme ve ayrışmayan maddelerin uzaklaştırılması için kullanılmaktadır, Şekil 6'da boya içeren bir atık suyun ikincil arıtmadan çıktıktan sonra ozonlanması durumunda elde edilen grafik görülmektedir,, Süzülmüş çıkış suyunun TOK (toplam organik karbon) değerinde azalma olmasına karşın çözünmüş BOI değeri 10 m g/l den 40 m g/l yi artmıştır. Bunun nedeni, uzun zincirli biyolowik domk ayrışmaz organiklerin ayrışabilir bileşiklere dönüşmesidir: Diğer endüstrilerin atık suları île yapılan çalışmalarda da benzer sonuçlar elde edilmiştir. TOK, organik karbon, CO 2 'ye oksitlenmeden azalmamasına karşı, KÖI herhangi bir oksidasyon işlemiyle azalmaktadır,. Doymamış alifatik ve aromatik bileşiklerin ozonlanması durumunda, bu bileşikler su ve oksijenle reaksiyona girerek, asitler^ ketonlar ve alkolleri oluşturmaktadır, ph'ın 9 dan büyük olduğu durumlarda, Fe, Mn ve Cu gibi redoks tuzlarının varlığı toksik hidroksiaromatik (fenolik) bileşiklerin oluşumuna yol açabilmektedir. 2?